Le acque presenti negli ambienti carsici non sono sistemi statici. Infiltrazioni meteoriche, dissoluzione delle rocce carbonatiche, scambi con il suolo superficiale e apporti provenienti dall’esterno possono modificarne rapidamente le caratteristiche.
Una misura isolata permette di descrivere le condizioni dell’acqua nel momento del campionamento, ma rischia di non rilevare eventi brevi come una piena, un aumento della torbidità o l’ingresso di sostanze contaminanti. Il monitoraggio in continuo consente invece di costruire serie temporali e mettere in relazione le variazioni chimico-fisiche con precipitazioni, stagionalità e dinamica del sistema carsico.
Per ottenere informazioni realmente utili è necessario scegliere parametri coerenti con gli obiettivi dell’indagine e interpretarli in modo integrato. Temperatura, conducibilità, pH, torbidità, ossigeno disciolto e potenziale redox descrivono infatti aspetti differenti ma strettamente collegati della qualità delle acque.
Temperatura: il parametro di riferimento
La temperatura influenza numerosi processi fisici, chimici e biologici. Modifica la solubilità dei gas, la velocità delle reazioni e, in parte, la risposta di altri sensori. Per questa ragione rappresenta uno dei parametri di base di ogni rete di monitoraggio idrico.
Nelle zone più profonde di una grotta, la temperatura dell’acqua tende generalmente a essere più stabile rispetto all’esterno. Variazioni improvvise possono quindi indicare l’arrivo di acqua di infiltrazione, la connessione con un diverso circuito idrologico o un cambiamento nella portata.
Il misuratore di temperatura WE711 può essere utilizzato in acqua, terreno e roccia. Il sensore è collocato in un contenitore stagno in acciaio inox, adatto a installazioni continuative in condizioni ambientali difficili. La temperatura deve essere registrata insieme agli altri parametri, perché permette di compensare alcune misure e di interpretare correttamente variazioni che, osservate da sole, potrebbero risultare ambigue.
Conducibilità: riconoscere variazioni nella mineralizzazione per la qualità delle acque
La conducibilità elettrica esprime la capacità dell’acqua di condurre corrente in funzione della quantità e della tipologia degli ioni disciolti. In un sistema carsico fornisce quindi un’indicazione indiretta del grado di mineralizzazione e del tempo di interazione tra acqua e roccia.
Un’acqua che ha circolato a lungo nell’acquifero tende generalmente a presentare una conducibilità diversa da quella di un apporto meteorico recente. Dopo precipitazioni intense si possono osservare riduzioni dovute alla diluizione oppure aumenti legati alla mobilizzazione di acque e soluti precedentemente accumulati nel sistema.
Il misuratore di conducibilità WQ412 è adatto al controllo delle acque sotterranee e superficiali. Le variazioni registrate possono essere utilizzate per riconoscere l’arrivo di nuovi apporti e confrontare il comportamento di sorgenti, sifoni e corsi d’acqua sotterranei. La conducibilità non identifica direttamente la sostanza responsabile della variazione. Un’anomalia deve quindi essere interpretata insieme a temperatura, livello idrico e, quando necessario, analisi di laboratorio.
pH ed equilibrio carbonatico nelle acque
Il pH descrive il grado di acidità o alcalinità dell’acqua ed è particolarmente importante negli ambienti carbonatici. L’acqua arricchita di anidride carbonica attraversando il suolo acquisisce una maggiore capacità di dissolvere calcare e dolomia; durante il percorso sotterraneo, gli scambi con la roccia e la perdita di CO₂ ne modificano progressivamente l’equilibrio.
Il misuratore di pH WQ422 è progettato per misure in acque sotterranee e superficiali e, grazie alle dimensioni compatte, può essere installato anche in punti con spazio limitato.
In acque scarsamente mineralizzate la misura del pH può risultare più instabile e richiedere particolare attenzione alla calibrazione, al posizionamento e ai tempi di risposta. Anche la temperatura deve essere considerata, perché influenza sia il comportamento dell’elettrodo sia gli equilibri chimici dell’acqua. Più che il singolo valore, è spesso significativo osservare la direzione e la velocità della variazione, confrontandola con la conducibilità e con l’arrivo di acqua meteorica.
