RICERCA ITALIANA     

Gli acquiferi profondi della Pianura Padana s.l. come risorse regionali: acquitardi nella idrodinamica, generatrici di acque chimicamente e termicamente anomale, luogo idoneo per l'intrappolamneto della CO2 atmosferica

Università "Ca' Foscari" di Venezia

Abstract

Gli acquiferi profondi della Pianura Padana e Veneto Friulana sono caratterizzati dalla presenza di un sistema acquifero confinato che contiene acque dolci ed acque saline. Questo sistema è importante perchè offre la possibilità di applicazioni che vanno oltre lo sfruttamento idrico tradizionale. Le acque dolci e le acque fossili possono fornire molte informazioni sui cambiamenti climatici. (1) Una grande varietà di metodi geochimici ed isotopici sono stati sviluppati e studiati con lo scopo di definire le differenti fasi del ciclo idrologico e di individuare le caratteristiche di ricarica e di flusso di queste acque. Inoltre i traccianti ambientali consentono di ricostruire i cambiamenti ambientali del passato. (2) Le acque saline/salmastre sono presenti alla base del sistema idrodinamico padano s.s., mentre verso il settore più orientale dell'area, la pianura friulana, alla base del sistema confinato sono presenti acque con un grado di termalismo. La maggior parte dei campioni raccolti da sorgenti e pozzi della Pianura Padana s.s., risultano da miscele di acque sodico-clorurate ed acque superficiali ricaricate lateralmente dalle Alpi e dagli Appennini, la cui naturale emergenza è associata alle maggiori strutture tettoniche. Gli acquiferi profondi delle pianure alluvionali (Pianura Padana e Friulana) hanno un interesse sia sociale che scientifico. Attualmente in varie località sono utilizzate per scopi termali ed il loro studio geochimico può servire per spiegare le loro proprietà curative.
In alcuni posti, il sovrasfruttamento degli acquiferi profondi, può produrre la risalita di acque salate attualmente confinate in profondità all'interno di sedimenti marini; la salinizzazione dell'acqua dolce e la rimobilizzazione di alcuni elementi quali l'arsenico, costituiscono un grande problema per gli acquiferi utilizzati per usi potabili.
Il sovrasfruttamento degli acquiferi profondi può avere un impatto significativo sulla geomorfologia della valle del Po con un incremento dell'erosione delle coste, rapido cambiamento degli equilibri biologici, perdita di aree umide e fenomeni di suubsidenza che possono causare cambiamenti seri al sistema ecologico.
Poichè la maggior parte degli acquiferi salini sono profondi e praticamente confinati, essi sono attualmente valutati come possibili aree per il confinamento geologico e l'accumulo di gas serra come la CO2, nonstante la solubilità della CO2 diminuisca all'aumentare della salinità.
D'altra parte le caratteristiche chimiche ed isotopiche non uguali di queste acque e la loro evoluzione durante i tempi geologici non sono ancora completamente spiegate e sono avanzate numerose ipotesi.
I principali problemi scientifici relativi agli acquiferi profondi sono: origine delle acque, evoluzione delle acque in relazione alla dissoluzione e deposizione dei minerali (interazione acqua-roccia), il comportamento della CO2 nelle condizioni di accumulo nel sottosuolo, le reazioni chimiche legate al confinamento della CO2.
I principali problemi che devono essere risolti mediante lo studio degli acquiferi profondi sono: definizione del processo di salinizzazione delle acque dolci in conseguenza dell'attività antropica, valutazione dell'esistenza di una stratificazione legata a cambiamenti climatici, analisi dell'incremento del processo di degassazione e relazione delle sorgenti termali con l'attività tettonica e sismica, comprensione delle relazioni di equilibrio multi fase della CO2 in condizioni supercritica e degli acquiferi dei sistemi geologici. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Giovanni Maria ZUPPI Università "Cà Foscari" di VENEZIA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Obiettivo del programma è lo caratterizzazione degli acquiferi profondi della Pianura Padana e delle adiacenti Pianure Veneta e Friulana ai fini di una futura possibile utilizzazione.
