• carbonio-13
• deuterio
• interazione acqua-roccia
• ossigeno-18
• Alpi Apuane
• sorgenti

Questo lavoro di tesi è finalizzato allo studio delle risorse idriche sotterranee dei bacini montani del lato costiero delle Alpi Apuane (comuni di Montignoso, Seravezza, Stazzema e Pietrasanta) mediante l’utilizzo di tecniche geochimiche ed isotopiche. In particolare sono state affrontate le seguenti problematiche: valutazione qualitativa della risorsa, definizione dei circuiti idrici seguiti dalle acque sotterranee, individuazione dei bacini di alimentazione e fenomeni di interazione acqua-roccia.
Per raggiungere gli scopi previsti sono state effettuate due campagne di campionamento di alcune sorgenti presenti nell’area: la prima in periodo di morbida, nel maggio 2009, e la seconda in periodo di magra, nel settembre 2009, per un totale di 43 campioni. Durante il campionamento sono state effettuate in loco la misura dei parametri fisico-chimici intrinsecamente instabili (temperatura, pH e potenziale di ossido-riduzione), la determinazione della conducibilità elettrica, dell’alcalinità totale e dell’ammoniaca e la stima, ove possibile, della portata. Inoltre sono stati raccolti alcuni campioni di pioggia a differenti quote. Infine, sono stati prelevati campioni di roccia rappresentativi delle litologie che costituiscono i maggiori acquiferi presenti nelle Alpi Apuane e alcuni campioni di sedimenti fluviali attivi.
Sui campioni di acque raccolti sono state effettuate le analisi chimiche di costituenti maggiori (Ca, Mg, Na, K, Cl, HCO3, SO4), minori (NO3, F, SiO2, B) e in traccia (Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, As, Pb) e la determinazione dei rapporti isotopici 2H/1H e 18O/16O dell’acqua e 13C/12C del carbonio inorganico totale disciolto, TDIC. I campioni di roccia e di sedimenti fluviali attivi sono stati analizzati sia a livello macroscopico che microscopico e sono state inoltre effettuate le analisi chimiche degli ossidi maggiori (SiO2, TiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO, CaO, MnO, Na2O, K2O, P2O5, LOI).
Mediante i metodi classificativi di Langelier e Ludwig e di Piper è stato possibile classificare le acque delle sorgenti in facies idrochimiche. Dalla classificazione risulta che la maggior parte delle acque appartengono alla facies bicarbonato-calcica, mentre le famiglie cloruro-sodica e solfato-calcica sono meno rappresentate. Le acque bicarbonato calciche provengono da circuiti idrici ospitati in litologie carbonatiche, le acque clorurato sodiche sono invece rappresentative di acque immature caratterizzate da una circolazione relativamente breve in rocce poco permeabili del basamento e entro depositi di detrito; infine, le acque solfato calciche sono caratteristiche di circolazione nel Calcare Cavernoso.
Sulla base dei dati isotopici dell’acqua (rapporti 2H/1H e 18O/16O) è stato possibile stabilire che l’origine delle acque sorgive studiate è meteorica e che il diverso rapporto isotopico dipende solo dalla quota di infiltrazione. Sono state quindi selezionate le sorgenti aventi una portata relativamente bassa (< 0.5 l/s) con un bacino di alimentazione facilmente individuabile e prossimo alla quota di emergenza per individuare il gradiente isotopico verticale specifico dell’area in esame. Tale gradiente ha permesso di stabilire la quota media di infiltrazione delle sorgenti che drenano i principali sistemi acquiferi dell’area.
In base ai rapporti 13C/12C è stato possibile valutare il grado di interazione delle acque con le rocce costituenti l’acquifero e l’origine del TDIC. In particolare è stato osservato che le acque clorurato-sodiche, rappresentative di acque meteoriche con scarsi tempi di residenza e scorrimento superficiale, devono il loro TDIC principalmente all’aggiunta di CO2 biogenica del suolo; mentre il TDIC delle acque appartenenti alle rimanenti facies idrochimiche è dovuto non solo all’aggiunta di CO2 biogenica, ma anche a fenomeni di dissoluzione delle rocce carbonatiche, in linea con il contesto geologico-idrogeologico e con i maggiori tempi di residenza in acquifero.
Successivamente è stata eseguita una modellizzazione dei fenomeni di interazione acqua-roccia mediante il software package EQ3/6. Il primo passo è stato quello di calcolare la condizione di saturazione rispetto alla calcite delle sorgenti campionate. Successivamente è stato modellizzato il percorso della reazione di dissoluzione di una roccia carbonatica locale. Da questo calcolo si nota che la maggior parte delle sorgenti si posizionano lungo i percorsi teorici di dissoluzione della roccia calcarea, ad eccezione delle acque solfato-calciche in quanto sono frutto della dissoluzione prevalente di solfati e non solo di carbonati. Inoltre, tale modellizzazione suggerisce che le concentrazioni di As, Cu e Zn riscontrate nelle acque campionate non derivano da dissoluzione di rocce carbonatiche, ma sono inizialmente presenti nelle acque di pioggia; mentre, per quanto riguarda Fe e Mn, il modello indica che tali concentrazioni sono legate non solo ai processi di dissoluzione delle rocce carbonatiche, ma anche a fenomeni di precipitazione di ossi-idrossidi di Fe(III) contenenti Mn.
Infine è stato considerato il caso particolare delle sorgenti di Porta; si tratta di tre emergenze, che sgorgano alla base di un affioramento carbonatico costituito da “Calcare Cavernoso” e “Calcari a Rhaetavicula Contorta”. I dati geochimici-isotopici ed idrodinamici indicano che il bacino di alimentazione non può essere costituito esclusivamente dalle rocce carbonatiche affioranti immediatamente a ridosso delle emergenze, come sostenuto in alcuni lavori. Sulla base dei dati geochimici-isotopici disponibili, in stretta sinergia con valutazioni a carattere strettamente geologico, è stato possibile individuare un bacino di alimentazione molto più ampio e con caratteristiche compatibili con le sorgenti in esame.