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Il fiume Arno: aspetti geografici Il fiume Arno: aspetti storici Significato dei parametri di controllo I risultati delle indagini Chimiche I risultati.

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Presentazione sul tema: "Il fiume Arno: aspetti geografici Il fiume Arno: aspetti storici Significato dei parametri di controllo I risultati delle indagini Chimiche I risultati."— Transcript della presentazione:

1 Il fiume Arno: aspetti geografici Il fiume Arno: aspetti storici Significato dei parametri di controllo I risultati delle indagini Chimiche I risultati delle indagini Biologiche Studio sull’eutrofizzazione VIDEO

2 FIUME ARNO L'Arno è il principale fiume della toscana ed il secondo come importanza dell'Italia centrale. L’Arno nasce nell'Appennino tosco-emiliano, dal versante meridionale del monte Falterona e da qui defluisce verso sud- ovest, fino a sfociare nel Mar Ligure dopo un tortuoso percorso di circa 240 Km. Ha un bacino di circa kmq che interessa il territorio di dieci province della Toscana.

3 FIUME ARNO L'Arno ha molti affluenti; i principali sono: da destra: Sieve Bisenzio Ombrone pistoiese Pescia Usciana da sinistra: Canale Maestro della Chiana Greve Pesa Elsa Ambra Era

4 La sorgente del fiume Arno, detta Capo d'Arno, è situata sul Monte Falterona, sull'Appennino tosco-romagnolo, a quota m sul livello del mare. Qui l’acqua si trova allo stato puro, senza traccia di inquinamento. Sorgente

5 Lungo il suo percorso attraversa diverse città e paesi, le più importanti sono Firenze, Empoli, Fucecchio, Santa Croce sull'Arno, Pontedera, Cascina e Pisa. FIUME ARNO

6 San Giovanni Valdarno Da qui l’Arno comincia a risentire dell’inquinamento di origine zootecnica proveniente dalla zona della Valdichiana.

7 Firenze Nel capoluogo della nostra regione il fiume presenta un inquinamento causato soprattutto dalle attività del comparto tessile della zona di Prato, che arriva in Arno tramite l’affluente Bisenzio. E’ inoltre presente anche un inquinamento di tipo civile dovuto a scarichi parzialmente non depurati.

8 Empoli In questa città l’Arno viene inquinato principalmente dagli scarichi delle varie aziende (agricole, chimiche, ceramiche …) che sono presenti nelle vicinanze della città.

9 Santa Croce sull’Arno In questa zona l’Arno subisce una contaminazione dalle industrie conciarie. Gli scarichi idrici attualmente subiscono un trattamento di depurazione; ciò nonostante vengono ancora scaricate in Arno un gran numero di sostanze anche di elevata tossicità.

10 Pontedera Qui il nostro fiume raccoglie le acque dell’affluente Era. L’inquinamento è principalmente di origine civile o dovuto ad attività agricole.

11 Pisa La nostra città non contribuisce all’inquinamento dell’Arno visto che il fiume è ad un livello più alto rispetto alla pianura circostante.

12 Foce dell’Arno La foce è stata recentemente modificata con la realizzazione del porto turistico

13 LA PORTATA DEL FIUME ARNO La portata media annua dell’Arno, misurata alla foce, è di 110 mc/sec. Tuttavia, va tenuto presente che l’Arno ha un regime prevalentemente torrentizio. Nel periodo estivo la portata del fiume può scendere anche a valori di qualche mc/s. Per contro, in autunno, il fiume è soggetto a piene assai violente ed impetuose, anche con portate di 2500 mc/s, spesso causa di devastanti alluvioni. Da ricordare il giorno 4 Novembre del 1966 quando il fiume Arno straripò dando origine alla storica alluvione di Firenze.

14 Anche quest’anno le abbondanti piogge hanno causato l’innalzamento di tutti i corsi d’acqua del bacino e l’Arno a Pisa ha raggiunto livelli rilevanti. La portata al colmo è stata stimata superiore ai 1900 mc/s, valore che rappresenta uno dei valori massimi dopo la piena del ’66. LA PORTATA DEL FIUME ARNO Indice

15 INTRODUZIONE STORICA

16 Molte antiche civiltà sono nate lungo un corso d’acqua, invogliate all’insediamento proprio dalla presenza di un fiume con il quale hanno dovuto rapportarsi, costruendo la loro storia in sintonia con i suoi elementi. Le pianure intorno all’Arno erano paludose ed estremamente inospitali; questo spinse le popolazioni ad insediarsi sulle colline dove inoltre era più difficile per i nemici la conquista. Un esempio è la città di VOLTERRA che al tempo degli Etruschi, dei Liguri e dei Romani godeva di un particolare prestigio. Con l’arrivo dei Romani le pianure furono bonificate e rese coltivabili oltre che abitabili, in questo modo fu possibile edificare grandi città, insediamenti militari e strade come l’Aurelia.

