Introduzione

L’acqua è di primaria importanza nei processi biologici, ma anche nei processi dialterazione che determinano il riciclo delle rocce. Ha una notevole funzionetermoregolatrice: raffreddandosi e riscaldandosi più lentamente del suolo, regola latemperatura del nostro pianeta.

L’idrosfera comprende l’insieme delle masse di acqua sulla superficie terrestre, leacque presenti all’interno della Crosta e le sostanze in esse disciolte. L’idrosferacomprende dunque le masse oceaniche, i corsi ed i reservoir d’acqua dolce, ighiacciai, il vapore d’acqua atmosferico. Le acque (sia allo stato liquido che solido)ricoprono circa il 70% della superficie terrestre. L’idrosfera è dominata dalle acqueoceaniche che ne costituiscono il 98%.

PROPRIETÀ CHIMICO FISICHE DELL’ACQUAL’acqua è presente sulla Terra allo stato solido, liquido e vapore. Le trasformazioni dauna forma all’altra è chiamato passaggio di stato. L’acqua è l’unica sostanza in cui illo stato solido è meno denso dello stato liquido: infatti il ghiaccio galleggia sull’acqualiquida. La densità massima dell'acqua è raggiunta a 4 °C, perché il volume molaredell'acqua aumenta all'abbassarsi della temperatura, con conseguente diminuzionedella densità. La sua molecola ha proprietà inusuali quando si confrontano con quelledi molecole simili in struttura o dimensione come NH3, HF or H2S:

• punto di ebollizione più alto• punto di fusione più alto• tensione superficiale più elevata• più alto calore di vaporizzazione

Tutte queste proprietà indicano che le interazioni tra le singole molecole d'acquadevono essere insolitamente più forti. Le eccezionali proprietà chimico-fisiche e lamaggior parte di quelle chimiche dell'acqua sono legate alla sua polarità elettrica ealla possibilità di formare legami a idrogeno intermolecolari.

STRUTTURA DELL’ACQUA E LEGAME AD IDROGENOLa molecola H2O ha una struttura tetraedrica, l'angolo dilegame della molecola d'acqua è di 104,5°, che determinaun’asimmetria nella distribuzione di cariche elettriche, per ladifferenza di elettronegatività tra H ed O. Questo conferisce unaforte caratteristica ionica al legame OH che comporta a suavolta un momento di dipolo elevato. La molecola d'acqua è unamolecola fortemente polare.

Le proprietà uniche dell'acqua si originano dalleinterazioni tra l'H di una molecola e il doppietto solitariodi elettroni di un'altra molecola d'acqua. Questainterazione è chiamata legame ad idrogeno. Questeinterazioni possono originarsi in tutte le molecole in cuisia presente un H su un gruppo donatore (-O-H o –N-H) ed un doppietto solitario su un gruppo accettore(O=C, O-H). L’importante è che nel gruppo donatore cisia un'appropriata differenza di elettronegatività.L'energia di un legame ad idrogeno è dell'ordine di 20kJ/mol mentre quella di un legame O-H è 460 kJ/mol. Acausa della sua polarità l'acqua da buone interazionicon gli ioni, rendendola un buon solvente.

Diagramma di stato dell’acqua

Le condizioni di temperatura epressione in cui le fasi solida, liquida egassosa di una sostanza esistonocontemporaneamente in equilibrio traloro è detta PUNTO TRIPLO (T). Perl'acqua il punto triplo viene usato comeriferimento di temperatura, avendofissato per convenzione che questi è a273,16 K (ossia 0,0075 °C); lapressione al punto triplo dell'acqua è di611,2 Pa, (0,006 atm; 4,58 mmHg)valore molto basso, se si considerache al livello del mare la pressioneatmosferica vale mediamente 101.300Pa (1 atm; 760 mmHg). Neldiagramma sono riportati i punti diebollizione (E) e di fusione (F) a livellodel mare (1 atm). Da notare che il latemperatura di fusione dell’acqua(stato solido � liquido) diminuisce conla pressione.

DIAGRAMMA DI STATO DELL’ACQUA

CICLO IDROGEOLOGICO

ACQUA OCEANICAGli oceani sono il maggior reservoir d’acqua, la massa degli oceani seppur grande rappresenta solo il 0.02% della massa terrestre.

La temperatura, densità e salinità sono i parametrifondamentali nello studio e descrizione delle acque oceaniche.

La temperatura superficiale degli oceani varia in maniera irregolare poichédipende dalla latitudine, dalla prossimità ai continenti, dalle correnti superficiali.La temperatura varia con la profondità come illustrato in figura 1:lo strato superficiale (100 m) presenta una temperatura costante, e risentesolo di variazioni stagionali. Segue uno strato, termoclino, ove la temperaturadiminuisce bruscamente fino ad una profondità di circa 1000 m. A profonditàmaggiori diminuisce solo leggermente nello strato omotermico profondo.

Figura 1

Temperatura superficiale: 26-30 maggio 2006

La salinità esprime il peso in grammi dei sali disciolti in un Kg d’acqua dopo che ionibromuro e ioduro sono stati completamente sostituiti da equivalente quantità di cloruri edopo che tutti i carbonati sono trasformati in ossidi.

Più semplicemente oggi la salinità si determina con la misura dellaconducibilità elettrica, dalla quale note temperatura e pressione siricava la salinità.

La salinità media degli oceani è 34.5‰ (g/Kg) ma essa varia insuperficie e in profondità. In generale la salinità aumentavelocemente da 100 m a 500 m ove si raggiunge il suo massimoper poi decrescere fino a 900 m (Aloclino). A profondità maggioridi la salinità tende a rimanere costante con la profondità.

ACQUA OCEANICA

Sat. Aquarius

Ago-Sept 2011

Anche la densità varia con la profondità: incrementa fino a circa1000 m (Picnoclino) per poi stabilizzarsi.

La densità dipende dalla:1. Salinità2. Temperatura3. Pressione

La temperatura è il parametro che più influenza la densità: acquaa salinità maggiore può galleggiare su acqua meno densa sequesta è più fredda.La densità media degli oceani è ρρρρ = 1.02476 g/cm3 a 20°C.

ACQUA OCEANICA

termoclino

ACQUA OCEANICA:STRATIFICAZIONE E CIRCOLAZIONEIl movimento delle correnti superficiali èindotto dai venti, mentre la circolazioneprofonda

è indotta dalla differenza di densità,conseguenza di diversa salinità etemperatura (acque con maggiore salinitàsono più dense analogamente a bassetemperature la densità è maggiore). Inoltre ledifferenze di densità e temperaturadell’acqua oceanica determinano la suastratificazione: l’acqua più densa e/o piùfredda è sovrastata da acqua più calda.L’acqua profonda ha una salinità costante del35‰ (a 3°C), mentre l’acqua superficiale hasalinità e temperatura variabile. Ilmescolamento completo delle acqueoceaniche richiede dai 1000 ai 2000 anni edè innescato dai venti che spingono le acquesuperficiali più calde verso i poli, qui siraffreddano e affondano tornando poi versol’equatore.

Il mescolamento completo delle acque oceaniche richiede dai 1000 ai 2000 anni ed èinnescato dai venti che spingono le acque superficiali più calde verso i poli, qui siraffreddano e affondano spostandosi verso l’equatore.

ACQUA OCEANICACORRENTE DEL GOLFO

Riscaldamento Globale

Inquinamentoacque dolci idrotermalismo

COMPOSIZIONE DELL’ACQUA MARINAContributi importanti alla composizione dell’acqua oceanica vengono dalle

1. Acque dolci fluviali (HCO3-, Ca2+, SiO2, SO4

2-, Cl-, Na+, Mg2+ e K+ per untotale medio stimato in 98 g/l per anno).

2. Atmosfera (H, He, O, CO2)3. Circuiti idrotermali (SiO2, SO4

2-, Mg2+, Ca2+ etc.)4. Uomo (Inquinanti in genere, organici ed inorganici)

Tali apporti concorrono a determinare la salinità dell’acqua marina, cioè la quantità ele specie di ioni in essa disciolti.

Componenti principali (o conservativi: a scala globale in concentrazione costante e rapporti costanti tra loro)

Concentrazione degli ioni in acqua marina con salinità del 35 ‰

Componenti minori (o in traccia)Sono gli elementi che meno abbondanti dei precedenti ma importanti per i processibiologici:

• nutrienti: quali ammonio, nitriti, nitrati, fosforo organico e fosfati;• gas disciolti: azoto, ossigeno, argon,• oligoelementi: vanadio e altri metalli che si possono accumulare negli organismi.

