Water and Sediment Temperature Dynamics in Shallow Tidal Environments

Lo scopo della presente ricerca è di studiare la dinamica della temperatura dell'acqua e dei sedimenti in ambienti costieri poco profondi. La temperatura dell'acqua e dei sedimenti è certamente uno dei fattori più importanti per numerosi processi fisici e biologici che determinano l'evoluzione a breve e lungo termine degli ambienti acquatici. In letteratura si trovano pochi dati e pochi lavori che analizzano nello specifico i flussi di calore all’interfaccia sedimenti-acqua (SWI). Abbiamo quindi pianificato e realizzato una campagna di misura ad hoc della durata di un anno in laguna di Venezia al fine di raccogliere dati di temperatura dell’acqua e del fondale. L'analisi dei dati ha mostrato che, nel sito da noi considerato, la temperatura si può assumere distribuita uniformemente nella colonna d'acqua. I dati sono stati quindi utilizzati per stimare il flusso di energia all'interfaccia tra acqua e fondale. Sulla base di questi risultati, abbiamo sviluppato un modello ``puntuale'' per descrivere la dinamica del profilo verticale di temperatura nel continuo acqua-sedimento in ambienti a marea caratterizzati da bassi fondali. Modellando il flusso di energia al fondo come la somma di una componente conduttiva e della radiazione solare residua al fondo, si è osservato che la seconda risulta essere trascurabile. I risultati ottenuti mostrano inoltre che il trasporto orizzontale di calore legato alle correnti di marea, e pertanto l'applicabilità del modello ``puntuale'', è limitata ai periodi caratterizzati da condizioni tali da limitare l'avvezione (i.e. marea di quadratura e/o poca differenza tra la temperatura dell'acqua in mare e all'interno della laguna). I risultati forniti dal modello per periodi caratterizzati da avvezione trascurabile sono soddisfacenti. Sia l’analisi dei dati che i risultati forniti dal modello mostrano che lo scambio di calore tra acqua e fondale è di cruciale importanza per descrivere la temperatura dei sedimenti, mentre risulta trascurabile per la dinamica della temperatura dell’acqua. Questo suggerisce che, in prima approssimazione, la dinamica della temperatura della colonna d’acqua può essere modellata trascurando lo scambio di calore tra acqua e sedimenti. L'applicazione del modello ad una condizione sintetica ha quindi permesso di analizzare l'effetto di diverse condizioni di torbidità della colonna d'acqua sulla dinamica della temperatura della colonna d'acqua stessa e dei sedimenti al fondo, e quindi sulla capacità fotsintetica del microfitobentos, i.e. comunità di micro-alghe tipicamente presenti in ambienti costieri. I risultati mostrano che la dinamica della temperatura dell'acqua risente poco delle diverse condizioni di torbidità, mentre la temperatura dei sedimenti al fondo varia in modo significativo, soprattutto per fondali particolarmente bassi (i.e. ≤ 0.5 m). La capacità fotosintetica del microfitobentos, considerando l'andamento medio a scala annuale, risulta favorita dal condizioni acqua limpida, in quanto la disponibilità di luce al fondo risulta essere il principale fattore limitante per la fotosintesi. I risultati suggeriscono quindi la possibilità di indagare l'esistenza di un possibile feedback positivo tra torbidità della colonna d'acqua e proliferazione del microfitobentos, chiaramente legata alla sua capacità fotosintetica. Il microfitobentos infatti produce un biofilm che, se presente in quantità rilevanti, ha un effetto di bio-stabilizzazione del fondale che limita l'erosione e la risospensione dei sedimenti, e quindi una potenziale riduzione della torbidità dell'acqua.