Equilibrio geo-ecologico dei fiumi, la previsione in un grafico

La ricerca condotta da Antonella Buccianti e Caterina Gozzi, rispettivamente docente e ricercatrice in Geochimica e vulcanologia, è stata pubblicata sulla rivista Science of the Total Environment
La ricercatrice Unifi Caterina Gozzi durante le attività di monitoraggio

La salute dei fiumi può essere rilevata da un grafico statistico delle sue caratteristiche geochimiche. Lo afferma l’articolo “Type of probability distribution reflects how close mixing dynamics in river chemistry are to thermodynamic equilibrium”, pubblicato sulla rivista Science of the Total Environment e basato sugli studi condotti anche dai ricercatori del Dipartimento di Scienze della Terra (DST). (https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.173409).

La ricerca, nata dalla collaborazione tra DST e il Max Planck Institute for Biogeochemisry di Jena, è stata condotta da Antonella Buccianti e Caterina Gozzi, rispettivamente docente e ricercatrice in Geochimica, e si è sviluppata nell’ambito del National Biodiversity Future Centre (NBFC), Centro di ricerca PNRR a cui l’Ateneo partecipa coordinando lo Spoke 3. Lo studio è iniziato durante il dottorato interdisciplinare di Roberta Sauro Graziano, finanziato da Unifi. La ricerca riguarda l’analisi delle acque interne, con focus sui fiumi, come supporto all’analisi e al monitoraggio della salute degli ecosistemi e della biodiversità di questi peculiari ambienti.

“Abbiamo posto l’attenzione alla stretta correlazione tra distribuzione di frequenza, definita attraverso un grafico, della concentrazione degli elementi chimici relativi alla composizione delle acque e gli stati termodinamici (come pressione e temperatura) che caratterizzano l’equilibrio o il disequilibrio geochimico di un sistema naturale” spiega Antonella Buccianti.

I ricercatori hanno notato come nei fiumi alcune variabili quali ad esempio lo ione calcio  (Ca^2+) e lo ione bicarbonato (HCO3^-) raggiungano l’equilibrio velocemente e rimangano vicine a un valore medio, con una distribuzione di frequenza di tipo normale (a campana o di tipo gaussiano) o log-normale (asimmetrica). Altre, come lo ione cloro (Cl^-) e lo ione sodio (Na^+) , mostrano un comportamento molto diverso: in questo caso la distribuzione di frequenza che le caratterizza è tipica di un sistema non stazionario a livello termodinamico e che quindi dissipa energia.

“Nel primo caso – afferma Buccianti – siamo di fronte a un sistema che tende a non subire grandi sconvolgimenti, mentre nel secondo dovremo attuare un controllo più frequente e capillare, trattandosi di un ambiente che alla minima variazione potrebbe subire un importante cambiamento nelle sue componenti geochimiche. I ricercatori hanno dimostrato nei casi di disequilibrio che la distribuzione di frequenza è rappresentata da un grafico a ‘a coda pesante’, che indica una probabilità più alta di cambiamenti chimici estremi con impatto maggiore per i cambiamenti sull’ecosistema”.

La metodologia che si basa sulla distribuzione di frequenza, sperimentata dai ricercatori Unifi per i dati raccolti nell’intero bacino dell’Arno, offre informazioni fondamentali per un futuro monitoraggio delle acque da parte di enti come Arpat o Autorità di bacino.

“Il lavoro costituisce un importante passo in avanti nel futuro del monitoraggio fluviale, reso sempre più difficile dalle conseguenze del cambiamento climatico: l’alternanza sempre più ravvicinata e imprevedibile tra grandi piogge e lunghi periodi di siccità rendono i sistemi delle acque interne sempre meno in equilibrio. Si aprono così nuovi scenari sull’interpretazione del comportamento degli elementi chimici presenti nei corsi d’acqua. Sempre nell’ambito del Centro di ricerca PNRR – conclude Gozzi – il DTS sta conducendo ulteriori indagini sulle acque dell’Ombrone grossetano e del Serchio, allargando le analisi anche ad altri elementi come i metalli. In questo modo avremo un quadro più affidabile dello stato di salute dell’ecosistema fluviale”.


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