Componenti principali espressi come percentuale

COMPOSIZIONE DELL’ACQUA MARINA

La composizione dell’acqua marina si è mantenuta pressoché costante negli ultimi 570Ma, per il raggiungimento di un equilibrio chimico-biologico.La concentrazione degli elementi chimici nell’acqua oceanica subisce l’effetto di diversicicli che coinvolgono sedimenti organici ed inorganici e la biosfera.

La COMPOSIZIONE DELL’ACQUA MARINA non è governata, in generale, dalla solubilità, mapiuttosto dalla velocità di apporto e rimozione dei componenti chimici durante iprocessi di chimico fisici di formazione dei sedimenti, o gli equilibri di scambio ionico.

Tra i meccanismi più efficaci (e probabili):

� Incorporazione nei sedimenti per scambio ionico� Formazione dei carbonati� Riduzione dei solfati� Precipitazione di SiO2 come opale e chert� Seppellimento di acque interstiziali� Formazione di evaporiti� Rimozione degli ioni H+ e OH-

COMPOSIZIONE DELL’ACQUA MARINAScambio ionicoI minerali argillosi possono scambiare ioni con le acque con cui vengono a contatto:

Es. 2Na+ + Ca2+ (arg) � Ca2+ + 2Na+ (arg)

Generalmente i cationi bivalenti sono più facilmente adsorbiti, ma questo dipendeanche dalla concentrazione degli ioni in soluzione:I minerali argillosi in acqua continentale (salinità bassa), hanno essenzialmente i siti discambio ionico occupati da Ca2+. Queste argille a contatto con acque salate, cedonoCa per incorporare Na, K, Mg. Questo scambio è importante nel bilancio complessividel K e Na. Inoltre l’apporto di Ca è utile per il ciclo del carbonio.

Particelle di argilla in sedimenti pelagici

Riduzione dei solfatiIn ambiente riducente (scarsamenteossigenato) i batteri anaerobici (genereDesulfovibro) riducono lo ione solfato insolfuro:

SO42- + 8H+ + 8e- � S2- + 4H2O

COMPOSIZIONE DELL’ACQUA MARINA

Il solfuro reagisce con minerali contenenti ferro (es. argille) per formare solfuri di ferrofino alla pirite FeS2:

Fe2O3 + 4SO42- + 38H+ � 2FeS2 + 19H2O

La riduzione del solfato produce un gradiente chimico con trasferimento di solfuridall’acqua verso i sedimenti. Tale processo è accompagnato anche dalla rimozione diMg.

Ambiente lagunare: acqua bassa, scarsamenteossigenata, con abbondante carico organico.

GAS DISCIOLTI IN ACQUATra atmosfera ed idrosfera vi è un continuo scambio, per diffusione lungo lasuperficie di contatto di questi due serbatoi o sfere geochimiche.

Tra i gas disciolti in acqua marina ipiù abbondanti sono O, N, CO2. Lasolubilità dell’ossigeno èdirettamente proporzionale allatemperatura e subisce quindivariazioni con la latitudine,profondità e stagioni.Importanti fattori che influisconosulla solubilità dell’ossigeno eanidride carbonica sono:

• la circolazione dell’acqua• l’attività di fotosintesi• ossidazione della sostanza

organica.

In figura sono rappresentate le variazionidi concentrazione di O2 e CO2 infunzione della profondità.

ACIDO CARBONICO

In figura: frazioni molari delle speciecarbonatiche: acido carbonico, ionebicarbonato e ione carbonato, in acquapura rispetto al pH.

La CO2 che si scioglie in acquadetermina la presenza contemporaneadi H2CO3, HCO3

-, CO32- . Quali di

queste specie sarà predominante insoluzione acquosa dipende dal pHdella soluzione.

Oceani (7.6-8.1)

Di particolare importanza è la solubilità della CO2 in acqua, perché partecipa aicomplessi equilibri che portano alla formazione delle rocce carbonatiche e aiprocessi di alterazione chimica.

Formazione di acido carbonico:

[1] CO2 + H2O ↔ H2CO3

L’acido carbonico è un acido debole che si ionizza:

[2] H2CO3 ↔ H++ HCO3- [3] HCO3

- ↔ CO32- + H+

anione carbonato anione bicarbonato

L’equilibrio di queste reazioni è governato dal pH e dalla pressione di CO2 nell’atmosfera e/onell’acqua.

P = 0, equilibrio con l’atmosferaP<50 m, CO2 ↓ fotosintesi delfitoplancton, a profondità maggiori si habilanciamento tra fotosintesi erespirazione.

CO2 + H2O ↔ H++ HCO3-

La fotosintesi estrae CO2 dall’acqua,quindi questa reazione procede versosinistra riducendo H+; 2) la respirazioneproduce CO2 quindi la reazione procedeverso destra con formazione di H+.

500<P<1000, CO2↑ a causa di diversifattori: respirazione > fotosintesi,composizione degli organismi, correntifredde. (reazione � diminuzione pH).

1000<P<4000 ca CO2 ↓ fino a valorisimili a quelli della superficie.

P>4000 ca CO2↑ a causa delladecomposizione della sostanzaorganica.

Variazione di pressione parziale di CO2 (PCO2),Temperatura e pH nell’Oceano Atlantico allemedie latitudini (Wattemberg, 1936).

VARIAZIONI DI COMPOSIZIONE NEGLI OCEANI

8.1

1

2

FORMAZIONE DEI CARBONATIIl carbonato di calcio in acqua marina precipita biologicamente (essenzialmente comescheletro di organismi planctonici) anche se l’acqua di mare è vicina la punto disaturazione del CaCO3.

[1] Ca2+ + 2HCO3- � CaCO3 + H2O + CO2

Il carbonato precipitato (reazione [1] da sinistraa destra) è generalmente calcite o piùraramente aragonite (polimorfo della calcite).Buona parte dei gusci formati nelle zonesuperficiali viene ridisciolto in profondità poichéla pressione parziale di CO2 è maggiore(reazione [1] procede da destra a sinistra). Laprofondità alla quale la velocità di dissoluzioneeguaglia la velocità di rifornimento di materialecalcareo è chiamata: profondità dicompensazione della calcite (CCD).I sedimenti pelagici di acqua profonda sonocaratterizzati dall’assenza di carbonato, quindisono argillosi o silicei.

Le acque meteoriche sotterranee vengono definite "vadose" per distinguerle sia daquelle acque che si formano direttamente nel sottosuolo (origine endogena) perparticolari alterazioni delle rocce profonde e che sono chiamate "giovanili", sia dalleacque "fossili" che sono il residuo di laghi, paludi e mari estinti in epochegeologicamente passate ed ora colmati da sedimenti.

ACQUE CONTINENTALI

ACQUE CONTINENTALILe acque continentali contengono elementi chimiciprovenienti dall’alterazione della crosta terrestre. Ilcomplesso delle alterazioni chimiche che dissolve i mineraliviene chiamato weathering.Il processo di formazione dei suoli, dei sedimenti (sensu lato)e di mineralizzazione delle acque, è prodotto dall’alterazionedi tipo:

1. meccanica – frammentazione della materia2. chimica – dissoluzione o trasformazione dei solidi in

minerali diversi.Entrambi i processi di alterazione generalmente operano insinergia:• più piccoli sono i frammenti maggiore è la superficie

disponibile per l’attacco chimico;• più velocemente si indebolisce il frammento di roccia, più

veloce sarà l’alterazione chimica.

Sia l’idrosfera che l’atmosfera concorrono poi all’alterazione etrasporto di materia:• l’idrosfera trasporta la materia in forma sospesa e disciolta.• l’atmosfera fornisce CO2 e O2 per l’alterazione.

ACQUE CONTINENTALI: COMPOSIZIONE CHIMICA

Oceano fiumi acque(mg/l) sotterranee

Na+ 470 0.3 1.2

K+ 10 0.06 0.07

Ca2+ 20 0.8 2.5Mg2+ 110 0.7 0.8

Cl- 550 0.2 0.9SO4

2- 56 0.1 0.9

HCO3- 2 1 3

pH 8.2 -- 7.4

TDS 35000 120 350

In tabella sono riportate le specie ioniche (soluti) contenuti nell’acqua marina (inmg/l), acqua continentale fluviale e sotterranea. TDS = total dissolved salts = sommadei sali disciolti).

la differenza principale è il contenuto dei sali disciolti:acqua oceanica > acqua sotterranea > acqua fluviale.Nelle acque continentali non vi è un ordine nella concentrazione delle specie ionichecome per le acque oceaniche, anche se i metalli alcalino terrosi > alcalini e lo ionebicarbonato è predominante.