17 Inoltre i Romani furono i primi a navigare l’Arno, non solo per commerciare, ma come via di collegamento dando alla valle quell’impostazione che mantiene tuttora. Infine i Romani costruirono porti e campi militari per presidiare la Toscana e difendersi dai Galli. Dopo il crollo dell’impero romano le pianure, un tempo bonificate e coltivate, tornarono ad essere acquitrini e paludi e anche il porto di Pisa cadde in disuso. Nel ‘500 e nel ‘600 si sono stratificati sul territorio della valle dell’Arno altri interventi che hanno portato al paesaggio di indiscutibile bellezza che oggi conosciamo.

18 Nel corso dei secoli il percorso dell’Arno ha subito molte modifiche, anche all’interno della città di Pisa. Cambiamenti del corso dell’Arno Fra il XVI° ed il XVII° secolo il suo andamento era più o meno quello rappresentato in questa stampa dell'epoca.

19 Già nel 1616 si nota un appiattimento della curvatura del tratto che attraversa la città.. A fine Ottocento, la curvatura d’ingresso dell’Arno nelle mura ebbe una ulteriore trasforma- zione diventando vicina ad un angolo retto Cambiamenti del corso dell’Arno

20 Dal confronto di queste immagini, possiamo notare la differenza che c’è stata dal XVI secolo ad oggi. Cambiamenti del corso dell’Arno

21 Il cambiamento della foce La foce dell’Arno è stata spostata da sud-ovest a nord-ovest a causa delle forti mareggiate di libeccio che impedivano all'acqua di sfociare in mare durante i periodi di pioggia. La forma attuale della foce dell’Arno, non consente la sedimentazione dei detriti nei fondali litoranei, con evidenti fenomeni di erosione, special- mente in prossimità della foce.

22 L'erosione della costa pisana L’erosione della costa pisana si attua soprattutto durante le mareggiate e questa peggiora notevolmente se coincide con la piena fluviale. Dopo l'inondazione del 1949, nel ‘54 fu decisa la costruzione dello scolmatore dell'Arno che avrebbe dovuto avere una portata di metri cubi al secondo, ma tale portata non fu mai raggiunta.

23 . Nel XVI secolo la zona paludosa intorno a Pisa era molto estesa. Nel Settecento il Granduca Pietro Leopoldo moltiplicò le opere di manutenzione dei canali e furono effettuati alcuni interventi di bonifica, specialmente nella zona più meridionale, dove fu aperto il fosso reale. Nel 1928 ci furono nuovi lavori di bonifica.

24 La pianura intorno a Pisa era paludosa. Il termine bonifica ricorda tempi lontani, quando uomini e donne lottavano contro la malaria, prosciugando e rendendo coltivabili zone altrimenti paludose e malsane. La striscia di terra pianeggiante, situata tra il Mar Tirreno e i monti Pisani presenta ancora oggi caratteristiche molto particolari: la duna costiera è circa metri sopra il livello del mare, mentre la pianura interna è sotto il livello del mare. Questo dislivello provoca molte difficoltà quando ci sono precipitazioni eccessive. Terreni bonificati

25 Il paduletto è l’unica zona ancora paludosa nella zona di SAN ROSSORE Anche la tenuta di S. Rossore, cioè la zona compresa tra Pisa, l’Arno ed il mare, nel ‘700 viene sottoposta ad un riassetto idraulico e un disboscamento. Inoltre con delle colmate si aumentarono i terreni coltivabili. Nonostante le colmate del ‘700 erano ancora tanti i terreni paludosi. Successivamente venne modificato il tratto terminale del Fiume Morto: fu scavato un nuovo canale per consentire un miglior deflusso delle acque al mare (Fiume Morto Nuovo).

26 Lungarni a Pisa

27 I LUNGARNI I Lungarni pisani sono ampie strade che da una parte costeggiano antichi palazzi e dall'altra le cosiddette "spallette“ Sui Lungarni si affacciano numerosi e importanti edifici, come la chiesa di San Sepolcro, il Palazzo Pretorio, il Palazzo Lanfranchi, il Palazzo Gambacorti e la chiesa della Spina.

28 Durante la seconda guerra mondiale molti palazzi furono colpiti dai bombardamenti. Alcune "ferite" sono ancora sotto l'occhio di tutti, altre sono state magnificamente riparate in tempi recenti. Anche quasi tutti i ponti sull'Arno furono distrutti dai bombardamenti alleati o dalle mine dei tedeschi in ritirata..

29 I ponti sull’Arno a Pisa Oggi i ponti sull’Arno nella città di Pisa sono, da monte verso valle: :  Ponte delle Bocchette  Ponte della Vittoria  Ponte della Fortezza  Ponte di Mezzo  Ponte Solferino  Ponte della Cittadella  Ponte della Ferrovia  Ponte dell'Impero  Ponte del CEP  Ponte dell'autostrada A12

30 Così chiamato perché corrisponde idealmente al centro della città è il più antico ponte di Pisa (e infatti aveva il nome di Ponte Vecchio). Nel 1943 fu distrutto dai bombardamenti e ricostruito dopo la Seconda Guerra Mondiale. Il ponte attuale è ad una sola "luce“. Dal XVII° secolo il ponte è sede dell’omonimo gioco, durante il quale le due contrade pisane (Mezzogiorno e Tramontana) si contendono la conquista del Ponte spingendo un carro finchè una delle due squadre non riesce a portarlo nella parte avversaria.

