Spring Blitz Italia: Un Evento di Citizen Science Nazionale per le Sorgenti d’Acqua

Dott. Stefano Natali

PhD in Scienze della Terra

Università di Pisa, Dipartimento di Scienze della Terra

stefano.natali@dst.unipi.it

20 marzo 2025

Preparazione alla giornata mondiale dell’acqua

(World Water Day 22 March 2025)

L’impronta invisibile dell’acqua:

alla scoperta degli isotopi

CICLO DELL’ACQUA

Il ciclo dell'acqua, noto anche come ciclo idrologico, descrive l'esistenza ed il movimento dell'acqua sulla, nella e al di sopra della Terra

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L'acqua della Terra è sempre in movimento e cambia stato continuamente, da liquido a vapore a ghiaccio, in tutti i modi possibili

• Il ciclo idrologico non ha un vero e proprio punto di partenza, ma un buon posto da dove cominciare è il mare

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• Circa il 97% dell’acqua è contenuta negli oceani (acqua salata)

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• Il 3% rimanente è acqua dolce, per la maggior parte sequestrata all’interno di calotte glaciali e ghiacciai (circa il 69%) ed il restante è suddiviso tra acqua sotterranea (circa il 30%) e acqua superficiale (circa l’1%)

CICLO DELL’ACQUA

CICLO DELL’ACQUA

Evaporazione oceanica

• Un’altra parte si infiltra negli strati superficiali del suolo (deflusso ipodermico) e più profondamente alimentando le falde aquifere (deflusso sotterraneo) che immagazzinano enormi quantità di acqua dolce per periodi di tempo anche molto lunghi

• Il sole riscalda l'acqua del mare e parte di essa evapora nell'aria (circa il 90%)
• La restante parte (circa il 10%) evapora dai continenti
• L’evapotranspirazione contribuisce al flusso di vapore acqueo nell’atmosfera

• Le correnti d’aria ascensionali sollevano il vapore nell’atmosfera dove la temperatura più bassa ne provoca la condensazione in goccioline che formano le nuvole

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• I venti trasportano le goccioline nell’atmosfera finché non ricadono sottoforma di precipitazioni (liquide e/o solide)

• La pioggia può cadere come neve e accumularsi nei ghiacciai

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• Parte delle piogge danno origine al ruscellamento superficiale (fiumi e laghi)

ACQUE SOTTERRANEE E SORGENTI

Evaporazione oceanica

L’acqua sotterranea riemerge naturalmente dal sottosuolo sotto forma di sorgenti, oppure viene estratta dall’uomo attraverso pozzi e piezometri

Una sorgente si forma dove l'acqua sotterranea in movimento incrocia la superficie ed affiora.

Le sorgenti possono variare molto in importanza, da piccole venute temporanee che si formano in seguito alle piogge, a sorgenti perenni che possono raggiungere portate di decine o centinaia di metri cubi al secondo

ACQUE SOTTERRANEE, ACQUE POTABILI E RICARICA DELLE FALDE

Evaporazione oceanica

• Le acque sotterranee rappresentano la principale fonte di acqua potabile nel mondo

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• Elevata qualità chimica e maggiore disponibilità

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• Ampiamente utilizzate anche a scopo agricolo e industriale

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• La ricarica delle acque sotterranee (da parte delle piogge) è fondamentale per garantire il rinnovamento delle risorse idriche contenute negli acquiferi e quindi il loro utilizzo sostenibile

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• L’attuale cambiamento climatico può avere importanti conseguenze sui processi di ricarica delle falde, con ripercussioni sulla disponibilità e qualità delle acque sotterranee

L’ACQUA HA MEMORIA?

Esiste un tracciante che ci permetta di seguire il movimento dell’acqua all’interno del ciclo idrologico?

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Come si può tracciare l’infiltrazione delle piogge e la ricarica delle falde?

ISOTOPI COME TRACCIANTI DEL CICLO IDROLOGICO

• Un ATOMO è composto da protoni (+), elettroni (-) e neutroni

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• La somma di protoni e neutroni è il numero di massa di un atomo (ovvero il suo peso)

Numero di massa

Numero atomico

ISOTOPI

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Atomi di uno stesso elemento composti da un differente numero di neutroni

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🡪 atomi con numero di massa differente (e quindi peso differente)

ISOTOPI STABILI DELL’ACQUA

¹⁶O = 99.76%

¹⁷O = 0.04%

¹⁸O = 0.20%

16

18

¹H = 99.9885%

²H = 0.0115%

ISOTOPI DELL’IDROGENO

ISOTOPI DELL’OSSIGENO

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COME SI MISURANO LE ABBONDANZE ISOTOPICHE?