Le curve di distribuzione di alcune specie chimiche ioniche presenti nelle acquecontinentali mostrano un elevata variabilità.

Elementi che nelle rocce sono generalmente in traccia (< 1% in peso) come U, Mn (Ni, Cu, Pb,Hg) sono anche poco abbondanti nelle acque e si trovano quindi nella parte sinistra deldiagramma.L’intervallo di concentrazione per alcune specie è piccolo (es. U), mentre per altre come Ca2+,Mg2+, HCO3

-, K+, Na+ SO42- è molto ampio e riflette la variabilità della disponibilità di questi

elementi nelle rocce e l’affinità di questi elementi ad essere trasportati come soluti nell’acqua,senza formare delle fasi solide. Per contro l’ Al anche se abbondante nelle rocce è poco solubilein acqua e forma idrossidi che precipitano.

FATTORI CHE REGOLANO LA COMPOSIZIONE CHIMICA DELLE ACQUE CONTINENTALI

La composizione chimica dell’acqua continentale è il risultato di processi chimico-fisicidi interazione acqua-roccia e sono influenzati dall’atmosfera e dalla biosfera.Il passaggio in soluzione degli elementi costituenti una roccia dipende dalle proprietàchimiche (fattori interni) degli elementi stessi e dalle condizioni chimico-fisichedell’ambiente (fattori esterni).Fattori interni che determinano l’affinità di un elemento per una soluzione acquosa ouna fase solida:

1. Potenziale di ionizzazione (rapporto tra la carica ed il raggio ionico)2. Elettronegatività

SOLVATAZIONELa natura dipolare dell’acqua determina che ogni catione insoluzione sia circondato da molecole d’acqua conformazione di complessi acquosi.In generale il numero delle molecole d’acqua disolvatazione è funzione della carica del catione: a parità dicarica, minore è il raggio ionico (potenziale di ionizzazionemaggiore), maggiore sarà il numero delle molecole d’acquasolvatanti.

DISTRIBUZIONE DEGLI ELEMENTI IN FUNZIONE DEL POTENZIALE IONICO

All’aumentare di C/R>3 i cationi esistono insoluzione legati a gruppi ossidrili OH- o O2-.Si formano ioni complessi quali Fe(OH)2+,Fe(OH)4

-, Al(OH)2+, Al(OH)4

-, e compostiinsolubili AlOH3, Fe2O3, MnO2, TiO2. Lamobilità geochimica di questi cationi ènotevolmente minore del gruppoprecedente.

Metalli alcalini e alcalino terrosi (es. Ca,Na, K,) hanno rapporto carica/raggio(C/R)<3 tendono ad essere solvatati eformare idrossidi solubili.Generalmente questi cationi formanocomposti con HCO3

-, SO42-, Cl-, F-

anch’essi molto solubili. L’elevata solubilitàne determina l’elevata mobilità geochimica:possono essere trasportati a moltadistanza dal loro luogo di origine.

Gli ioni con C/R>10 hanno un forte poterepolarizzante e formano legami covalenti con O2-

, formando ossianioni solubili quali: CO32-, SO4

-,PO4

3-, NO3- Questi ioni sono molto mobili.

LA QUALITA' DELLE ACQUE SOTTERRANEE

La qualità delle acque sotterranee è determinata dalla loro composizione chimica ebiologica, dal contenuto in sedimenti e dalla temperatura. Questi parametri derivano datutti quei processi e da tutte quelle reazioni che avvengono dal momento in cui l'acquacondensa nell'atmosfera, precipita al suolo (sotto forma di pioggia o neve), si infiltra nelterreno, riaffiora dalle sorgenti o viene estratta per mezzo di pozzi o altre opere dicaptazione.

La fonte principale di alimentazione delle falde idriche è la pioggia, che contienesostanze chimiche che derivano principalmente da:

• Eruzioni vulcaniche• Gas provenienti dalla crosta terrestre• Polveri portate dal vento sia di origine naturale che antropica• Gas prodotti da organismi viventi e soprattutto da attività industriali• Prodotti di reazioni tra gas e raggi cosmici o fulmini.

La pioggia contiene quindi molte sostanze organiche ed inorganiche oltre che ionidisciolti tra i quali i principali sono:calcio, magnesio, potassio, sodio, bicarbonato, cloro, solfati, composti azotati(ammoniaca, nitriti e nitrati), fosfati, cadmio, rame, ferro, piombo, nickel e zinco.

COSTITUENTI CHIMICI DELLE PRECIPITAZIONI ATMOSFERICHE

LA QUALITA' DELLE ACQUE SOTTERRANEEL'effetto del suolo

Un primo arricchimento in sali minerali, specialmente quelli derivanti dalla alterazionedelle argille, avviene durante l’infiltrazione nei suoli in senso stretto, dai quali questesostanze vengono lisciviate. Gli ioni dominanti contenuti nelle soluzioni che derivanoda un tale processo sono:

Ca2+, Mg2+, HCO3-, SO4

2-, Cl-

Che sono tanto più concentrati quanto più scarse sono le precipitazioni.

L'effetto degli acquiferi

la vera identità chimico-fisica di un’acqua sotterranea, dipende essenzialmente dallecaratteristiche dell’ acquifero, ed in particolare di alcuni fattori:

La composizione chimica di un’acqua sotterranea è influenzata primariamente dallecaratteristiche litologiche della roccia serbatoio: la concentrazione relativa di anioni ecationi nell’acqua ne determina la cosiddetta facies idrochimica

Roccia Serbatoio Facies Idrochimiche

La concentrazione relativa di anioni e cationi nelle acque ci permette quindi dirisalire con una certa precisione al tipo di roccia serbatoio

HCO3- e CO3

2-

Sono gli anioni di gran lunga più diffusi nelle acque sotterranee, entrambi derivantidalla dissoluzione di carbonati di calcio e magnesio: il loro tenore è quindi più elevatonelle acque circolanti in acquiferi carbonatici, mentre è minimo in quelle provenientida acquiferi silicei e arenacei in genere. Solitamente CO3

2- è presente inconcentrazioni di gran lunga inferiori rispetto a HCO3

-, per cui spesso nelle analisichimiche delle acque si preferisce sommare i valori di concentrazione dei due ioni; inquesto caso si parla di CO3

2- combinato.

Concentrazioni di CO32- > 250-270 mg/l sono da porre in relazione con la presenza di

materia organica nel sottosuolo (come torba, lignite, petrolio o bitume), a fenomeni diriduzione dei solfati o a venute di anidride carbonica di origine magmatica,metamorfica o juvenile.

SO42-

I solfati nelle acque hanno diverse possibili origini:� Dissoluzione di gessi o anidriti venuti a contatto con le acque sotterranee: in

questo caso si hanno concentrazioni molto elevate, al limite della saturazione.� Circolazione in acquiferi con un certo contenuto argilloso.� Ossidazione di solfuri (pirite, etc.).� Apporti degli spray marini in zone costiere.

Cl-

I cloruri nelle acque sotterranee sono il tipico indicatore di circolazioni idriche lente epercorsi lunghi, oltre che della presenza di ampie superfici di dissoluzione.Generalmente provengono dal contatto con sali sodici o potassici (NaCl, KCl), mapossono anche avere origine endogena o magmatica. I cloruri sono talvolta anche unsintomo di inquinamento delle falde: essi sono infatti presenti nelle urine e diconseguenza negli scarichi fognari civili e industriali.

F- , l- e Br-

Questi tre anioni sono tipici delle acque fossili e delle acque connate; sono purefrequenti nelle acque termominerali e in quelle associate alle rocce ricche di sostanzeorganiche e vegetali fossili, come le acque associate ai giacimenti petroliferi. Ilfluoro in particolare, può anche indicare risalita di vapore acqueo proveniente da uncorpo magmatico intrusivo situato in profondità.

Ca2+ e Mg2+

Spesso associati, gli ioni calcio e magnesio rappresentano le specie chimiche piùfrequenti nelle acque sotterranee. Entrambi provengono dalla dissoluzione dicarbonati e solfati (rocce gessifere), mentre il magnesio può provenire anche daldilavamento di alcuni cloruri. Una concentrazione più elevata di magnesio rispetto alcalcio può essere legata alla presenza di rocce o di sedimenti di tipo dolomitico.