31 Ponte della Fortezza Fu gravemente danneggiato durante la piena del 1869, venne prontamente restaurato. Durante la Seconda guerra mondiale il ponte fu abbattuto e ricostruito fra il febbraio 1957 e il giugno 1959.

32 Ponte della Vittoria E’ stato infine ricostruito tra il 1949 e il La costruzione fu completata nel 1931, ma crollò la sera del 22 dicembre 1934, ancora prima di essere inaugurato Fu ricostruito dopo qualche anno e distrutto durante la Seconda Guerra Mondiale; Indice

33 SIGNIFICATO DEI PARAMETRI DI CONTROLLO DELLE ACQUE

34 OSSIGENO DISCIOLTO E’ indispensabile alla vita dei pesci e di ogni altro organismo acquatico; L’ossigenazione delle acque è favorita dalla turbolenza superficiale e dall’attività fotosintetica delle piante; La deossigenazione dipende dalla decomposizione del materiale organico; La concentrazione di ossigeno disciolto dipende anche dalla temperatura dell’acqua.

35 Deficit di ossigeno  Se le sostanze organiche sono in quantità eccessiva, i batteri aerobici possono consumare tutto l’ossigeno disciolto:  I pesci e gli altri organismi acquatici muoiono;  Le sostanze organiche vengono decomposte da batteri anaerobici con formazione di prodotti tossici e maleodoranti.

36 Sostanze organiche contenenti: C, H, O, N, S, P Biodegradazione aerobica CO 3 --, H 2 O, NO 3 -, SO 4 --, PO Biodegradazione anaerobica CH 4, NH 3, H 2 S, PH 3 LA BIODEGRADAZIONE DELLE SOSTANZE ORGANICHE

37 BOD 5 (Domanda biologica di ossigeno)  I batteri presenti nelle acque consumano ossigeno per decomporre le sostanze organiche;  Il BOD 5 rappresenta il consumo di ossigeno dopo 5 giorni di incubazione del campione di acqua a 20 °C;  Il BOD 5 esprime quindi l’inquinamento del corso d’acqua da sostanze organiche biodegradabili;  Tali sostanze derivano soprattutto dagli scarichi civili e da certi scarichi industriali

38 COD (Domanda Chimica di Ossigeno) Nelle acque superficiali, oltre alle sostanze organiche biodegradabili, possono essere presenti altre sostanze organiche che si degradano con difficoltà. Il C.O.D. rappresenta il consumo di ossigeno per ossidare chimicamente tutte le sostanze organiche, è quindi una misura del contenuto organico di un’acqua.

39 L’AZOTO NELLE ACQUE L’ azoto è un elemento indispensabile per la vita, poiché costituisce gli amminoacidi, i quali, a loro volta, formano le proteine. Quindi la presenza di azoto e dei suoi composti in acqua è riconducibile all’ immissione di sostanze proteiche. L’ azoto ammoniacale proviene dagli scarichi di origine civile e non (industrie, allevamenti, ecc.) e nelle acque di un corpo idrico è indice di inquinamento recente.

40 L’ azoto ammoniacale viene ossidato tramite i batteri in nitrito (NO 2 - ) e poi in nitrato (NO 3 - ). Proteine Biodegradazione Azoto ammoniacale Ossidazione parziale Nitriti Ossidazione totale Nitrati Nelle acque possono esserci anche batteri denitrificanti che riducono i nitrati a nitriti e questi ad azoto molecolare. Nitrati Riduzione parziale Riduzione parziale Nitriti Riduzione totale Riduzione totale N2N2N2N2 L’AZOTO NELLE ACQUE

41 La presenza di nitrati nelle acque rappresenta quindi un inquinamento non recente delle acque da parte di sostanze organiche di natura proteica. I nitrati sono il prodotto finale della decomposizione delle proteine presenti nell’acqua; Derivano dagli scarichi di origine civile ed anche dal dilavamento dei terreni, a causa dell’elevato uso di fertilizzanti.

42 Fosforo totale Ione fosfato (PO ) Polifosfato Provengono dal dilava- mento dei concimi, da scarichi civili e da deiezioni animali. Derivano dall’ uso di detersivi Fosforo totale Il fosforo può essere presente nelle acque come ione fosfato (PO ) o come polifosfato Il fosforo rappresenta l’elemento limitante nella crescita delle piante acquatiche, per cui è il princi- pale responsabile del fenomeno dell’eutrofizzazione.

43 EUTROFIZZAZIONE DELLE ACQUE Il fenomeno dell’eutrofizzazione è causato principalmente da fosforo e azoto. Essi immessi in acqua provocano un enorme sviluppo di alghe che, decomposte da batteri, diminuiscono la quantità di ossigeno in acqua; provocando la morte degli esseri viventi.