Il programma affronta in particolare i seguenti temi:
1. Studio delle acque saline profonde dell'area posta ad est del fiume Tebbia, al fine di contribuire alla soluzione dei seguenti problemi principali:
- Origine di alcune acque saline a Na-Cl (incluse le acque a CaCl2);
- Evoluzione di tali acque durante i processi di interazione acqua-roccia -inclusi i processi di ultrafiltrazione/osmosi inversa e di mescolamento tra le acque saline e gli acquiferi più superficiali;
2. Implementazione di un modello matematico di flusso idrico nel settore di pianura dell'Oltrepò Pavese.
3. Caratterizzazione fisica e idrochimica delle falde profonde della bassa Pianura Friulana: individuazione di facies chimica, qualità, tempi di residenza, origine delle acque;
- caratterizzazione idrogeologica delle falde profonde: rappresentazione dei campi di moto dei diversi livelli acquiferi, tracciamento di sezioni idrogeologiche, valutazione dei parametri di permeabilità e trasmissività;
- definizione dei principali circuiti sotterranei con particolare riguardo alle aree di alimentazione delle falde profonde;
- collegamento tra le caratteristiche idrogeologiche degli acquiferi e l'evoluzione geologico–strutturale dell'area.
4. Correlazione tra concentrazioni anomale di gas nel suolo e discontinuità tettoniche per verificare la permeabilità della copertura sedimentaria in corrispondenza di eventuali siti per lo stoccaggio della CO2.
5. Uso dei traccianti detti dell'ambiente, per ricostruire i cambiamenti ambientali del passato, che è un requisito preliminare sia per chiarire alcuni degli aspetti oscuri delle variazioni ambientali correnti sia per predire i cambiamenti futuri.
6. Studio delle interazioni geochimiche fra la CO2 immessa e la roccia serbatoio e valutazione del ruolo delle caratteristiche chimiche delle acque e mineralogiche della matrice dell'acquifero potenziale sito per il sequestro del CO2. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Molti acquiferi profondi della Pianura Padana, della Pianura veneto-friulana, dell'Appennino e della sua area pedemontana sono costituiti da acque con caratteristiche chimico-fisiche peculiari; sono presenti infatti acque saline/salamoie contraddistinte da idrofacies di tipo sodico-clorurato ed acque termali. Alcuni acquiferi profondi con acque a temperature anomale sono state scoperte durante l'esecuzione di pozzi per acqua (fascia costiera tra Lignano e Grado); acque a chimismo anomalo sono state scoperte durante l'esecuzione di perforazioni connesse a ricerche petrolifere, mentre altre acque sono note fin dall'epoca romana (Salice Terme, Rivanazzano, Miradolo, Terme, Bobbio, Salsomaggiore) (Artusi et al., 1977) e sfruttate per scopi termali o, in tempi più recenti, come acque adatte alla produzione di sale (Cavanna et al., 2004a). Queste acque infatti, presentano talora una salinità molto superiore a quella marina.
Sono presenti anche acque ad idrofacies bicarbonato-sodica, solfato- calcica ed acque a chimismo vario con una particolare impronta di idrogeno solforato che sono conosciute, ad eccezione di alcune di esse (Terme di Recoaro a Broni e di Salice), solamente a livello locale.
Nell'area considerata, l'emergenza delle acque saline è talora legata (i) a vulcanetti di fango, che sono disposti lungo il margine esterno dell'Appennino (nella regione Emilia Romagna sono presenti almeno 18 vulcani di fango di una certa rilevanza: Pellegrini et al., 1982; Capozzi e Picotti, 2002; Martinelli e Judo, 2004, (ii) altre acque non legate a vulcani di fango, sono localizzate nella pianura padana in senso stretto (es.: Monticelli, Cortemaggiore, Fontevivo, Correggio, Cornegliano) (es.: Conti et al., 2000) e (iii) lungo la catena Nord Appenninica e relativa area pedemontana (es.: Bobbio, Miano, Salsomaggiore, Lesignano, Spilamberto, Ponte Tidone) (es.: Bencini et al., 1977; Minissale et al., 2000; Duchi et al, stampa, e bibliografia citata). Nella Pianura Padana s.s. queste acque con caratteristiche chimico - fisiche anomale rappresentano relitti di acque formazionali contenute in acquiferi profondi Plio-Pleistocenici, mentre verso il margine più orientale, nella Pianura friulana, non sono ben conosciute. Le salamoie della Pianura Padana s.s. rappresentano il livello di base del sistema acquifero quaternario, raccolto nella potente sequenza sedimentaria caratterizzata da alternanze di argilla e di sabbia. La geochimica indica che queste sono acque marine evaporate, residuali della precipitazione del gesso, bloccate nella parte inferiore del bacino dalla fine del Messiniano. La mobilità di queste salamoie è limitata a causa della loro alta densità. Numerose emergenze di acqua salmastra sono, tuttavia, osservabili, in rapporto con l'assetto tettonico affiorante e sepolto delle strutture appenniniche e alpine. Le acque saline sono portate in superficie sia mediante le acque meteoriche infiltratesi in profondità fino a lisciviare la parte superiore delle salamoie, sia attraverso le forze di compressione tettonica agenti lungo i margini della pianura padana e che comprimono le salamoie. Le salamoie svolgono un ruolo importante come liquido di lubrificazione lungo le fratture maggiori. Ciò può essere osservato soprattutto nel settore emiliano, dove i vulcanelli di fango subiscono rapidi cambiamenti di portata, di idrochimica e di gas nobili, in relazione agli eventi sismici. Nel settore piemontese, le sorgenti mostrano, invece, caratteristiche chimiche ed isotopiche dovute alla lisciviazione dei depositi di gessi messiniani (Conti ed altri, 2000).