Na+ e K+

Il sodio in natura è presente sotto forma di solfati e carbonati, ma soprattutto di clorurie quindi spesso risulta associato al cloro. Unitamente al potassio, il sodio è moltodiffuso nelle acque termominerali e in tutte quelle caratterizzate da tempi di residenzamolto lunghi.

Li, Sr, Rb…Un discorso a parte meritano alcuni elementi particolari, come il litio, lo stronzio e ilrubidio, i quali, unitamente ad ammoniaca, bario, mercurio e manganese,rappresentano traccianti naturali nelle zone a termalità anomala.

INDICATORI DI STATO: parametri fisico, chimici, biologici ovalore derivato da più parametri che descrivono lo stato di unfenomeno, di un ambito o di un’area. L’indicatore èstrumento sintetico per la descrizione della qualità di unambiente idrico.

I parametri analitici che caratterizzano l’acqua sono di 5 tipi:1. Parametri Fisici2. Parametri Chimici3. Parametri Organolettici*4. Parametri Microbiologici 5. Parametri Biologici

PARAMETRI ANALITICI PER LA CARATTERIZZAZIONE DELLE ACQUE E DEGLI AMBIENTI IDRICI

*colore, odore, sapore e torbidità

efemerottero

PARAMETRI FISICI

1 Temperatura °C2 Concentrazione ioni idrogeno, pH Unità pH 3 Conduttività µScm-1 a 20 °C4 Colore 5 Torbidità FNU6 Durezza °F7 Residuo fisso a 180°C mg/l

Parametri fisici principali che caratterizzano un’acqua

TEMPERATURALa temperatura è un parametro fisico che nelle acque naturali è dovuta alla maggiore ominore profondità dei circuiti idrici, all’esistenza di anomalie geotermiche, e allatemperatura di infiltrazione delle acque.

La misura della T basilare per il monitoraggio di un acquifero.

PARAMETRI FISICI

ATTIVITÀ IDROGENIONICA: pHesprime efficacemente e sinteticamente le proprietà dell'acqua derivanti dall'attivitàidrogenionica, ma non tiene conto della quantità e della qualità delle sostanze checoncorrono alla definizione del valore del potere tampone dell'acqua.

Il pH ideale dei corpi idrici biologicamente attivi è compreso approssimativamentetra 7 e 8.3.Le acque di falda hanno pH generalmente variabile entro gli stessi limiti ma possonoraggiungere valori di 6.5 fino a 10.3.

Nelle acque superficiali il pH è regolato dall'equilibrio tra i vari sistemi tamponepresenti, fra cui il più importante è il tampone carbonatico:

I processi che influenzano il pH:l'attività fotosintetica porta all'aumento del pH;la presenza di sostanze riducenti derivate da scarichi industriali e attività microbica neprovoca la diminuzione;Un elevato abbassamento del pH innesca un meccanismo indiretto che porta ad unaumento della tossicità nell'ambiente fluviale, dovuto alla solubilizzazione dei metallipesanti, alla riduzione delle basi deboli e allo spostamento degli equilibri presenti versola formazioni di acidi.

CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ H++ HCO3- ↔ CO3

2- + H+

CONDUCIBILITÀ (o conduttività) ELETTRICA(EC)Questo parametro dipende dalle componenti ioniche dell'acqua e costituisce quindiuna misura indiretta del suo contenuto salino.La sua determinazione viene effettuata mediante i conduttimetri con costante di cellanota. Questo parametro, viene espresso in µS/cm nella maggior parte delle acquenaturali è compreso fra 100 e 1000, ma non sono rare le acque che presentano valoriesterni a questo intervallo.

Come riferimento si rammenti che per l'acqua distillata assume un valore inferiore a 2.

Questa misura, mediante calcolo o per compensazione diretta dello strumento dimisura, è normalizzata alla temperatura standard di 20 °C.

Costituisce un buon indicatore del grado di mineralizzazione di un'acqua, in genere ilsuo valore cresce progressivamente da monte verso valle.

Si può trasformare EC in TDS (Total Dissolved Salts) previo la correlazione:

1 mS/cm = 640 ppm

Quindi se EC = 1000 µS/cm TDS = 640 ppm

PARAMETRI FISICI

classe SalinitàConcentrazione

salinaEC µS TDS ppm

idonea per l’irrigazione di tutti i terreni e per tutte lecolture; occorre un certo drenaggio

bassa < 250 165

idonea solo se si realizza un moderato drenaggio,le piante moderatamente tolleranti la salinitàpossono crescere senza speciali pratiche dicontrollo della salinità.

media 250-750 165-500

non può essere usata in terreni con limitazione didrenaggio; anche con un drenaggio mediopossono essere richieste speciali pratiche per ilcontrollo della salinità e comunque le piantecoltivate debbono presentare una buona tolleranzaalla salinità.

alta 750-2250 500-1500

non idonea in linea generale all’irrigazione; puòtuttavia essere usata occasionalmente ed inparticolari situazioni e per terreni molto permeabili;il drenaggio deve essere efficiente e in quantità diacqua elevata per assicurare una notevolelisciviazione dei sali; possono essere coltivate solopiante molto tolleranti la salinità.

molto alta

2250-5000 1500-3200

Tabella. Classificazione delle acque irrigue in base alla salinità DM 23 Marzo 2000Fonte: http://www.apat.gov.it/site/_files/aziende_agroalimentari.pdf

TORBIDITÀ FNU o NFU (unità nefelometriche di formazina)

stima la quantità totale di particelle sospese nell'acqua.Materiali sospesiI materiali sospesi sono quelli che non si dissolvono inacqua e che possono essere allontanati o separati perfiltrazione.Essi possono essere solidi, per esempio detriti minerali evegetali, o liquidi, per esempio globuli oleosi. In entrambi icasi la grandezza delle particelle è maggiore di 0,001 m.Il contenuto di sostanze solide sospese, che dannoall’acqua una torbidità più o meno elevata, è maggiorenelle acque superficiali che non in quelle sotterranee, disorgente o di pozzo, per via dell’azione filtrante svolta dalterreno.

PARAMETRI FISICI

Sostanze in dispersione colloidaleSi tratta di particelle aventi dimensioni comprese traquelle delle molecole e ioni delle comuni soluzioni equelle delle particelle dei materiali in sospensione(<0,001 m).La loro natura può essere organica (acidi umici,batteri) o inorganica (silice colloidale).

DUREZZA (durezza totale)Per durezza di un'acqua s'intende la quantità di cationi multivalenti in essa contenuti; icationi multivalenti presenti in quantità rilevante sono generalmente ioni Ca++ e Mg++.Il tenore di sali di calcio e magnesio dipende dalla natura dei terreni e dallacomposizione delle rocce (calcaree o sedimentarie) attraversati dal corso d'acqua.

Un aumento della presenza di acidi deboli come conseguenza dell'ossidazione dimateriale organico, determina una variazione nell'equilibrio carbonato/bicarbonato:aumenta la solubilità del carbonato nell'acqua e quindi il valore della durezza totale.La durezza totale è espressa in gradi francesi (1 a 150 ° F), o come mg/l di CaCO3

1 °F = 10 mg/l CaCO3

Le acque si distinguono, generalmente, in:1) acque MOLLI o LEGGERE o DOLCI, quando hanno una durezza totale inferiore a 14

gradi francesi;2) acque di MEDIA DUREZZA: tra 14 e 28 gradi francesi;3) acque DURE: oltre i 28 gradi francesi.

I valori consigliati dalla normativa vigente per le acque potabili sono 15-50 gradifrancesi.

PARAMETRI FISICI

Durezza temporanea o carbonatica è quella frazione della durezza totale che puòessere allontanata dall'acqua con un'ebollizione prolungata; in tal modo gli ioni Ca eMg si legano ai Carbonati e formano un composto insolubile che precipita. Tale valoredipende anche dalla concentrazione iniziale degli ioni carbonato e bicarbonatopresenti.

La frazione di durezza residua dopo questa operazione è detta durezza permanenteo non carbonatica ed è dovuta alla presenza di anioni diversi dai bicarbonati, e cioèprincipalmente Solfati, Nitrati, Cloruri e Fluoruri.