Torbidità: individuare il trasporto di particelle
La torbidità aumenta quando nell’acqua sono presenti particelle sospese, come argilla, limo, materiale organico o sedimenti mobilizzati dal flusso. Nei sistemi carsici può variare molto rapidamente durante le piene, quando l’aumento della velocità dell’acqua rimette in sospensione materiali depositati nei condotti.
Il torbidimetro WQ442 utilizza una misura nefelometrica: un fascio luminoso viene inviato nell’acqua e il sensore rileva la luce diffusa dalle particelle a un angolo di 90 gradi. La sorgente infrarossa a 860 nm riduce l’interferenza dovuta alla colorazione del campione.
Un picco di torbidità può segnalare erosione interna, trasporto di sedimenti o ingresso di acqua superficiale. Non indica però, da solo, una contaminazione chimica. Per individuare l’origine dell’anomalia è necessario confrontarlo con conducibilità, pH e andamento delle precipitazioni. Nelle installazioni permanenti occorre inoltre controllare che sedimenti o concrezioni non si depositino sulla finestra ottica, alterando progressivamente la misura.
Ossigeno disciolto e condizioni redox
L’ossigeno disciolto dipende dagli scambi con l’atmosfera, dalla temperatura, dalla turbolenza e dai processi biologici presenti nell’acqua. Valori ridotti possono comparire in zone con scarso ricambio, elevata presenza di sostanza organica o consumo dell’ossigeno da parte di microrganismi.
Il WQ432 misuratore di ossigeno disciolto è adatto alla misura in acque sotterranee e superficiali e può essere inserito anche in punti di dimensioni contenute.
A questo parametro può essere affiancato il potenziale di ossidoriduzione, o ORP, che fornisce informazioni sulla tendenza dell’ambiente acquatico a favorire reazioni di ossidazione o riduzione. Il misuratore di redox WQ452 restituisce un segnale proporzionale al livello di ossidazione dell’acqua.
Il redox non identifica una singola sostanza e non deve essere interpretato come misura autonoma della contaminazione. La lettura diventa più significativa quando viene confrontata con ossigeno disciolto, pH e temperatura.
Dalla singola misura a una rete multiparametrica
In un ambiente carsico, nessun parametro è sufficiente da solo a descrivere la qualità dell’acqua. Una diminuzione della conducibilità può indicare un apporto meteorico recente; se accompagnata da un abbassamento della temperatura e da un aumento della torbidità, fornisce un’indicazione più chiara dell’arrivo di acqua dalla superficie.
Allo stesso modo, la riduzione dell’ossigeno disciolto assume un significato differente se associata a una variazione del redox o del pH.
I sensori SIM Strumenti per la misurazione della qualità delle acque possono essere collegati a unità di acquisizione manuali o automatiche. Sistemi come MYLOG e MINILOG permettono di programmare gli intervalli di lettura e costruire serie temporali provenienti da più strumenti. La frequenza di acquisizione dei dati deve essere scelta in funzione della velocità del fenomeno. Per caratterizzare variazioni stagionali possono essere sufficienti intervalli più ampi; nei condotti soggetti a risposte rapide alle precipitazioni può essere necessario un campionamento più ravvicinato.
Affidabilità delle misure nel lungo periodo per la qualità delle acque
Il monitoraggio continuo non elimina la necessità di controlli periodici. Sensori immersi per lunghi periodi possono essere interessati da depositi minerali, sedimenti o alterazioni delle superfici sensibili.
Per mantenere la qualità dei dati è necessario prevedere:
- calibrazioni periodiche;
- pulizia delle superfici e degli elettrodi;
- verifica dei cavi e dei collegamenti;
- confronto con misure manuali o campioni di controllo;
- controllo delle derive e dei valori anomali.
La posizione di installazione deve essere rappresentativa del corpo idrico, ma anche sufficientemente protetta da urti, sedimenti grossolani e variazioni del livello che potrebbero lasciare temporaneamente il sensore fuori dall’acqua.
Un sistema multiparametrico correttamente progettato permette di trasformare le singole misure in una lettura dinamica dell’ambiente carsico. La correlazione tra temperatura, conducibilità, pH, torbidità, ossigeno disciolto e redox aiuta ricercatori e gestori a riconoscere gli apporti esterni, studiare i tempi di risposta della cavità e individuare tempestivamente variazioni anomale nella qualità delle acque.