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In molte aree del mondo i corpi idrici sotterranei rappresentano la fonte di acqua potabile più sicura ed affidabile, oltre ad essere ampiamente sfruttati a scopo agricolo ed industriale. Nelle aree montane, importanti fonti di approvvigionamento idrico sono rappresentate dagli acquiferi fratturati ed in particolare da quelli carbonatici, data la buona qualità delle loro acque ed i rilevanti volumi idrici che sono in grado di contenere. Pur costituendo una risorsa strategica, gli acquiferi carbonatici sono spesso interessati da importanti fenomeni carsici e si sviluppano generalmente in contesti geologicamente e strutturalmente complessi, condizioni che rendono particolarmente complicata sia la comprensione della circolazione delle acque sotterranee, sia la pianificazione di una loro corretta gestione e protezione. Gli elevati coefficienti d’infiltrazione efficace ed i tempi di residenza relativamente bassi delle acque in acquifero favoriscono un’elevata variabilità dei flussi idrici nel tempo e nello spazio, nonché un’elevata vulnerabilità alla contaminazione, in particolar modo in quei territori particolarmente antropizzati su cui insistono attività industriali, estrattive e minerarie.
L’area delle Alpi Apuane, in cui si inserisce la zona di studio, è caratterizzata da importanti risorse idriche sotterranee, per lo più ospitate all’interno dei sistemi acquiferi carbonatici, che rappresentano le principali fonti di approvvigionamento idrico. D’altra parte, in quest’area sono presenti importanti corpi mineralizzati che sono stati oggetto di coltivazione per numerosi secoli in diversi bacini minerari e che oggi risultano completamente abbandonati, con conseguenti rischi per il deterioramento qualitativo delle acque superficiali e sotterranee.
In questo contesto si svolge il presente lavoro di Tesi che prende in esame tre sorgenti, denominate Moresco Alta, Moresco Sondaggio e Moresco Galleria, ubicate all’interno del bacino del Torrente Baccatoio (Alpi Apuane Meridionali, Toscana NW). Recentemente, l’area ha suscitato notevole interesse scientifico e politico-sanitario in seguito alla scoperta di concentrazioni estremamente elevate di tallio (Tl) e di altri elementi tossici e potenzialmente tossici nelle acque del Torrente Baccatoio (in alcuni casi superiori a 100 µg/L), conseguenza degli elevati tenori in Tl (fino a 1100 mg/kg) rilevati in alcuni corpi mineralizzati (principalmente barite, pirite e ossidi di ferro) presenti nel bacino. Nel 2014 il Tl è stato rilevato anche in un’altra importanza sorgente del bacino (Molini di S. Anna) destinata da anni ad uso idropotabile. Dopo questo rinvenimento, il gestore del servizio idrico GAIA S.p.A. ha ritenuto utile indagare più a fondo anche il sistema sorgentizio delle Moresco, in cui la sorgente Galleria alimenta la medesima rete idropotabile. Le altre due sorgenti, pur vicine, mostrano infatti occasionalmente fenomeni di intorbidamento e tenori di Tl prossimi a 2 µg/L, livello massimo di contaminazione stabilito dall’Agenzia statunitense di Protezione Ambientale (EPA) per le acque destinate al consumo umano. Il presente lavoro si inserisce quindi in un progetto più ampio, affidato dal gestore idrico al Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Pisa e all’Istituto di Geoscienze e Georisorse del CNR di Pisa, volto ad ottenere informazioni sui circuiti sotterranei, sulle condizioni idrodinamiche, sulle aree di alimentazione e sulle eventuali relazioni tra torrente ed acque sorgive, al fine di garantire una corretta gestione e salvaguardia della risorsa idrica.
In particolare, nel presente lavoro di Tesi sono state impiegate principalmente tecniche idrochimiche e di idrologia isotopica, con particolare riferimento agli isotopi stabili della molecola d’acqua (H e O), ed i risultati sperimentali sono stati interpretati nel rispetto del contesto idrogeologico. Durante un periodo di studio di circa 7 mesi (da dicembre 2017 a giugno 2018) le sorgenti ed il vicino torrente sono stati monitorati in continuo per quanto riguarda i principali parametri chimico-fisici (CE e T) ed idrogeologici (portata e livello idrometrico) e sono state inoltre caratterizzati dal punto di vista chimico ed isotopico mediante il prelievo di campioni a cadenza bimestrale. Particolare attenzione è stata rivolta alle metodologie isotopiche, mediante le quali, analizzando periodicamente le acque di ulteriori quattro piccole sorgenti poste a quote diverse nel bacino, è stato possibile ricostruire il gradiente isotopico verticale delle acque di infiltrazione nell’area di studio e quindi effettuare considerazioni sulle aree di alimentazione delle sorgenti Moresco. Infine, per verificare la possibile esistenza di zone ad infiltrazione concentrata, in grado di rendere le sorgenti particolarmente vulnerabili ad eventuali fenomeni di contaminazione, è stato eseguito uno studio di dettaglio della risposta del sistema in occasione di un particolare evento meteorico (21-22 maggio 2018).