PARAMETRI FISICI

DUREZZA

DUREZZA TEMPORANEArimozione dei carbonati di Ca e Mg

DUREZZA PERMANENTEsolfati, nitrati, cloruri, floruri

EBOLLIZIONE

RESIDUO FISSOIndica la quantità di sostanza solida secca che rimane dopo aver fatto evaporare inuna capsula di platino, previamente tarata, una quantità nota di acquaprecedentemente filtrata.Per determinare correttamente il residuo fisso, dopo l'evaporazione si riscalda lacapsula a 100 °C fino a peso costante e poi si riscalda di nuovo a 180 °C fino a pesocostante (eliminando così i sali di ammonio più volatili ed alcune sostanze organiche).Si può poi riscaldarla ulteriormente a 500 °C distruggendo tutti i sali di ammonio, lesostanze organiche ed i nitrati. Il risultato si esprime specificando sempre a qualetemperatura ci si riferisce (residuo fisso a 180 °C o residuo fisso a 500 °C).

In base al valore del residuo fisso si distinguono:

• acque METEORICHE: tra 10 e 80 mg/l • acque OLIGOMINERALI: tra 80 e 200 mg/l • acque MEDIOMINERALI: tra 200 e 1.000 mg/l • acque MINERALI: > a 1.000 mg/l • acque SALATE: > a 30.000 mg/l

PARAMETRI FISICI

PARAMETRI CHIMICI

PARAMETRI CHIMICI

PARAMETRI CHIMICI

1 Ossigeno Disciolto (OD) mg/l O2 15 Arsenico µg/l

2 BOD5 mg/l O2 16 Cadmio µg/l

3 COD mg/l O2 17 Cromo µg/l

4 Ammonio (come NH4+) mg/l 18 Rame mg/l

5 Ammoniaca (come NH3) mg/l 19 Piombo µg/l

6 Nitrato (come NO3) mg/l 20 Mercurio µg/l

7 Nitrito (come NO2) mg/l 21 Nichel µg/l

8 Alluminio µg/l 22 Fluoruro mg/l

9 Antimonio µg/l 23 Cloruro mg/l

10 Ferro µg/l 24 Zinco mg/l

11 Manganese µg/l 25 Solfato mg/l

12 Cianuro µg/l 26 Fosforo (totale) mg/l

13 Boro mg/l 27 Potassio mg/l

14 Bromato µg/l 28 Sodio mg/l

In tabella sono riportati alcuni dei parametri chimici che caratterizzano le acquecontinentali sotterranee. A questi fondamentali si aggiungono Si, Li, etc. per indaginispecifiche.

OSSIGENOTutte le acque superficiali dolci contengono in condizioni normali (≈15°C) circa 10ppm di ossigeno disciolto.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 0.005 0.01 0.015

tem

pera

tura

°Csolubilità (O2 g/l)

Questa quantità dipende dallaTemperatura: maggiore T � minorediffusione (solubilità) di O2 dall’ariaall’acqua, vedi figura. Ma anche da:• concentrazione salina dell’acqua;• pressione atmosferica (anche

altitudine);• caratteristiche del corpo idrico che sia

un acquifero o un corso d’acqua, qualiportata idraulica e profondità, velocitàdella corrente/turbolenza.

• presenza di inquinanti quali tensioattivi,oli, solidi sospesi, che riducono gliscambi con l’atmosfera quindi lasolubilità di O2.

• Una variazione della solubilità è anche dovuta alla quantità e concentrazione di:� sostanze organiche presenti nell’acqua,� l’attività batterica, l’attività fotosintetica, l’attività respiratoria degli organismi

viventi in acqua.

OSSIGENO DISCIOLTO (OD)Misura della concentrazione di ossigeno disciolto in acqua al momento della misura, siesprime in mg/l o ppm.

OSSIGENO DISCIOLTO percentuale (OD%)Si esprime come percentuale di ossigeno disciolto (OD% - mg/l O2) nel corpo idricoalle condizioni di temperatura e pressione atmosferica registrate al momentodella misura, rispetto alla concentrazione di ossigeno massima possibile (asaturazione) alla stessa temperatura e pressione costante di 760 mm Hg (1 Atm). Ilcalcolo dell’ossigeno a saturazione, noti l’ossigeno disciolto (mg/l) a temperatura (T °C)e pressione atmosferica (mm Hg) si ricava dal Nomogramma di Hart.

Una buona acqua deve contenere oltre il 90% di ossigeno, mentre valori al di sotto del75% sono indizio di inquinamento.

Gli indici bio-chimici di inquinamento riferibili all’ossigeno ed associabili a processiossido-riduttivi, sono essenzialmente 4:

• BOD,• COD,• TOC,• IOD.

PARAMETRI CHIMICI

questo parametro rappresenta una misura della quantità di ossigeno consumata perl'ossidazione biologica (batterica, demolizione aerobica) delle sostanze organichebiodegradabili ad opera degli autotrofi e quindi fornisce indicazioni dei processi diautodepurazione delle acque. Il BOD assume importanza solo se integrato ad altriparametri. Tale parametro viene espresso come milligrammi di ossigeno consumatoper litro d’acqua (O2 mg/l). La BOD è indicativa dello stato di inquinamento organicodell’acqua: tanto maggiore è la quantità di sostanza degradabile biologicamente, tantopiù alto è il grado di inquinamento organico delle acque. La sua determinazione vienecondotta in condizioni operative standardizzate (tentando di riprodurre le condizioninaturali).Principio di misura: su un campione di un litro di acqua si determina subito l'ossigenolibero contenuto; si fa la stessa misura dopo 5gg, a 20 °C ed al buio. La differenza diqueste due misure corrisponde all'ossigeno consumato per attività biologiche.Questo parametro è significativo quando ossigeno e microrganismi nel campione inesame sono eccedenti rispetto alle sostanze biodegradabili: queste ultime fungono dafattore limitante.Se OD < BOD, il materiale organico va in putrefazione. Tutto l’ossigeno disciolto vieneconsumato per l’ossidazione batterica e pesci e forme di vita acquatica muoiono. Aquesto punto subentrano i batteri anaerobi che utilizzano l’ossigeno degli stessicomposti organici per continuare la demolizione.

BOD5 (Biological Oxigen Demand) – indica l’inquinamento organico dell’acqua

PARAMETRI CHIMICI

Un fiume incontaminato ha solitamente valori di BOD5 minori di 1 mg/l.Un fiume moderatamente inquinato avrà valori di BOD5 fra i 2 e gli 8 mg/l.

L'acqua di scarico di un’ abitazione trattata efficacemente da un impianto didepurazione acque reflue avrà valori di BOD5 di circa 20 mg/l.

L'acqua di scarico non trattata ha valori variabili, mediamente attorno ai 600 mg/l, maspesso anche maggiori come nel caso degli scarichi di industrie casearie (2000 mg/l)o delle acque di vegetazione degli oleifici (BOD5 >5000 mg/l).

Il valore di BOD5 medio degli scarichi influenti in un impianto di depurazione perliquami urbani è all'incirca di 200 mg/l (se funzionante).

acque di vegetazione

BOD5 >5000 mg/l

impianto di depurazione

BOD5 = 200 mg/l

COD (Chemical Oxigen Demand): tale parametro valuta la quantità di ossigenorichiesta per l'ossidazione di tutte le sostanze riducenti presenti nell'acqua,anche quelle di origine non biologica. Le condizioni sono standardizzate e si fa uso diossidanti energici attivi per la maggior parte di sostanze organiche ed inorganiche. Taleparametro viene espresso come milligrammi di ossigeno consumato per litro d’acqua(O2 mg/l). I valori di COD sono superiori a quelli di BOD.

PARAMETRI CHIMICI

La legge italiana consente lo scarico nei sistemi fognari di acqua il cui COD non siasuperiore a 500 mg/l. Acque aventi valori superiori devono essere previamente trattate inmodo da rimuoverne gli inquinanti. Per lo scarico in acque superficiali (fiumi, ecc.) illimite ammesso è pari a 160 mg/L (D.Lgs.152/06 - Allegato 5 alla parte terza, tabella 3).

Il valore del COD totale è di regola superiore al BODperché:• alcune sostanze organiche sono più facilmente

ossidabili per via chimica che per via biologica;• il bicromato di potassio tende ad ossidare anche le

sostanze inorganiche (solfuri, sali metallici, ecc.)presenti nell'acqua.;

• alcune sostanze contenute nell'acqua possonoessere tossiche per i batteri e pertanto causa dirallentamenti o riduzioni dell'attività biologica

D.Lgs n. 152 del 11 maggio 1999 - Disposizioni sulla tutela delle acque dall'inquinamento.

