Come si muovono acqua e inquinanti nel sottosuolo

Il sistema idrico sotterraneo è composto dall’acqua dolce che penetra nel terreno e viene immagazzinata negli spazi tra le rocce o nella sabbia, terra e ghiaia.
Nel sottosuolo, l’acqua si può trovare in due zone: la zona insatura, immediatamente sotto la superficie terrestre, composta da roccia, acqua e aria; la zona satura, subito sotto quella insatura in cui tutti i pori e le fratture della roccia sono riempiti d’acqua. La zona satura si chiama falda o acquifero.

Ferdinando Manna è al G360 di Guelph (Canada) per studiare i processi di ricarica degli acquiferi e quali sono i fattori che influenzano il flusso verticale di acqua nella zona insatura.

Nome: Ferdinando Manna
Età: 36 anni
Nato a: Napoli
Vivo a: Guelph (Canada)
Dottorato in: idrogeologia (Napoli)
Ricerca: Ricarica e flusso nella zona insatura di acquiferi fratturati in aree a clima semi-arido
Istituto: G360 – Institute for Groundwater Research, University of Guelph
Interessi: seguire lo sport, ascoltare musica
Di Guelph mi piace: gli spazi verdi, la multiculturalità, la gentilezza delle persone
Di Guelph non mi piace: la neve ad aprile, la dipendenza dall’auto
Pensiero: Education is not the learning of facts, but the training of minds to think something that cannot be learned from textbooks. (Einstein)

Quali sono i fattori che influenzano la ricarica di una falda acquifera?

In generale, consideriamo il percorso seguito dall’acqua nel sottosuolo, il tempo impiegato a raggiungere l’acquifero e la variazione del flusso nel tempo. L’acqua può seguire due tipi di percorsi: nei terreni detti sciolti (sabbia, argilla) si muove negli spazi vuoti tra i granuli di terreno; nei terreni rocciosi, si muove nelle fratture delle rocce.

La mia ricerca si occupa di questo secondo tipo di acquiferi, detti acquiferi fratturati. Nel dettaglio, cerco di dare una stima del volume di ricarica in acquiferi fratturati in una particolare area del sud della California, coinvolta in un ampio progetto sul trasporto di contaminanti nel sottosuolo. Nelle Simi Hills vicino a Los Angeles c’è un’area di circa 11 km² di proprietà di Boeing e del DOE (Department of Energy degli Stati Uniti) che, a partire dagli anni Cinquanta e fino al 2006, è stata usata per testare i motori delle navicelle spaziali. Tutte queste operazioni hanno causato la contaminazione del terreno da parte di sostanze chimiche inquinanti.

Oggi, al Santa Susana Field Laboratory, è in corso un processo di pulizia e ricerca di nuove tecnologie, metodi di misurazione, possibili soluzioni innovative per proteggere la salute ambientale e umana del sito.

Che tecniche usate per caratterizzare il Santa Susana Field Laboratory?

Usiamo un approccio multidisciplinare basato sullo sviluppo di programmi e software idrogeologici, la quantificazione di traccianti ambientali e su misure fisiche.

Abbiamo messo a punto un modello matematico per simulare il flusso acqua e comprendere la variabilità spaziale e temporale delle acque sotterranee. Negli acquiferi fratturati, semplificando, l’acqua si muove verticalmente attraverso fratture nelle rocce. Il movimento è molto lento, nelle fratture la velocità è di 1 m/h mentre nei pori si parla addirittura di cm/anno.

Nel percorso tra la superficie e l’acquifero, l’acqua viene assorbita dalla roccia e poi, in alcune circostanze, rilasciata nuovamente nelle fratture: questa interazione incide non solo sul flusso ma anche sul chimismo dell’acqua. Riuscire a stimare il tempo impiegato a raggiungere la falda permette di dare un’idea della composizione chimica dell’acqua nell’acquifero e, nel nostro caso, del comportamento degli inquinanti lungo il tragitto e se/quanto la loro concentrazione varia a diverse profondità.

Cosa sono i traccianti ambientali?

Sono elementi chimici che si trovano nell’acqua la cui distribuzione nel sottosuolo viene usata per studiare il tipo di flusso o di percorso compiuto. Nella mia ricerca uso i cloruri, traccianti naturali che provengono dalle piogge dove hanno una concentrazione stabile: confrontando i cloruri nelle piogge con la loro distribuzione a diverse profondità del suolo, possiamo vedere se c’è stata una variazione di flusso nel tempo o nello spazio e studiare i processi idrici coinvolti.
Per questi studi abbiamo realizzato più di 200 punti di misura, un caso più unico che raro.

La terza metodologia che usiamo per caratterizzare l’area del Santa Susana Field Laboratory consiste nell’installare all’interno di questi 200 pozzi delle strumentazioni per rilevare e monitorare nel tempo una serie di misure fisiche, tra cui la pressione dell’acqua e il suo livello nella falda.

Che ruolo gioca il clima su queste misurazioni?

Nel sud della California il clima è semi-arido, quindi le precipitazioni sono molto basse e l’evapotraspirazione potenziale molto alta. L’evapotraspirazione è la quantità di acqua che ritorna all’atmosfera per azione dell’evaporazione del suolo e della traspirazione delle piante. L’evapotraspirazione potenziale è il valore limite che può raggiungere l’evapotraspirazione, anche in caso di disponibilità infinita di acqua.

In un clima semi-arido l’evapotraspirazione potenziale è molto più grande delle precipitazioni e perciò il volume potenziale di ricarica è molto basso, i nostri risultati dicono 20 mm di acqua all’anno. La poca acqua che raggiunge l’acquifero, il flusso molto lento e le proprietà fisiche delle rocce indicano che i contaminanti entrati nel sottosuolo negli anni Cinquanta non hanno percorso grandi distanze e sono tutti ancora abbastanza concentrati.

Questo è un aspetto relativamente positivo perché vuol dire che non costituiscono ancora un pericolo per la popolazione circostante (anche se la zona è militare) e c’è tempo per bonificare l’area.

Quali sono le prospettive future del tuo lavoro?

Usare i risultati ottenuti sui flussi di acqua nel sottosuolo per capire il movimento dei contaminanti, la loro posizione tra 20-30 anni e quali sono le tecniche di bonifica più efficaci per la zona.

Inoltre, studiare i processi di ricarica negli acquiferi fratturati di aree semi-aride come la California permette di fare stime ragionevoli sui volumi di risorsa idrica disponibile anche in altre parti del mondo, sia adesso sia per il futuro, quando il cambiamento climatico porterà una variazione in queste risorse.

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Fotografia sfondo: Ryan Hodnett – CC BY-SA 4.0