44  Il valore del pH indica il grado di acidità di un corso d’acqua;  L’acqua pura contiene ioni H + e OH - in ugual numero e il suo pH è pari a 7;  Se il numero di ioni H + è maggiore degli ioni OH - l’acqua è acida e il suo pH è inferiore a 7;  Se il numero di ioni H + è minore degli ioni OH -, l’acqua è basica e il suo pH è superiore a 7 (tra 7 e 14)  Il pH più adatto per la vita acquatica è compreso tra 7 e 8 pH pH (concentrazione degli ioni H + )

45 SALINIZZAZIONE direttamente tramite titolazione dello ione cloruro La salinizzazione consiste principalmente nell’aumento della concentrazione degli ioni cloruro; può essere rilevata: indirettamente misurando la conducibilità elettrica Nel nostro caso, tali determinazioni ci forniscono informazioni sulla risalita dell’acqua di mare nel Fiume Arno

46 LA TORBIDITA’ ED I SOLIDI SOSPESI E’ dovuta alla presenza di solidi sospesi (argilla, materiali organici, ecc.) Si determina con il DISCO DI SECCHI Si tratta di un disco bianco di 30 cm di diametro, che si introduce lentamente nell’acqua fino a quando non scompare alla vista dell’operatore Indice

47 I RISULTATI DELLE NOSTRE INDAGINI SUL FIUME ARNO

48 MISURE DELLA LARGHEZZA e DELLA SEZIONE DELL’ARNO La misura della larghezza e della profondità del fiume sono state eseguite con una rotella metrica e con un filo alla cui estremità era legato un piombo. Al ponte della fortezza abbiamo rilevato una larghezza del fiume di 83 metri ed una profondità media di 3,8 metri. La velocità è stata calcolata misurando il tempo neces- sario ad un'arancia, gettata al centro del fiume, per percorrere un determinato tratto di fiume. MISURE DI VELOCITA’ e PORTATA DEL FIUME La portata di acqua si ottiene facendo il prodotto tra la sezione del fiume e la velocità media.

49 L'Arno ha un regime torrentizio. La sua portata media, pari a circa 100 m³/s, può scendere, in estati particolarmente siccitose, anche a valori di pochi m³/s. Tuttavia il fiume è soggetto a piene assai violente ed impetuose, spesso causa di devastanti alluvioni (2.500 m³/s a Pisa nel novembre 1966). Anche nei primi giorni di febbraio di quest’anno si è avuta un’ondata di piena dell’Arno che ha tenuto in apprensione la città. Durante le nostre indagini abbiamo rilevato una portata assai variabile con valori di m³/s nei periodi con scarsità di precipitazioni. PORTATA DEL FIUME Invece, nei controlli effettuati nei giorni successivi alla piena abbiamo misurato una portata idrica superiore a m³/s. I dati analitici relativi ai nostri controlli mostrano che le caratteristiche qualitative delle acque (salinità, ossigeno disciolto, nutrienti, ecc.) dipendono dalle condizioni climatiche e quindi dalla portata del fiume.

50 I RISULTATI DELLE NOSTRE INDAGINI SUL FIUME ARNO (A.S ) Punto di campionamento PISA: ponte della fortezza PISA: ponte della fortezza S. Rossore: cascine nuove PISA: ponte della fortezza S. Rossore: cascine nuove PISA: ponte della fortezza DATA 28/09/1225/10/12 30/04/13 16/05/13 Larghezza fiume (m)82,583,0 83,5 Profondità media (m)3,53,63,7 3,9 Velocità media (m/min)13,115,019,6 37,2 Portata (m 3 /s)63,074,7100,3 202 Torbidità (cm) Temperatura (°C) Ossigeno dis. Kit (mg/l)4,16,06,86,6 5,5 6,8 Ossigeno dis. Sonda (mg/l) 3,06,77,36,5 6,7 O 2 dis. medio (% satura.) ,1 75 B.O.D. 5 (mg/l)1,61,72,7 63 pH7,57,87,9 1,5 7,6 Conducibilità (mS)7,954,0810,880,75 8,0 0,81 Cl - (mg/l) ,55 98 NH 4 + (mg/l)0,5 0,6 53 NO 3 - (mg/l)10 8 0,5 PO (mg/l)0,20,30,50,10,35 NO 2 - (mg/l)0,090,31

51 I RISULTATI DELLE NOSTRE INDAGINI SUL FIUME ARNO (A.S ) Punto di campionamento PISA: ponte della fortezza S. Rossore: cascine nuove PISA: ponte della fortezza PISA: ponte della fortezza PISA: ponte della fortezza STIA (AR): vicino sorgente Arno DATA27/09/13 14/02/14 20/03/1408/04/1316/05/13 Larghezza fiume (m)84,0 83,0 83,5 6-7 Profondità media (m)3,6 4,6 3,83,9 0,5 Velocità media (m/min)12,7 80,4 22,637,2 Portata (m 3 /s)64,0 517, Torbidità (cm) Temperatura (°C) Ossigeno dis. Kit (mg/l)3,0 6,8 7,75,5 9,3 Ossigeno dis. Sonda (mg/l)2,62,7 6,5 5,56,7 9,0 O 2 dis. medio (% satur.) ,187 B.O.D. 5 (mg/l)1,00,8 0,7 1,81,5< 0,5 pH7,5 7,77,88,3 Conducibilità (mS)4,007,50 0,62 0,730,550,19 Cl - (mg/l) NH 4 + (mg/l)0,5 < 0,5 530,1 NO 3 - (mg/l) PO (mg/l)0,20,3 0,1 0,2 < 0,1 NO 2 - (mg/l)0,05 COD (mg/l)15