Potenzialità impianto in A.E.(abitanti equivalenti)

2.000 – 10.000 >10.000

Parametri (media giornaliera) (1) Concentrazione % di rid Concentrazione % di rid

BOD5 (s. nitrificazione) mg/L < 25 70-90 (5) < 25 80

COD mg/L < 125 75 < 125 75

Solidi Sospesi mg/L < 35 (5) 90 (5) < 35 90

Tabella 1. Limiti di emissione per gli impianti di acque reflue urbane

Tabella 3. Valori limiti di emissione in acque superficiali e in fognatura

SOSTANZE unità di misura Scarico in acque superficiali

Scarico in rete fognatura (*)

BOD5 (O2) mg/l < 40 < 250

COD (O2) mg/l < 160 < 500

Solidi sospesi totali mg/l < 80 < 200

Valori limite acque destinate a consumo umano

CMA= Concentrazione massima ammissibile.Per BOD5< 3.0 mg/l l’acqua è considerata non inquinata.

indici CMABOD5 mg/l O2 10COD mg/l O2 30

Ministero della Sanità, Circolare 27.4.1977, n°33

TOC (Carbonio Organico Totale):Generalmente tale parametro viene determinato contestualmente al COD, poiché ingenere tutte le sostanze riducenti sono di origine organica.

IOD:questo parametro valuta la quantità di ossigeno consumato dalle sostanzefacilmente ossidabili e fornisce indicazioni utili sull'acqua a condizione che essevengano integrate con quelle provenienti dai dati forniti dalle analisi precedenti.Principio di misura: consiste in un’ossidazione a caldo con KMnO4 in ambiente acido.In queste condizioni solo le sostanze organiche meno resistenti subisconol'ossidazione.

PARAMETRI CHIMICI

L’azoto nell’acqua può essere presente in sei forme:

1. azoto molecolare (N2) disciolto come gas

2. ione ammonio (NH4+)

3. ammoniaca (NH3)4. ione nitrito (NO2

-)5. ione nitrato (NO3

-)6. azoto organico (composti azotati come proteine)

AZOTO

Azoto ammoniacale

In soluzione

La geochimica dell’azoto è legataall’attività biologica che ne determina lostato d’ossidazione. Nel grafico sonorappresentate le specie chimicheinorganiche dell'azoto durante i variprocessi biochimici.In ordinata la scala dei numeri diossidazione relativi; le varie speciechimiche sono collocate all'altezzacorrispondente al numero di ossidazionedell'azoto nella specie.Sono indicati anche i processi cheportano da una specie ad un'altra.

FISSAZIONE DI N. I cianobatteri utilizzanol’azoto molecolare (N2) per i loroprocessi metabolici incorporandolonella sostanza organica.MINERALIZZAZIONE DI N. I processimetabolici e la degradazione dellasostanza organica morta produconoNH4

+ (ione ammonio) e NH3(ammoniaca) � processi didegradazione dei gruppi amminici eamminoacidi.NITRIFICAZIONE DI N. I batteri aerobiciNitrosomonas e Nitrobactertrasformano per ossidazione NH4

+ inazoto nitroso (NO2

-) e successivamentein azoto nitrico (NO3

-).ORGANICAZIONE DI N. Sia NH3

+ cheNO3

- sono assimilati da organismifotosintetici e trasformati in materiaorganica (amminoacidi e compostiazotati) che trasferisce N nella catenatrofica.

AZOTO: CICLO DELL’AZOTO IN ACQUA.

DENITRIFICAZIONE DI N. In ambiente anaerobico i batteri trasformano NO3- in N2O (protossido

d’azoto) e in N2 molecolare che torna all’atmosfera.

O2

O2

O2

O2

L’azoto ammoniacale nell’acqua varia alvariare del pH: a pH = 11 (molto acalino)tutto l’azoto è presente nella formaindissociata NH3, molto tossica. Per pH =7.5 quasi tutto l’azoto ammoniacale èpresente come ione ammonio, forma moltomeno tossica.

AZOTO AMMONIACALE (NH4+ e NH3)

La concentrazione dello ione ammonio (NH4+) nelle acque è prevalentemente legata alla

presenza di elevato carico organico (composti azotati come proteine) in decomposizione.La presenza di ammoniaca (anche in tracce) è indice di inquinamento recente. Questo ione haconcentrazione minima nelle acque a basso carico inquinante e ben ossigenate. Quindi è unindicatore di inquinamento da sostanza organica. Le fonti principali sono rappresentate dascarichi fognari, allevamenti zootecnici e reflui delle industrie alimentari e chimiche.

ammoniaca ione ammonio

NH3 + H2O = NH4 (OH) � NH4+ (OH)-

forma indissociata forma dissociataambiente basico ambiente acido

Lo ione nitrato (NO3-) o azoto organico ossidato è l’ultimo stadio del ciclo dell’azoto in

acqua (e nei suoli). La sua presenza nelle acque rivela inquinamento organico divecchia data. Si forma a partire da ammoniaca o ioni ammonio in ambiente aerobico:reazioni di nitrificazione operate da batteri che ossidano l’ammoniaca e lo ioneammonio in nitriti e nitrati.

ossidazione da Nitrobacter2NO2+O2 = 2NO3 (ione nitrato)

AZOTO NITROSO NO2

Ione nitrito (NO2-) è il prodotto intermedio dell’ossidazione dell’ammoniaca o dello

ione ammonio.ossidazione da Nitrosomonas 3O2 + 2NH4 = 2H2O + 2NO2 (ione nitrito)

La sua presenza in un corso d’acqua è instabile, e testimonia una scarsaossigenazione. Spesso è indicatore di stato critico di inquinamento. NO2 è tossicoanche in piccole concentrazioni essendo in grado di legarsi con l’emoglobina. Taletossicità aumenta in acque dure ed in presenza di cloruri. Valori superiori a 0,6 mg/lrisultano tossici per i pesci. Contenuti ottimali sono compresi tra 0,01 e 0,03 mg/l.

AZOTO NITRICO NO3

La nitrificazione è un processo che liberaenergia utilizzabile per le funzionimetaboliche. La nitrificazione dipende dalPh:

NO2- � NO3

-

DenitrificazioneVarie specie di batteri anaerobi (e difacoltativi) sono in grado di trasformarel’azoto nitrico in azoto molecolare che vienequindi restituito all’atmosfera. I processi didenitrificazione procedono secondo loschema:

NO3-� NO2

- � NO � NO2- � N2 ↑

pH condizione

7-8 ottimale

<4 inibizione della nitrificazione

>8accumulo di NO2

- per inibizione del Nitrobacter

anae

rob

ico

ae

rob

ico

INQUINAMENTO DA NITRATI

La concentrazione di nitrati nelle acque di falda superficiali sono generalmente moltobassi (tipicamente meno di 10 mg/l di NO3). Però l’inquinamento da nitrati è il più diffusoed interessa in prevalenza le falde più superficiali o le falde contenute negli acquiferialluvionali. La contaminazione delle acque di falda da parte dell’azoto nitrico è dovutaprevalentemente a fattori di origine antropica:

• Dilavamento delle superfici agricole trattate con fertilizzati azotati o con concimiorganici;

• Smaltimento di reflui zootecnici;• Perdita da discariche;• Scarichi di reflui urbani e/o industriali.

In base al D.P.R. 236/’88 (“Attuazione della direttiva CEE n° 80/778 concernente la qualitàdelle acque destinate al consumo umano, ai sensi dell’art. 15 della Legge 183/’87”) sono statestabilite le Concentrazioni Massime Ammissibili (C.M.A.) degli inquinanti in acque ad uso potabile,si citano i più importanti:

INQUINANTE CMANitrati 50 [mg/l]Composti organoalogenati 30 [µg/l] Cromo 50 [µg/l] Ammoniaca 0.5 [mg/l] Ferro 200 [µg/l] Manganese 50 [µg/l] Arsenico 50 [µg/l]

INQUINAMENTO DA NITRATI

Specie chimica unità

Fosforo (totale) mg/l

Solfato mg/l

Cloruro mg/l

Fluoruro mg/l

Potassio mg/l

FOSFOROIl Fosforo nelle acque è presente in diverse forme, ma generalmente viene ricondottoalla forma di ione ortofosfato (PO4

3-) e dosato come tale.Nelle acque continentali il fosforo è presente a causa della fertilizzazione dei campi. Lasua presenza è indice di inquinamento agricolo o industriale. Da considerare che ilP è anche molto usato nei detergenti per le pulizie.L'aumento delle concentrazioni di fosforo nelle acque superficiali favoriscono losviluppo di organismi dipendenti dal fosfato quali le alghe. Questi organismi usanoquantità elevate di ossigeno ed impediscono alla luce solare di entrare nell'acqua. Uneccesso di P in acqua determina l’eutrofizzazione.