I sistemi confinati della pianura padana, sono descritti dalla maggior parte dei ricercatori come strati acquiferi tra loro sganciati, ricaricati da apporti alpini o appenninici. Un modello concettuale semplificato della pianura padana, che consideri il bacino padano come un unico acquifero, anche se localmente suddiviso in acquiferi del Pleistocene e dell'Olocene tra loro separati, è stato applicato per calcolare i tempi di transito sotterraneo delle falde di acqua dolce. I tempi di transito, calcolati in accordo con le età delle acque valutati mediante 36Cl e 4He, variano tra 10 e l0E5 anni (Zuppi e Sacchi, 2004a; 2004b).
L'aquiclude basale del grande sistema acquifero padano è, di conseguenza, formato dalle salamoie post-messiniane. Le salamoie di base, racchiuse negli acquiferi profondi, possono essere considerate come gigantesche inclusioni fluide formatesi durante la subsidenza del bacino. L'età dell'acqua nel sistema stagnante dovrebbe essere elevata, compresa tra l'età delle rocce ospite (acqua connata) e l'età della fase di subsidenza in cui lo strato acquifero è stato isolato dai sedimenti impermeabili a tetto, posizionandolo di sotto al momentaneo drenaggio attivo. Le età isotopiche sono state calcolate essere, per tale motivo, molto vecchie: oltre 10E5 anni. I dati di 36Cl delle salamoie vanno oltre il limite di datazione con questo metodo (oltre un milione di anni, considerando che la massa del 36Cl osservato sia stata tutta prodotta in situ), e le età da 4He sono state riconosciute essere più vecchie di 2-5 milioni di anni (ipotizzando che tutto l'He sia stato prodotto all'interno dell'acquifero).
I pochi dati chimici disponibili per gli acquiferi profondi della Pianura Friulana sembrano indicare che le acque, di tipo bicarbonato–sodico, sono a bassa salinità (valori compresi tra 300 e 800 mg/l) e non sembrano essere coerenti con i dati isotopici di seguito riportati. Infatti, dalle poche analisi effettuate su pozzi con profondità dino a 600 m, risultano bassi contenuti in tritio (inferiori a 0,8 UT), indicatori di una circolazione idrica caratterizzata da tempi di residenza piuttosto lunghi. I valori degli isotopi stabili dell'ossigeno sembrerebbero indicare inoltre quote di infiltrazione valutate (GRASSI, 1989) attorno ai 1.200 – 1.500 m s.l.m. Un modello di circolazione a carattere regionale sembra in contrasto con i bassi valori di salinità riscontrati.Un chimismo leggermente diverso è quello riscontrato in alcuni pozzi ubicati nella zona della Foce del Tagliamento e più a N a Pertegada e Bevazzana. In particolare, in un pozzo ubicato alla foce del Tagliamento (Isola Picchi), profondo 600 m, la salinità raggiunge i 1330 mg/l, i tenori in Ca diminuiscono ed aumentano i tenori in Cl.
Molti acquiferi salini della Pianura Padana s.s. sono profondi e praticamente isolati; pertanto essi hanno suscitato l'attenzione dei ricercatori dal momento che potrebbero essere utilizzati come sistemi di confinamento di CO2 di produzione antropica (es.: Gunter et al., 1993; Turkenburg, 1997; Wawersik e Rudnicki, 1998; Bachu and Adams, 2003). Si tratta di un argomento di grande rilevanza sociale, politica ed economica connesso alla produzione di energia dal momento che tutte le ricerche condotte a livello internazionale concordano sul fatto che almeno per i prossimi venti-trent'anni il sistema energetico mondiale sarà dominato dai combustibili fossili il cui uso rappresenta la maggior fonte di emissione di CO2. È stato inoltre stimato che, se non si riuscirà a modificare il trend attuale, le emissioni di anidride carbonica saranno più che raddoppiate nel 2030 rispetto ai valori del 1990. Nello stesso periodo, le proiezioni stimate prevedono un incremento delle emissioni di CO2 del 18% negli stati dell'UE e addirittura del 50% negli Stati Uniti. Sebbene le emissioni dei paesi in via di sviluppo rappresentavano il solo 30% nel 1990, questi paesi saranno responsabili di oltre la metà delle emissioni totali nel 2030. Attraverso il Protocollo di Kyoto è stato stabilito di ridurre drasticamente le emissioni di CO2 (8% per i paesi dell'Unione Europea tra il 2008 e il 2012 rispetto ai valori del 1990).