52 I RISULTATI DELLE NOSTRE INDAGINI SUL FIUME ARNO (Ponte della Fortezza) DATA28/09/201225/10/201230/04/201316/05/201327/09/201314/02/201420/03/201408/04/2014MEDIA Larghezza fiume (m)82, ,583 Profondità media (m)3,53,63,7 3,64,63,83,93,8 Velocità media (m/min)13,115,019,6 12,780,422,637,228,7 Portata (m 3 /s) Torbidità (cm) Temperatura (°C) Ossigeno dis. Kit (mg/l)4,166,66,83 7,75,55,8 Ossigeno dis. Sonda (mg/l)3,06,76,5 2,66,55,56,75,4 Ossigeno dis. medio (mg/l)3,66,46,66,82,86,76,66,15,7 O 2 dis. medio (% satura.) B.O.D. 5 (mg/l) 1,62,7 2,00,71,81,51,7 pH7,57,87,97,67,5 7,78,07,7 Conducibilità (mS)7,954,080,750,814,000,620,730,552,44 Solidi totali (mg/l) Cl - (mg/l) NH 4 + (mg/l)0,5 0,6 0,5< 0,5 0,5 NO 3 - (mg/l) PO (mg/l)0,20,30,10,350,20,1 0,2 NO 2 - (mg/l) 0,090,310,05 0,15 COD (mg/l)

53 Ossigeno disciolto E’ un parametro chimico che esprime la concentrazione di ossigeno molecolare disciolto in acqua. Il valore è espresso in mg/L o ppm, oppure in percentuale di saturazione. La saturazione dell’acqua dipende dalla temperatura. La concentrazione di ossigeno disciolto in acqua è un indice utilizzato per valutare il livello di inquinamento di un corso d’acqua. Un valore molto inferiore al 100 % di saturazione indica che probabilmente è in atto un inquinamento da parte di sostanze organiche.

54 OSSIGENO DISCIOLTO La saturazione di ossigeno diminuisce all'aumentare della temperatura dell’acqua. Tramite tabelle o grafici è possibile mettere in relazione la percentuale di satura- zione dell'acqua ad una certa temperatura con la concentrazione di ossigeno disciolto, espressa in mg/l. Per. es. a 15 °C, un valore di O 2 di 8 mg/l corrisponde all’80 % di saturazione dell’acqua).

55 I RISULTATI DELLE NOSTRE INDAGINI SUL FIUME ARNO (Ponte della Fortezza) I RISULTATI DELLE NOSTRE INDAGINI SUL FIUME ARNO (Ponte della Fortezza) Ossigeno disciolto (% di saturazione) I valori rilevati mostrano come la qualità delle acque sia abbastanza buona dal punto di vista dell’ossigeno disciolto; la percentuale di saturazione è quasi sempre compresa tra il 65 ed il 70%. Si nota però che il tenore di ossigeno disciolto misurato nel periodo estivo (settembre 2012 e 2013) è inferiore al 40 % di saturazione. Ciò indica un maggior consumo di ossigeno e quindi una significativa presenza di sostanze organiche.

56 I RISULTATI DELLE NOSTRE INDAGINI SUL FIUME ARNO (Ponte della Fortezza) SALINITA’ DELLE ACQUE I dati raccolti mostrano che la conducibilità elettrica è assai elevata quando la portata del fiume è bassa, cioè con portate inferiori a m 3 /s (periodo estivo). Un notevole incremento della salinità è stato rilevato nei controlli eseguiti in San Rossore (verso la foce). La conducibilità elettrica indica il contenuto di sali disciolti nell’acqua. Portata (m 3 /s)

57 Anche la concentrazione dei cloruri è elevata nei periodi di magra del fiume, con valori che superano anche i 3 g/litro. Ciò dipende dalla risalita di acque salmastre dal mare, che, evidentemente, nei periodi di magra del fiume, arrivano sino a Pisa, ad oltre 10 Km dal mare. I RISULTATI DELLE NOSTRE INDAGINI SUL FIUME ARNO (Ponte della Fortezza) SALINITA’ DELLE ACQUE

58 Dal grafico si evidenzia che la conducibilità elettrica dipende dalla concentrazione dei cloruri; quindi la considerevole salinità che si rileva con basse portate idriche del fiume è dovuta ad acque provenienti dal mare. I RISULTATI DELLE NOSTRE INDAGINI SUL FIUME ARNO (Ponte della Fortezza) SALINITA’ DELLE ACQUE

59 Le analisi eseguite con gli appositi kit, sia pure in modo indicativo, hanno permesso di evidenziare la presenza di significative concentrazioni di azoto e fosforo. In particolare, è stata rilevata una concentrazione di azoto ammoniacale inferiore a 0,5 mg/l e di fosfati intorno a 0,2 mg/l. La concentrazione dei nitrati è circa 10 mg/l e diminuisce quando aumenta la portata del fiume, per la diluizione delle acque.