PARAMETRI CHIMICI

ZOLFOSolfuri (H2S)I solfuri nelle acque possono essere di origine organica:-decomposizione delle sostanze organiche,o di origine inorganica:-dovuta alla solubilizzazione di solfuri minerali (es Pirite FeS2).Nel primo caso i solfuri sono indice di inquinamento, mentre nel secondo caso possonoessere tollerate quantità anche maggiori. Inoltre sono presenti come gas quali H2S, ene conferiscono il tipico odore di uova marce. L’H2S può essere dovuto alla presenzadi elevate concentrazioni di concime chimico o si forma in condizioni anaerobiche perfermentazione della sostanza organica.La determinazione dei solfuri nelle acque è quella spettrofotometrica al blu di metilene.

Solfati (SO42-)

Il solfato si può trovare in quasi tutta l'acqua naturale. L'origine della maggior parte dei composti di solfato è l'ossidazione dei minerali, la presenza di argille friabili, o gli scarti industriali.Il solfato è uno dei principali componenti dissolti della pioggia. I batteri, che attaccano e riducono i solfati, formano il gas solfuro idrogeno (H2S).

Il carico massimo di solfato suggerito dall'Organizzazione Mondiale della Sanità (WHO) nelle lineeguida per la qualità dell'acqua potabile, messe a punto a Ginevra nel 1993, è 500 mg/l. Glistandards dell'EU sono più recenti, 1998, completi e rigorosi degli standards WHO, esuggeriscono un massimo di 250 mg/l di solfato nell'acqua destinata a consumo umano.

EUTROFIZZAZIONE

Con il termine eutrofizzazione si intende l'eccessivo accrescimento di pianteacquatiche, per effetto della presenza nell'ecosistema di dosi troppo elevate disostanze nutritive come:

� azoto� carbonio� e/o fosforo� e/o zolfo

provenienti da fonti naturali o antropiche:� fertilizzanti,� detersivi,� scarichi civili� scarichi industriali

L'accumulo di elementi come l'azoto e il fosforo causa il fenomenodell'eutrofizzazione, cioè la proliferazione di alghe microscopiche.

Fioritura (blooms) algaleSi tratta di quei fenomeni stagionalilegati all’esplosione di alcunepopolazioni di microrganismi traquelle che costituiscono la porzionevegetale del plancton (fitoplancton),composta da microrganismi in gradodi trasformare l’energia solare inbiomassa attraverso la fotosintesi.

L’eccesso di alghe, non essendo smaltito dai consumatori primari, determinano una maggioreattività batterica; aumenta così il consumo di ossigeno, che viene a mancare ai pesci provocandonela morte.

Il fitoplancton, in determinate condizioni, si riproduce molto velocemente e raggiunge un grannumero di individui nel giro di pochi giorni, diventando l’elemento dominante di tutta la comunitàfotosintetica.

This satellite image of summer conditions in the Gulf ofMexico south of Texas, Louisiana and Mississippi (US) isfrom the MODIS/Aqua satellite. Red and orange colorsindicate the large amounts of phytoplankton that havemultiplied because of nitrogen-rich water entering theGulf at the Mississippi River Delta. When thephytoplankton die and decompose, oxygen is taken fromthe water and other marine life can not survive. This isknown as a dead zone. (Image: NASA - MODIS/Aqua)

Red circles on this map show the location and size of many of our planet’s dead zones. Black dots show wheredead zones have been observed, but their size is unknown. It’s no coincidence that dead zones occur downriverof places where human population density is high (darkest brown). Darker blues in this image show higherconcentrations of particulate organic matter, an indication of the overly fertile waters that can culminate in deadzones.

Planet’s dead zones

L’aumento del fitoplancton presso la superficie dello specchio d'acqua comporta una limitazionedegli scambi gassosi (e quindi anche del passaggio in soluzione dell'ossigeno atmosferico - O2.Inoltre, quando le alghe muoiono vi è una conseguente forte diminuzione di ossigeno a causadella loro decomposizione batterica. Se l’ossigeno disponibile è insufficiente si innescano processidi degradazione della sostanza organica operata da batteri anaerobici che innescano processi diputrefazione e fermentazione associati liberano grandi quantità di ammoniaca (NH3), metano(CH4) e acido solfidrico (H2S), rendendo l'ambiente inospitale anche per altre forme di vita. Alposto dei microrganismi aerobici subentrano quelli anaerobici che sviluppano sostanze tossiche emaleodoranti.

Alcuni effetti negativi dell'eutrofizzazione sono:• Aumento della biomassa di fitoplancton • Sviluppo di specie tossiche di fitoplancton

• Aumento della quantità di alghe gelatinose (mucillaggini) • Aumento delle piante acquatiche in prossimità dei litorali • Aumento della torbidità e del cattivo odore dell'acqua • Diminuzione della quantità di ossigeno disciolto nell'acqua • Diminuzione della diversità biotica

• Scomparsa di alcune specie ittiche pregiate (i salmonidi)

EUTROFIZZAZIONE

La mucillagine e l’eutrofizzazione non sonosempre accoppiate.L’eutrofizzazione produce la proliferazione dimicroalghe (“fioriture”) innescate e sostenute daeccessivi apporti di nutrienti (sali di azoto efosforo), quindi essa produce un aumento delnumero di alghe.Quando invece si forma mucillagine c’èproduzione di polisaccaridi da parte dellealghe: essa non è di per sé dannosa o tossica,essendo costituita da gelatina, ma rallenta loscambio di ossigeno, intasa reti e filtri, ed èbrutta da vedere.

MUCILLAGINE

http://www.arpa.emr.it/cms3/documenti/_cerca_doc/mare/progetto_mare/mucillaggini.htm

METALLI PESANTI

I metalli sono introdotti nei sistemi acquatici come conseguenza di� erosione di terreni e rocce,� eruzioni vulcaniche,� attività umane: � estrazione mineraria,

� trattamento di metalli� uso di sostanze/materiali che contengono metalli

I metalli pesanti vengono utilizzati in numerose produzioni industriali, come quella dellepile e delle vernici, e scaricati nelle acque, si accumulano negli organismi acquatici eattraverso l’alimentazione arrivano nell’organismo umano nel quale manifestano la loroparticolare tossicità. Lungo la catena alimentare la dose di concentrazione deimetalli pesanti aumenta, perché gli organismi non sono in grado di smaltirli con

metabolismo.In generale i metalli pesanti tendono a formare ossidi ed idrossidi poco solubili acondizioni di pH normale, concentrandosi quindi nei sedimenti dove rimangono permolti anni. Nelle acque dolci però il pH può diminuire e la solubilità del metalloaumenta: le particelle del metallo diventano più mobili. Ecco perché i metalli sono piùtossici in acque dolci.

Esistono diversi tipi di sorgenti di sostanze inquinanti: sorgenti puntuali (inquinamentolocalizzato), in cui le sostanze inquinanti provengono da un singolo punto identificabile. Ilsecondo tipo di sorgenti di sostanze inquinanti sono le sorgenti non puntuali, in cui le sostanzeinquinanti provengono da sorgenti disperse (e spesso difficili identificare).

Metal Chemical Symbol mg/m3

Mercurio Hg 0.144 Piombo Pb 5 Cadmio Cd 10 Selenio Se 10 Tallio Tl 13 Nickel Ni 13.4 Argento Ag 50 Manganese Mn 50 Cromo Cr 50 Ferro Fe 300 Bario Ba 1000

TOSSICITÀ DEI METALLIPer la salvaguardia della salute umana le concentrazione massime ammesse per imetalli nelle acque naturali raccomandata dall'EPA (Agenzia per la ProtezioneAmbientale) sono elencate qui sotto:

Concentrazione massima ammessa (MPC) per diversimetalli nell'acqua naturale per la salvaguardia della

salute umana.

Source: EPA (1987); Federal Register 56 (110): 26460-26564 (1991).

