ETD

• acquiferi carsici
• Alpi Apuane
• aquifer system
• Cartaro spring
• hydrogeological monitoring
• idrochimica
• idrodinamica
• idrologia isotopica
• karst springs
• monitoraggio idrogeologico
• sorgente carsica
• sorgente Cartaro

This Thesis is part of the first part of a larger project conducted by the Department of Earth Sciences of the University of Pisa and the Institute of Geosciences and Earth Resources of the National Research Council (CNR). Specifically, the thesis aimed to provide a preliminary hydrodynamic, chemical, and isotopic characterization of the hydrogeological system that feeds the Cartaro spring (Massa, northwestern Apuan Alps). Specifically, after a geological and hydrostructural assessment, hydrogeological, hydrochemical, and isotopic hydrology monitoring techniques were employed, with reference to the stable isotopes of the water molecule (H and O). During a study period of approximately six months (from October 2025 to March 2026), the spring and the nearby stream (Rocchetta canal) were subjected to both monthly sampling and analysis, as well as continuous monitoring, in order to evaluate the main chemical-physical parameters (CE and T) and hydrogeological parameters (water level and flow rate). By analyzing the water from six additional small springs located at different elevations surrounding the hydrogeological domain of the Cartaro spring, it was also possible to reconstruct the vertical isotopic gradient of the infiltration water, in order to estimate the average recharge levels of the Cartaro spring itself. Overall, the most significant results consist in the identification of two main circulation systems delivering to the two Cartaro springs: a more superficial and rapid one, drained by the Cartaro Grande spring and represented by the two outlets, intake-Alta (CG1) and intake-Bassa (CG3); and a deeper and longer one, delivering water from the two springs CP1 and CP3, representative of the Cartaro Piccola spring. The Cartaro Grande spring shows a rapid response to meteorological events, with marked variations in flow rate and chemical-physical parameters (T, CE, and turbidity), as well as a certain variability in chemical (SO4, Ca, and Sr) and isotopic data. The Cartaro Piccola spring shows higher CE and T values, and greater stability in the short-medium term in response to rainfall events, together with higher concentrations of SO4, Ca, and Sr. These characteristics indicate a higher degree of maturity, likely linked to a relatively longer and deeper circulation system. The chemistry of the waters, of the Ca-HCO₃ and Ca-HCO₃-SO₄ types, respectively, confirms circulation within carbonate lithotypes, but at the same time indicates possible oxidation processes of sulfide minerals and even a probable involvement of evaporitic terms by the deeper circuits. The reconstruction of the basin's vertical isotopic gradient also allowed us to estimate an average recharge level for the two springs, Grande and Piccola, equal to 1,120 m above sea level for the CP spring and 1,080 m above sea level for the CG spring. This indicates that both circulation systems receive their water mainly from the upper reaches of the basin. Finally, the results obtained from the estimate of the average hydrological balance for the Cartaro spring's recharge area highlighted that the average recharge for the hydrogeological basin identified by previous studies is not sufficient to justify the volumes of water released by the spring, suggesting that the spring's recharge area may be larger than that defined by previous studies.

Il presente lavoro di Tesi si inserisce nella prima parte di un progetto più ampio condotto dal Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Pisa e l’Istituto di Geoscienze e Georisorse del CNR. In particolare la Tesi ha avuto come obiettivo principale quello di una preliminare caratterizzazione idrodinamica, chimica e isotopica del sistema idrogeologico che alimenta la sorgente Cartaro (Massa, Alpi Apuane nord-occidentali). Nello specifico, dopo un inquadramento geologico e idrostrutturale, sono state impiegate tecniche di monitoraggio idrogeologico, idrochimiche e di idrologia isotopica, con riferimento agli isotopi stabili della molecola d’acqua (H e O). Durante un periodo di studio di circa 6 mesi (da ottobre 2025 a marzo 2026) la sorgente ed il vicino torrente (canale Rocchetta) sono stati oggetto sia di campionamenti e analisi a cadenza mensile, sia di monitoraggio in continuo, al fine di valutare i principali parametri chimico-fisici (CE e T) ed idrogeologici (livello idrico e portate) delle acque. Analizzando le acque di ulteriori sei piccole sorgenti poste a quote diverse al contorno del dominio idrogeologico della sorgente Cartaro, è stato anche possibile ricostruire il gradiente isotopico verticale delle acque di infiltrazione, allo scopo di stimare le quote medie di ricarica della stessa sorgente Cartaro. Nel complesso, i risultati più rilevanti consistono nell’individuazione di due principali sistemi di circolazione recapitanti alle due sorgenti del Cartaro: uno più superficiale e rapido, drenato dalla sorgente Cartaro Grande e rappresentato dalle due emergenze presa-Alta (CG1) e presa-Bassa (CG3); e uno più profondo e lungo, recapitante dalle due scaturigini CP1 e CP3, rappresentative della sorgente Cartaro Piccola. La sorgente Cartaro Grande mostra una rapida riposta agli eventi meteorici, con marcate variazioni di portata e dei parametri chimico-fisici (T, CE e torbidità), nonché una certa variabilità dei dati chimici (SO4, Ca e Sr) ed isotopici. La sorgente Cartaro Piccola mostra valori di CE e T più elevati, e una maggiore stabilità nel breve-medio periodo in risposta ad eventi piovosi, unitamente alle maggiori concentrazioni di SO4, Ca e Sr. Queste caratteristiche indicano un maggior grado di maturità, verosimilmente legato ad un sistema di circolazione relativamente più lungo e profondo. Il chimismo delle acque, rispettivamente di tipo Ca-HCO₃ e Ca-HCO₃-SO₄, conferma la circolazione all’interno di litotipi carbonatici, ma allo stesso tempo indica possibili processi di ossidazione di minerali a solfuri e addirittura un probabile coinvolgimento di termini evaporitici da parte dei circuiti più profondi. La ricostruzione del gradiente isotopico verticale del bacino ha inoltre permesso di valutare una quota media di ricarica per le due sorgenti Grande e Piccola, pari a 1120 m s.l.m. per la sorgente CP mentre a 1080 m s.l.m. per la sorgente CG. Ciò sta ad indicare che entrambi i sistemi di circolazione ricevono un’alimentazione prevalentemente dalla parte più elevata del bacino. Infine, i risultati ottenuti dalla stima del bilancio idrologico medio per l’area di alimentazione della sorgente Cartaro hanno evidenziato che la ricarica media per il bacino idrogeologico individuato da studi pregressi non è sufficiente a giustificare i volumi di acqua erogati dalla sorgente, suggerendo che l’area di alimentazione della sorgente può essere più estesa di quella definita da precedenti studi.