60 Il protocollo GREEN per l’analisi della qualità delle acque dei fiumi prevede il calcolo di un indice di qualità (WQI) che permette di confrontare la qualità delle acque dei fiumi in tutto il mondo. Questo progetto globale di monitoraggio delle acque dei fiumi, ideato nel 1986 presso la School of Natural Resources dell’Università del Michigan, è diffuso in più di 130 paesi al mondo. Esso prevede di fare l’analisi di alcuni parametri con kit che si basano sullo sviluppo di specifiche colorazioni, anziché con strumenti sofisticati, utilizzando un protocollo unificato e semplice. Ciò consente a tutte le scuole impegnate nel monitoraggio dei fiumi di condividere e confrontare i dati. I L PROTOCOLLO GREEN Global Rivers Environmental Education Network

61 L’indice di qualità dell'acqua (WQI) si basa sulla determinazione analitica di nove parametri: Ossigeno disciolto BOD 5 Differenza di temperatura pH Fosfati totali Nitrati Torbidità Solidi totali Colibatteri fecali I L PROTOCOLLO GREEN PER VALUTARE LA QUALITÀ DELLE ACQUE

62 Per calcolare l’indice di qualità delle acque, che consente di classificare le acque di un fiume secondo classi di qualità, bisogna convertire i dati analitici in valori confrontabili. I risultati delle analisi, ognuno dei quali ha specifiche unità di misura, vengono normalizzati utilizzando curve apposite, cioè trasformati in valori numerici compresi tra 0 e 100, in cui 1 rappresenta il valore peggiore e 100 quello migliore. CALCOLO DELL'INDICE DI QUALITÀ DELLE ACQUE Come esempio, si riporta la curva di normalizzazione per l’ossigeno di saturazione % Questa presenta il valore massimo in corrispondenza del 100% di saturazione dell'acqua (condizioni ottimali) e valori inferiori man mano che ci si allontana da questa situazione ideale. Il valore normalizzato si ottiene tracciando una riga verticale in corrispondenza del valore rilevato fino ad intercettare la curva. Quindi si legge il valore normalizzato sull'asse delle ordinate. Per esempio, in corrispondenza di un valore di ossigeno di saturazione % pari a 80, il valore normalizzato è 87. Questo procedimento viene ripetuto per ognuno dei 9 parametri indicati.

63 Moltiplicazione del valore normalizzato per il fattore peso del parametro CALCOLO DELL'INDICE DI QUALITÀ DELLE ACQUE Ad ogni parametro è assegnato un fattore peso, che è tanto più alto quanto maggiore è l’importanza del parametro nel complesso dell’analisi: come si vede nella tabella, tra i nove parametri indicati, l’ossigeno disciolto ed i coliformi fecali hanno il peso più alto. Per ogni parametro, il valore normalizzato viene moltipli- cato per il fattore peso. I valori così ottenuti sono sommati; si ottiene un valore compreso tra 0 e 100 che esprime l'Indice di Qualità. ParametriPesi 1. Ossigeno Disciolto Coliformi Fecali pH BOD Diff. Temperatura Fosfati Totali Nitrati Torbidità Solidi Totali0.07

64 CALCOLO DELL'INDICE DI QUALITÀ DELLE ACQUE La tabella che segue mostra come è stato calcolato l’indice di qualità partendo dai valori medi rilevati durante i nostri controlli, relativamente ai parametri previsti dal protocollo GREEN. ParametroMISURA (media)INDICE (Q-value) Coefficiente di peso Indice x coef. di peso Ossigeno disciolto (% saturazione)60570,179,7 BOD 5 (mg/l)1,7930,1110,3 Differenza di temperatura (°C)0940,109,4 pH7,7920,1110,1 Fosfati totali (mg/l)0,2840,108,4 Nitrati (mg/l)9730,107,3 Torbidità (cm)63250,082,0 Solidi totali (mg/l) ,071,4 Colibatteri fecali (col./100 ml) 71480,167,7 INDICE DI QUALITA' 66,2 CLASSE DI QUALITA' DELL'ACQUA Media

65 L'Indice di Qualità viene confrontato con una tabella, che vede cinque fasce di valori, a cui corrispondono altrettanti giudizi: OTTIMO, BUONO, MEDIO, CATTIVO, MOLTO CATTIVO. Il giudizio dipende dalla fascia nella quale cade il valore ottenuto. Nelle rappresentazioni cartografiche è comodo associare un colore, ad ogni fascia di giudizio. CONFRONTO CON LE FASCE DI QUALITÀ E ATTRIBUZIONE DEL GIUDIZIO DI QUALITÀ Nel caso delle nostre indagini sulle acque dell’Arno, i valori medi dei parametri rilevati indicano un Indice di Qualità di 66, ovvero la qualità dell'acqua può essere ritenuta di qualità medio-buona. Fasce di valoriW.Q.I.Colore Eccellente Buono Medio Cattivo Molto cattivo Tuttavia, se il calcolo di tale indice viene effettuato tenendo conto dei dati rilevati nel periodo estivo, si ottiene un valore inferiore, intorno a 60, principalmente a causa del minor tenore di ossigeno disciolto.