L'iniezione di CO2 in acquiferi salini è subordinata principalmente a tre condizioni: la permeabilità dell'acquifero, la saturazione in CO2 e l'impermeabilità della copertura. La permeabilità e la capacità della CO2 di entrare nell'acquifero dopo l'iniezione determinano il volume di anidride carbonica che potrà essere immobilizzato. La porosità delle rocce dei bacini sedimentari contenenti gli acquiferi salini profondi offre un grande volume per lo smaltimento di scorie gassose.
Da un punto di vista idrogeologico non sono stati ancora ben chiariti i meccanismi che provocano l'emergenza ed il mescolamento delle acque degli acquiferi profondi, con acque appartenenti a circuiti idrici più superficiali a bassa mineralizzazione (area padana). Tali meccanismi sono in generale di difficile comprensione per varie motivazioni, tra cui:
1. le emergenze si collocano in zone tettonicamente complesse quali quelle del fronte appenninico sepolto, della finestra di Bobbio, e della faglia dello Staffora (AA. VV., 1990);
2. non sempre sono presenti strutture tettoniche significative in grado di veicolare tali acque in superficie (Bobbio e le acque minerali della valle dell'Aveto) (Bellinzona et al., 1968, Cavanna et al., 1995);
3. sono presenti più "end-member" di acque che concorrono al mescolamento, contraddistinte da connotazioni idrochimiche anche molto differenti per tipologia (acque clorurato sodiche, sulfuree, bicarbonato-calciche, solfato-calciche) e per il grado di mineralizzazione (Olivero et al, 1987; Cavanna et al, 2004a; Cavanna et al, 2004b).
In alcune aree inoltre (area friulana) sono solo parzialmente noti i meccanismi dell'idrodinamica sotterranea, le geometrie, le caratteristiche idrogeologiche degli acquiferi profondi e l'origine del termalismo.
Il chiarimento di questi meccanismi è necessario per la valutazione degli effetti della pressione antropica sul territorio. Infatti la pianura padana sostiene la maggior parte delle attività agricole ed industriali dell'Italia Settentrionale e di conseguenza presenta un forte inquinamento e depauperamento delle risorse idriche superficiali. Questo determina lo sfruttamento di acque sempre più profonde che costituiscono una importante risorsa strategica che dovrebbe essere conservata come riserva idrica di emergenza. La perturbazione intensa prodotta dall'emungimento antropico provoca il richiamo di acque salate verso gli acquiferi più superficiali determinandone un inevitabile decadimento (Conti et al., 2000).
La salinizzazione degli aquiferi superficiali risulta particolarmente evidente in molte zone dell'Oltrepo Pavese, in alcuni settori nell'intorno della collina di San Colombano e localmente anche nella pianura piacentina occidentale e nella pianura reggiana (Bonori et al., 2000).
Se i meccanismi che provocano la contaminazione delle acque sotterranee in acquiferi sedimentari costieri da parte di intrusioni di acque salate recenti ed antiche è abbastanza ben conosciuto (Barlow & Wild, 2002), in Pianura Padana, nei settori prossimi al margine appenninico, tali meccanismi non sono ancora stati ben stati definiti. La migrazione dal basso di acque ad elevata mineralizzazione provenienti dalle salamoie profonde della Pianura Padana e la loro diffusione in acquiferi dolci poco profondi è infatti fortemente condizionata da più fattori il cui ruolo ed importanza non sono sempre ben individuabili.
Acque saline risalenti verso la superficie possono modificare il chimismo delle acque incluse nei suoli. Questo fenomeno è ben noto per le conseguenze che esso ha sulle caratteristiche del suolo e la sua produttività (salinizzazione del suolo), specialmente nelle aree costiere o in regioni dove climi estremi favoriscono l'evapotrspirazione (Salama et al., 1999; Schofield and Kirkby, 2003). <<<