METALLI PESANTI

Gli inquinanti più comuni formati da metalli pesanti sono:� arsenico (As)� cadmio (Cd)� cromo (Cr)� rame (Cu)� nichel (Ni)� piombo (Pb)� mercurio (Hg)

METALLI PESANTI

Arsenico (As)È obiquitario sia nell’atmosfera che nell’idrosfera ed è molto mobile.As ha due stati di ossidazione As(III) e As(V) e può formare sia composti organici cheinorganici.I più comuni composti inorganici sono gli ossidi As2O3 e As2O5; in acqua si formanodagli ossidi gli acidi H3AsO3 e H3AsO4.In atmosfera è presente nel particolato e la sua distribuzione è legata alle sorgentiinquinanti industriali. In passato veniva utilizzato per erbicidi ed insetticidi, quindimolto diffuso.I composti di As trivalente e i composti inorganici sono più tossici sia per i mammiferi leper le piante acquatiche. Per l’uomo è tossico si per inalazione che per ingestione.

METALLI PESANTI

Mercurio (Hg)Scaricato nei bacini d’acqua o presente neisedimenti, il Hg viene frequentementetrasformato dai batteri marini in ione CH3-Hg+ (mercurio metilico), particolarmentepericoloso perché facilmente assimilabileda vegetali e plancton. In tal modo dai primianelli della catena alimentare, il mercurio sitrasmette via via ai pesci più grandi, fino adarrivare all’uomo.

Lungo la catena, la dose di concentrazione di questo metallo aumenta, proprio perché gli organisminon sono in grado di smaltirlo. Analogo discorso vale per gli altri metalli tossici. Quando il mercurioè scaricato nell'aria, può viaggiare per lunghe distanze ed essere quindi depositato in corsi d'acquae laghi dall'atmosfera.Si valuta che il 22% del consumo annuale mondiale di mercurio sia usato in apparecchiatureelettriche ed elettroniche.

BIOACCUMULO: aumento dellaconcentrazione di un inquinante in unorganismo perché quest’ultimo non riesce ametabolizzarlo o ad espellerlo. Laconcentrazione dell’inquinante aumenta neltempo nell’organismo anche se nell’ambientela concentrazione è bassa.

Cromo (Cr)Il cromo ha due stati di ossidazione Cr(III) e Cr(VI) e queste due specie si comportanoin maniera completamente diversa. Il Cr(III) è un macronutriente per i mammiferi e perl’uomo; il Cr(VI) ha un’elevatissima tossicità (cancerogeno per inalazione).

in natura avviene la trasformazione Cr(III)�Cr(VI)

Lo spostamento da sinistra a destra dell’equilibrio dipende da fattori ambientali quali:umidità, temperatura, pH, etc:

A T>500°C Cr(III)�Cr(VI)In ambiente acido Cr(III)Cr(VI)Cr(III) è insolubile in soluzione acquosa, Cr(VI) è molto più mobile.In ambienti ricchi di solfuri l’equilibrio è spostato a sinistra.

METALLI PESANTI

Le fonti di inquinamento da cromosono molteplici essendo questoelemento utilizzato nell’industriasiderurgica, galvanica e conciaria,nelle pitture, nelle ceramiche evetro. Queste attività producono unaccumulo di residui di lavorazionevari ma contenenti alteconcentrazioni di Cr.

METALLI PESANTI

Cadmio (Cd)Il cadmio metallico, grazie all'elevato potere diassorbimento dei neutroni, viene utilizzato nellebarre di controllo per i reattori nucleari. I sali dicadmio trovano impiego in campo fotografico enella fabbricazione di fuochi artificiali, gomme,vernici fluorescenti, vetri e porcellane. Il solfuro(CdS), un composto giallo chiaro che si ottienecome precipitato da soluzioni di sali di cadmio incui si faccia gorgogliare solfuro di idrogeno, èusato come pigmento e trova applicazione anchenella realizzazione di celle fotovoltaiche; le celleelettrochimiche a nichel-cadmio inoltre sonoampiamente utilizzate in settori specialistici.Il solfato di cadmio, un composto di formula3CdSO4·8H2O è un efficace astringente.

Fiume inquinato da cadmio

Piombo (Pb)Il piombo è usato in enormi quantità nelle batterie e comerivestimento di cavi elettrici, tubi, serbatoi, e negliapparecchi per i raggi X. Per la sua elevata densità e lagrande sezione di cattura, il piombo trova impiego comesostanza schermante per i materiali radioattivi. Numeroseleghe contenenti un'alta percentuale di piombo sonoutilizzate nella saldatura, per i caratteri da stampa, per gliingranaggi. Una quantità considerevole di composti dipiombo è inoltre consumata nella formazione di composti,specialmente per vernici e pigmenti. Il carbonato basico dipiombo, (PbCO3)2· Pb(OH)2, comunemente detto piombobianco o biacca, usato come pigmento fin dall'antichità,trova tuttora impiego come componente di smalti epigmenti. Veniva usato come addittivo per le benzine.

Nichel (Ni)Il nichel metallico non è molto attivo dal punto di vistachimico; è solubile in acido nitrico diluito e si passiva inacido nitrico concentrato. Ni viene utilizzato per formarerivestimenti protettivi e ornamentali per i metalli, inparticolare per ferro e acciaio. Lo strato di nichel èdepositato sulla superficie degli oggetti per elettrolisi. Vieneusato anche come catalizzatore in vari processi, tra cui ilpiù importante è l'idrogenazione degli oli.

METALLI PESANTI

� Decreto Ministero Sanità 26 marzo 1991. Norme tecniche di prima attuazione delDPR 24 maggio 1998, n° 236 (Gazzetta Ufficiale, Serie Generale n° 84, 10 aprile1991);

� Legge 5 gennaio 1994, n°36. Disposizioni in materia di risorse idriche (S.O.Gazzetta Ufficiale n° 14 del 19 gennaio 1994, serie generale);

� D.lgs. 11 maggio 1999, n° 152. Disposizioni sulla tutela delle acquedall’inquinamento e recepimento della direttiva 91/271/CEE, concernente iltrattamento delle acque reflue urbane e della direttiva 91/676/CEE, relativa allaprotezione delle acque dall’inquinamento provocato dai nitrati proveniente da fontiagricole;

� D.lg. 18 agosto 2000, n° 258. Modifica ed integrazione al D.lgs. 152/99;� D.lgs. 2 febbraio 2001, n° 31. Attuazione della dirattiva 98/83/CE relativa alla

qualità delle acque destinate al consumo umano;� D.lgs. 2 febbraio 2002, n° 27. Modifica e integrazione del D.lgs. 31/01;

NORMATIVA DI RIFERIMENTO PER LE ACQUE DESTINATE AL CONSUMO UMANO

Inoltre ogni regione ha adottato una normativa specifica riguardo alle acquedestinate al consumo umano

Punti di

prelievoT° aria T° acq pH

Conducibilità

µS/cm

Ossigeno

disciolto

ppm

Durezza

totale gradi

francesi

Cloruri

mg/l

Ammonio

mg/l

Nitriti

mg/l

Nitrati

mg/l

Fosforo

totale

mg/l

O2 °F Cl- NH4+ NO2

- NO3- P

Sorgente 10,8 4,8 6,70 146 9,05 6,6 0,20 n.d. n.d. 0,08 n.d.

Glorenza 16,5 9,6 6,60 340 7,71 15,7 0,24 n.d. 0,02 5,60 0,03

Castelbello 23,5 15,9 7,27 243 9,25 12,8 2,20 n.d. 0,03 3,60 0,02

Tell 20,8 12,7 7,50 113 10,50 6,1 2,30 0,18 0,04 1,70 0,04

Gargazzone 23,9 11,5 7,00 150 9,80 6,6 1,80 0,11 0,06 4,30 0,05

Terlano 23,1 10,6 6,75 143 9,80 6,3 1,30 0,11 0,05 2,60 0,05

Vadena 14,9 9,7 6,90 167 10,60 7,4 1,82 0,19 0,07 5,70 0,04

Egna 15,5 9,4 6,90 161 11,31 7,6 1,14 n.d. 0,06 3,70 0,02

Salorno 15,6 9,7 7,06 171 11,48 7,8 0,47 0,08 0,06 3,20 0,02n.d. non

determinabile

Monitoraggio del tratto del fiume Adige che scorre in Provincia di Bolzano. Riassunto dei parametri chimico fisici rilevati sul fiume Adige nel tratto che va dalla sorgente a Salorno.