66 RICERCA DI PESTICIDI ORGANOCLORURATI NELL’ACQUA DELL’ARNO Abbiamo indagato anche sulla eventuale presenza di pesticidi organoclorurati nell’acqua dell’Arno prelevata al ponte della Fortezza. Questa ricerca è stata effettuata dagli studenti della classe quarta dell’indirizzo di Biotecnologie Ambientali durante il periodo di stage nei laboratori del Dipartimento di Chimica e chimica industriale dell’Università di Pisa.

67 Procedura sperimentale La procedura utilizzata ha previsto diverse fasi: campionamento estrazione con solvente organico concentrazione della soluzione analisi mediante tecnica gascromatografica. Campionamento In data 14 Febbraio è stato prelevato un campione di acqua superficiale dell'Arno, del volume di 20 litri, utilizzando un secchio in polietilene. Il campione è stato prelevato presso il ponte della Fortezza. Il campione è stato conservato a temperatura ambiente all'interno di un contenitore in acciaio inox fino al momento dell'analisi presso i laboratori dell’università.

68 Estrazione e concentrazione della soluzione Il campione prelevato è stato diviso in due aliquote di 10 litri e ciascuna è stata estratta due volte con circa 10ml di esano. Gli estratti sono stati riuniti, seccati ed infine la fase organica è stata ridotta a piccolo volume mediante evaporazione sotto flusso di azoto. Il campione così ottenuto è stato introdotto nel gas cromatografo. Analisi GC-MS L’analisi della soluzione organica ottenuta è stata condotta usando la gas cromatografia accoppiata alla spettrometria di massa. Il gas cromatografo separa le sostanze presenti nel campione mentre lo spettrometro di massa funziona da rivelatore. Attraverso questa metodica è stato possibile identificare la presenza nel nostro campione di due pesticidi : il dieldrin e il diclorodifenildicloroetilene (ppDDE)

69 Risultati analisi gascromatografica

70 Dieldrin Il Dieldrin è un idrocarburo clorurato; è un’insetticida di per sé, ma anche un sottoprodotto del pesticida Aldrin. Sintetizzato per la prima volta nel 1948 da J. Hyman & Co, a Denver, è stato largamente usato nel controllo degli insetti dal 1950 al Di solito si presenta come una polvere bianca o bruna. La maggior parte dei suoi utilizzi è stata bandita nel 1987.

71 Dato che il dieldrin ha la capacità di bioaccumularsi, non scompare facilmente dall’ambiente, ma anzi la sua concentrazione aumenta spostandosi verso l’alto nella catena alimentare. Il Dieldrin infatti viene classificato come un inquinante organico persistente (POPs). Il Dieldrin può avere una serie di effetti pericolosi sull’uomo: Diminuisce l’efficienza del sistema immunitario Può aumentare la mortalità infantile Riduce la capacità riproduttiva Può causare il cancro, danni ai reni ed avere effetto teratogeno. Dieldrin

72 L’uomo può essere esposto al Dieldrin mangiando molluschi e pesci contaminati; i bambini attraverso il latte materno. Dato che la molecola del Dieldrin è estremamente stabile, non viene degradata facilmente ed ancora oggi si ritrova nell’ambiente come conseguenza dell’uso che ne è stato fatto nel passato. Inoltre il Dieldrin può volatilizzare dai depositi solidi ed essere redistribuito dalle correnti d’aria andando a contaminare anche zone molto lontane da quelle in cui è stato utilizzato. Il fatto che ne siano state trovate tracce nella fauna della zona Artica dimostra la possibilità di un suo trasporto anche a lunga distanza dalle regioni dove il Dieldrin è stato usato per l’agricoltura. Dieldrin

73 L’1,1-Dicloro-2,2-bis(p-clorofenil) etilene (ppDDE) è presente nel DDT come impurezza, ma è anche un suo prodotto di degradazione. Il DDT è stato usato bandito nell’Unione Europea nel 1986, ma nel passato è stato molto usato come insetticida per il controllo della malaria, del tifo e di altre malattie trasmesse attraverso gli insetti. ppDDE

74 Il DDE si trova nell’ambiente soprattutto come risultato della degradazione del DDT. Anche il DDE rientra nella lista dei POPs a causa della sua capacità di persistere nell’ambiente, di dare bioaccumulo e provocare effetti tossici sia sull’uomo che sull’ambiente. Come il Dieldrin, il DDE viene assunto dall’uomo soprattutto attraverso il cibo; una volta assorbito, si ritrova nei tessuti grassi, nel sangue, nell’urina, nello sperma e nel latte materno. L’assunzione per via orale di alte dosi di DDE provoca una intossicazione acuta con danni al sistema nervoso centrale (CNS) che si manifestano con mal di testa, nausea e convulsioni. Inoltre l’EPA ha classificato il DDE nel Gruppo B2 come probabile sostanza cancerogena per l’uomo. ppDDE Indice

75 I I MACROINVERTEBRATI sono piccoli organismi che vivono nei nostri fiumi. Sono animali invertebrati la cui taglia è uguale o superiore al millimetro per cui sono visibili ad occhio nudo e si sono adattati a vivere nei vari habitat che si ritrovano lungo tutta l’asta del corso d’acqua. I macroinvertebrati sono ottimi bioindicatori poiché vivendo sotto i sedimenti o sulla loro superficie e muovendosi poco, non possono sottrarsi alle sostanze inquinanti, sostanze che, a causa dello scorrere dell’acqua, non verrebbero ritrovate con le analisi chimiche, ma lasceranno una traccia in questi organismi uccidendo addirittura le specie più sensibili

76 Ponte della Fortezza (Pisa) A.S. 2012/2013 In questa zona non abbiamo trovato alcuna specie di macroinvertebrati, probabilmente a causa della risalita del cuneo salino che rende l’ambiente non adatto allo sviluppo di questi organismi.