Le abbondanze isotopiche si misurano come rapporti tra la quantità di isotopo più pesante e la quantità di isotopo più leggero

Notazione «delta» convenzionale:

δ²H

δ¹⁸O

Evaporazione

Le molecole d’acqua contenenti isotopi più leggeri (¹H and ¹⁶O) evaporano più facilmente

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🡪 questo porta ad un arricchimento di isotopi pesanti nel liquido rimanente e un impoverimento nella fase vapore

FRAZIONAMENTO ISOTOPICO

Condensazione

Le molecole d’acqua contenenti isotopi più pesanti (²H and ¹⁸O) entrano preferenzialmente nella fase liquida

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🡪 questo porta ad un arricchimento di isotopi pesanti nel liquido condensato e un impoverimento nella fase vapore

Le abbondanze relative degli isotopi stabili dell’ossigeno e dell’idrogeno nelle acque dipendono dai processi fisici (evaporazione e condensazione) che si verificano all’interno del ciclo dell’acqua

ISOTOPI: IMPRONTA DIGITALE DELL’ACQUA

La composizione isotopica dell’acqua rappresenta la sua impronta digitale invisibile che ci racconta la sua storia

• Continentalità (distanza dalla costa)
• Latitudine (distanza dall’equatore e dai poli)
• Quota (versanti montuosi)
• Temperatura
• Quantità di pioggia

LA COMPOSIZIONE ISOTOPICA DELLE PIOGGE

ITALIA (Giustini et al. 2016)

FRIULI VENEZIA GIULIA (Masiol et al. 2021)

• Valori isotopici più alti sulle coste, a bassa quota, in primavera-estate

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• Valori isotopici più bassi nell’interno, ad alta quota, in inverno-autunno

SPAGNA (Hatvani et al. 2020)

LA COMPOSIZIONE ISOTOPICA DELLE ACQUE SOTTERRANEE

Studiare la composizione isotopica delle acque sotterranee permette di:

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• Ricostruire le aree di alimentazione e le quote di ricarica
• Identificare mescolamenti di falde diverse caratterizzate da acque con storia completamente diversa
• Comprendere le relazioni tra i circuiti idrogeologici sotterranei
• Definire l’età dell’acqua e i tempi di ricarica

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SICILIA (Liotta et al. 2013)

SPRING BLITZ ITALIA

SPRING BLITZ: evento di monitoraggio collettivo da svolgersi sull’intero territorio nazionale

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OBIETTIVI:

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1. Creare una fotografia dello stato delle sorgenti a fine del periodo piovoso, quando le risorse idriche saranno al massimo della ricarica e prima dell’inizio del periodo di magra estivo

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• Le referenti ed i referenti del Progetto, equipaggiati di conduttimetro e bottiglia idonea per il campionamento, dovranno selezionare una sorgente «significativa» del loro territorio e procedere alla misura della conducibilità e alla raccolta del campione

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• I campioni verranno poi sottoposti ad analisi isotopica, per ottenere importanti informazioni circa:

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• L’origine delle acque sotterranee
• Le loro aree di alimentazione e quote di ricarica
• La loro impronta digitale rispetto alla stagionalità isotopica tipica delle piogge
• L’eventuale effetto dell’evapotraspirazione sulle acque prima di infiltrarsi e alimentare le sorgenti

SPRING BLITZ ITALIA

SPRING BLITZ: evento di monitoraggio collettivo da svolgersi sull’intero territorio nazionale

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L’enorme potenzialità di questa attività di Scienza Partecipata (Citizen Science) è la possibilità di ottenere una grande quantità di dati su un territorio molto vasto, che sarebbe impossibile da raggiungere con le sole attività dei ricercatori

I cittadini contribuiscono attivamente alla ricerca, raccogliendo i dati indispensabili alle successive elaborazioni

I ricercatori elaborano i dati e ottengono informazioni che vengono condivise con i cittadini

SPRING BLITZ ITALIA

• Produrre un database unico di dati sulle sorgenti montane del territorio nazionale

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• Fornire la base conoscitiva per ulteriori studi e progetti di scienza partecipata

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• Aumentare la conoscenza e la consapevolezza sulle risorse idriche del nostro territorio

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• Perseguire la loro tutela, protezione e salvaguardia

Saint Naum Springs, National Park Galicica, North Macedonia

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