Nel complesso, i risultati ottenuti sembrano concordare nell’ipotesi dell’esistenza di due sistemi di circolazione distinti che alimentano le sorgenti Moresco: uno più superficiale, almeno parzialmente connesso con il Torrente Baccatoio, che alimenta le sorgenti Moresco Alta e Sondaggio; l’altro più profondo, drenato dalla sorgente Moresco Galleria. Le sorgenti Moresco Alta e Sondaggio mostrano infatti simili caratteristiche sia dal punto di vista chimico che isotopico, nonché un comportamento idrodinamico sostanzialmente identico. Entrambe sono caratterizzate da una T ed una CE media rispettivamente di circa 13.5 °C e 490 µS/cm, significativamente minori rispetto ai valori misurati in Moresco Galleria (pari a circa 15.5 °C e 680 µS/cm). Queste due sorgenti rispondono in modo estremamente rapido alle piogge, con significativi decrementi di CE e T, e per la Moresco Alta, con notevoli incrementi di portata, evidenziando l’esistenza di una componente di circolazione rapida e piuttosto superficiale. Inoltre, le modalità di risposta del tutto analoghe a quelle del Torrente Baccatoio lasciano pensare ad un parziale coinvolgimento del torrente stesso nell’alimentazione delle due sorgenti. Le stesse considerazioni possono essere tratte dall’evoluzione temporale della concentrazione di alcune specie chimiche, che risulta parzialmente analoga a quella del torrente. A fronte di un chimismo Ca-HCO3, a conferma di una circolazione all’interno di acquiferi carbonatici (prevalentemente rappresentati nel bacino di studio dalla formazione delle Cataclasiti con clasti metamorfici), le sorgenti Moresco Alta e Sondaggio mostrano contenuti in SO4, Tl, Sb, Cd e Zn che possono essere associati a contributi all’alimentazione delle emergenze da parte delle acque del torrente (il quale mostra in tutte le campagne concentrazioni di Tl superiori al limite di 2 µg/L). D’altra parte, i contenuti relativamente bassi di Li, Sr e Mo supportano l’ipotesi di una circolazione piuttosto superficiale. Per quanto riguarda i risultati isotopici, la presenza di una certa variabilità simile a quella evidenziata dal torrente supporta ancora una volta l’ipotesi di una circolazione rapida, superficiale e parzialmente connessa con il corso d’acqua.
Al contrario, la sorgente Moresco Galleria si distingue dalle altre due emergenze sia dal punto di vista idrodinamico, che chimico e isotopico. Innanzitutto, la temperatura significativamente più elevata evidenzia una circolazione idrica che subisce un certo approfondimento, sufficiente per risentire dell’azione del gradiente geotermico. Inoltre, i più elevati valori di CE e la sua maggiore stabilità nel breve-medio periodo in risposta ad eventi piovosi intesi, unitamente alle maggiori concentrazioni di gran parte dei composti chimici analizzati (in particolare Ca, Mg e SO4), indicano per queste acque un maggior grado di maturità, probabilmente legato ad un sistema di circolazione relativamente più lungo e profondo e quindi a processi di interazione acqua-roccia più prolungati. Tali supposizioni sembrano essere confermate dal chimismo Ca-HCO3-SO4 che caratterizza questa sorgente, verosimilmente determinato da processi di dissoluzione di rocce carbonatiche ed evaporitiche (Cataclasiti con clasti metamorfici e Calcare cavernoso). I contenuti relativamente elevati di Li, Mo ed in particolare Sr sembrano confermare queste considerazioni. D’altra parte, le basse concentrazioni degli elementi in traccia Tl, Sb, Cd e Zn (circa un ordine di grandezza inferiori a quelle misurate nelle sorgenti Alta e Sondaggio), permettono di escludere un contributo significativo delle acque del torrente all’alimentazione di questa sorgente. Infine, anche i contenuti isotopici, che risultano sostanzialmente costanti, supportano l’ipotesi di una circolazione più lenta e profonda.
La ricostruzione del gradiente isotopico verticale del bacino ha inoltre permesso di valutare una quota media di alimentazione paragonabile per le tre sorgenti, pari a circa 400 m s.l.m. Ciò sta ad indicare che entrambi i sistemi di circolazione ricevono alimentazione prevalentemente dalla parte medio-bassa del bacino del Torrente Baccatoio, verosimilmente dai settori sviluppati sui versanti posti ad est e nord-est rispetto ai punti di emergenza delle acque, fino a coinvolgere la zona di spartiacque con il bacino del Fiume Camaiore.