Isotopi stabili ed instabili applicati allo studio dei fenomeni franosi profondi

L’applicazione dell’idrogeochimica e geochimica isotopica nello studio delle frane profonde rappresenta uno strumento fondamentale per definire le geometrie della circolazione idrica sotterranea, i limiti laterali del corpo di frana, i meccanismi di ricarica, di propagazione e l’evoluzione chimica dell’acqua nel sottosuolo. Il carattere conservativo e la naturale occorrenza in svariati contesti idrogeologici rende gli isotopi ambientali degli strumenti molto potenti nello studio dei processi idrogeologici interni alle frane. Il presente progetto di Dottorato si è focalizzato sull’uso di tecniche isotopiche (δ18O, δ2H, 87Sr/86Sr, 11B/10B, 3H) per comprendere i percorsi e processi che interessano le acque sotterranee ospitate nelle frane di Berceto e Montecagno in Appennino settentrionale. Si tratta di frane profonde in roccia, terra e detrito, lente ma attive che interessano interi versanti su cui sorgono paesi e che per questo sono da tempo monitorate con inclinometri, GPS, interferometria radar da satellite e da terra. Il monitoraggio ha evidenziato una stagionalità nel trend deformativo che è correlata con le variazioni stagionali delle piogge e del livello piezometrico. Nella frana di Berceto lo studio è stato comprensivo di analisi isotopiche (δ18O-δ2H, 87Sr/86Sr, 3H) ed idrochimiche, test di leaching, modellazione idro-geochimica, principal component analysis monitoraggio piezometrico. δ18O–δ2H hanno evidenziato un’origine meteorica per le acque mentre usando la relazione δ18O-quota per l’area di Berceto, sono state stimate le quote di infiltrazione delle acque sotterranee. L’uso di δ18O–δ2H e 87Sr/86Sr, supportato da modellazione idro-geochimica e PCA, ha escluso per la frana un’alimentazione da parte del vicino fiume Baganza ed ha evidenziato i processi di interazione acqua-roccia e i fenomeni di mescolamento che avvengono tra le acque sotterranee all’interno alla frana. Il 3H e il monitoraggio piezometrico hanno evidenziato sotto al paese di Berceto, in prossimità della superficie di scivolamento, la presenza di un acquifero semi-confinato con tempi di residenza delle acque maggiori di 60 anni ed in cui prevale il trasferimento di pressione con una velocità reale di flusso di pochi metri all’anno. Nella frana di Montecagno lo studio ha previsto delle indagini idrogeologiche (low flow pumping test, slug test, point dilution test, monitoraggio piezometrico, portata delle sorgenti e delle opere di drenaggio), delle indagini idrochimiche e multi-isotopiche (δ18O-δ2H, 87Sr/86Sr, 11B/10B e 3H). Le indagini idrogeologiche hanno permesso di definire i parametri idrogeologici fondamentali dei materiali coinvolti dalla frana (K, S) e l’andamento idrodinamico giornaliero ed annuale della falda sotterranea. δ18O–δ2H hanno individuato una provenienza meteorica per le acque nell’area di frana mentre la relazione δ18O-quota, per l’area di Montecagno, ha permesso di individuare le quote di infiltrazione di tali acque e di confermare una corrispondenza con le quote più alte del bacino di ricarica. Il confronto dell’andamento temporale di δ18O in diversi punti ha evidenziato diverse risposte alle precipitazioni nei diversi settori della frana, mentre lo 87Sr/86Sr ha permesso di legare questa diversa risposta all’esistenza di due circuiti idrogeologici posti a diverse profondità ma caratterizzati da tempi di percorrenza e residenza delle acque simili (3H) di qualche mese. Inoltre il circuito più superficiale ha evidenziato valori di 11B/10B chiaramente legati a fenomeni d’inquinamento antropico derivati dal soprastante paese. Dal progetto di Dottorato si evince l’utilità degli isotopi nella definizione dei processi e dei percorsi delle acque sotterranee nelle frane profonde.