77 ARNO PISA Zona Piagge A.S. 2013/2014 Allontanandoci un po’ dal Ponte della Fortezza, verso nord, abbiamo trovato alcuni macroinvertebrati, ma soltanto pochi individui e appartenenti ai gruppi più resistenti all’inquinamento: Gammaridi e Chironomidi

78 A Stia (Arezzo), vicino alla sorgente dell’Arno, abbiamo campionato ed identificato un gran numero di specie e numerosi individui per la maggior parte dei gruppi, potendo così verificare l’ottima qualità dell’acqua in quel tratto del fiume. Arno Stia (Arezzo)

79

80 STIA (AREZZO)

81 Chironomidi Gammaridi Brachyptera Perla Dinoclas Baetis Ephemerella Rhithrogena Rhyacophilidae Limnophilidae Brachycontridae Athericidae Ephemera

82 Arno Stia (Arezzo)

83 CI SONO 5 CLASSI DI QUALITA’ La valutazione delle condizioni delle comunità di macroinvertebrati viene quantificata attraverso un indice I.B.E. (Indice Biotico Esteso) che, opportunamente tradotto, permette di attribuire 5 classi di qualità al corso d’acqua in funzione del tipo e del numero di gruppi presenti.

84 INDICE BIOTICO ESTESO ARNO STIA ARNO PISA ZONA “Piagge”

85 09/05/ /03/2014

86 Il gruppo dei Coliformi è costituito da microrganismi a forma di bastoncello, Gram negativi, aerobi e anaerobi facoltativi; essi sono largamente presenti nel suolo, sugli arbusti, sulle foglie, nell'aria e nell'ambiente acquatico. Pertanto se la loro presenza nel caso di acque potabili é indice di contaminazione, non riveste un particolare significato se non quello di indicatore aspecifico nel caso di acque superficiali. I Coliformi fecali invece fanno parte di quella frazione di Coliformi totali che costituisce un indubbio indice di contaminazione fecale dell'acqua esaminata. Essi sono presenti nel materiale fecale ad una concentrazione di 10 milioni di UFC/g. BATTERI COLIFORMI

87 Per quantificare i coliformi totali e fecali abbiamo usato la tecnica della Filtrazione su membrana

88 Coliformi totali Arno Pisa: 97 UFC/100ml Coliformi fecali Arno Pisa: 71 UFC/100ml Coliformi totali Stia (Arezzo): 22 UFC/100ml Coliformi fecali Stia (Arezzo): 2 UFC/100ml

89 Coliformi fecali UFC/100ml Indice

90 Studio sull’eutrofizzazione delle acque del fiume Arno Classi 2° e 3° dell’indirizzo di Biotecnologie Ambientali

91 LE NOSTRE ESPERIENZE Abbiamo cercato di mettere in relazione la produzione di biomassa algale con diversi parametri: concentrazione dei nutrienti; luce; temperatura; pH; grado di stagnazione. In tutte le prove abbiamo utilizzato l’acqua del fiume Arno, tranne che nella prova effettuata per valutare l’importanza della stagnazione per la quale abbiamo utilizzato l’acqua di un fosso. LE PROCEDURE Nelle fasi iniziale e finale, oltre all’osservazione ad occhio nudo e al microscopio, abbiamo misurato con i kit colorimetrici le concentrazioni iniziali dei nutrienti ed il pH.

92 CHE COSA ABBIAMO SCOPERTO con concentrazioni più alte di nutrienti si ha una maggiore proliferazione di alghe; aumentando la concentrazione di entrambi i nutrienti si ha un effetto sinergico; sembrerebbe esistere un limite oltre il quale un ulteriore aumento di concentrazione di nutrienti riduce la crescita; ad una elevata proliferazione algale corrisponde una diminuzione delle specie presenti; al buio le alghe non crescono e nutrienti e pH rimangono costanti;

93 un moderato aumento della temperatura favorisce l’eutrofizzazione; una acificazione delle acque, almeno fino a pH=5, rende la CO 2 più disponibile e favorisce lo sviluppo delle alghe, viceversa un aumento del pH lo rallenta; anche a pH intorno a 9 le alghe riescono a sopravvivere, ma si ha una forte riduzione di biodiversità; ad una crescita delle alghe corrisponde sempre una diminuzione nella concentrazione dei nutrienti ed un aumento del pH dovuto al consumo di CO 2 ; il confronto con l’acqua del fosso ci ha dimostrato come l’eutrofizzazione sia più marcata nel caso di acque più stagnanti.

94 al buio con dosi crescenti di nitrati da sinistra a destra il pH diminuisce Con aggiunta di fosfati + nitrati


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