ELABORAZIONE STATISTICA E CARTOGRAFICA

L'elaborazione statistica ha interessato sia i risultati derivanti dalle analisi chimiche svolte sui campioni di questo studio, sia i dati ottenuti da alcuni lavori di tesi (Gallamini, 2006; Pecci, 2007; Zito, 2007; Franzoni, 2009) che hanno riguardato l'area d'indagine (vedi Fig. 4.1), per un totale di 340 siti (170 campioni topsoil e 170 campioni subsoil). I siti considerati sono stati campionati alle stesse profondità di quelli ivi campionati.

L'elaborazione dei dati è stata effettuata mediante l'uso di software come Microsoft Excel e GCDkit (Geochemical Data Toolkit for Windows). In particolare, quest'ultimo ha permesso di costruire una serie di diagrammi, tra cui i box-plot.

I box-plot (Box-and-whiskers plot) rappresentano in modo schematico e sintetico gli indici statistici che descrivono una distribuzione dei dati. La scatola "box" corrisponde alla parte centrale della distribuzione dei dati e ne comprende il 50% (Fig. 4.4). Essa è delimitata dal 25° percentile, detto anche lower quartile o primo quartile, perché

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raccoglie il primo quarto della popolazione dei dati, e dal 75° percentile (upper quartile o terzo quartile).

La differenza tra il quartile superiore e quello inferiore è definita differenza interquartile. I wiskers, invece, che sono le stanghette all'esterno del box, corrispondono a un intervallo di tolleranza corrispondente a 1,5 la differenza interquartile sottratto al 25° e al 75° percentile. I punti al di fuori rappresentano i valori anomali (potenziali outliers). Il 50° percentile che corrisponde alla mediana è evidenziato all'interno del box dalla striscia nera in grassetto.

Gran parte del lavoro di questa tesi è stato realizzato grazie all'ausilio del software ArcView 3.2 della ESRI (Environmental System Research Institute) che ha permesso di creare delle mappe tematiche georeferenziate, come carte della distribuzione dei campioni, carte delle concentrazioni relative ad ogni elemento, carte dell'uso del suolo, carte relative all'Indice di Geoaccumulo.

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4.3.1 VALUTAZIONE DEGLI ARRICCHIMENTI SUPERFICIALI DI Cr, Ni, Cu, Zn, Pb NEI SUOLI PESENTI NELL'AREA DI STUDIO

La valutazione dello stato d'inquinamento dei suoli, in generale, si avvale di un confronto tra le concentrazioni di metalli rilevate nella parte superficiale e profonda dei siti campionati.

Le concentrazioni rinvenute nel campione di suolo profondo sono considerate, quindi, come riferimento; è dimostrato, infatti, che i campioni sub-superficiali presi a un metro di profondità possono essere idonei per determinare il naturale valore di fondo dei metalli pesanti (Huisman et al., 1997).

In questo studio, per valutare lo stato di contaminazione di Cr, Ni, Cu, Zn, Pb nei suoli presenti nell'area di studio, è stato calcolato l'Indice di Geoaccumulo (Müller, 1979; Förstner e Müller, 1981), utilizzando i dati derivanti dall'analisi in XRF e definito da:

Igeo= log2 Cn / (1,5*Bn)

dove:

Cn = concentrazione di metallo nel campione a 0-20 cm di profondità Bn = concentrazione di metallo nel campione a 80-100 cm di profondità

L'Indice di Geoaccumulo fornisce un'idea immediata, sebbene puntiforme, dello stato di contaminazione del suolo, ponendo le basi per una stima realistica del contributo di origine antropica. Sono distinte sette classi di contaminazione sulla base dei differenti valori assunti dall'Indice di Geoaccumulo (tabella 4.3).

I dati ottenuti dal calcolo dell'Indice di Geoaccumulo sono stati utilizzati per la costruzione di mappe degli arricchimenti superficiali di Cr, Ni, Cu, Zn e Pb, grazie all'ausilio del software ArcView 3.2.

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Tabella 4.3 - Classificazione del grado di inquinamento del suolo sulla base dell'Indice di Geoaccumulo (I_geo)

4.3.2 DETERMINAZIONE DEI TENORI DI FONDO DI Cr, Ni, Cu, Zn, Pb NEI SUOLI CAMPIONATI

La valutazione dello stato di contaminazione dei suoli, nei confronti di metalli e metalloidi, richiede la conoscenza delle concentrazioni naturali presenti per effetto della composizione dei minerali costituenti il suolo. Tali concentrazioni infatti, possono variare notevolmente a seconda del materiale su cui il suolo si è sviluppato. In questo lavoro di tesi, la determinazione del tenore di fondo dei metalli d'interesse è stata eseguita usando due metodi: 1) il 2 sigma iterativo (Matschullat et al., 2000); 2) secondo quanto esposto dal Protocollo Operativo per la determinazione dei valori di fondo di metalli/metalloidi nei suoli dei siti d'interesse nazionale (Protocollo 18744; APAT, 2006).

L'elaborazione ha interessato solo i dati derivanti dall'analisi in XRF dei campioni profondi (campionati a un metro di profondità), considerati idonei per determinare il naturale valore di fondo dei metalli pesanti (Huisman et al., 1997), tenendo distinte le unità deposizionali presenti nell'area di studio. La scelta di tale suddivisione è stata eseguita seguendo l'approccio tipologico definito nella norma ISO19258:2005, cioè in funzione del materiale su cui si sono impostati i suoli.

Il metodo 2 sigma iterativo mira a calcolare il tenore di fondo di un elemento non richiedendo come requisito la normalità del set dei dati. Tale metodo, infatti, costruisce una distribuzione normale approssimata, intorno al valore modale (classe con frequenza maggiore), per ottenere un intervallo normale di valori rappresentativi del background naturale, su cui calcolare poi il tenore di fondo (Fig. 4.5).

I_geo Stato del suolo

< 0 non inquinato

0 - 1 da non a moderatamente inquinato 1 - 2 moderatamente inquinato

2 - 3 da moderatamente a fortemente inquinato 3 - 4 fortemente inquinato

4 - 5 da fortemente a estremamente inquinato

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Figura 4.5 - Esempio di costruzione di una distribuzione normale dei dati intorno al valore modale (Zito, 2007).

Tale procedimento si basa su i seguenti punti:

5. si calcola media e deviazione standard sul data set originale;

6. si escludono i valori esterni all’intervallo media ± 2*deviazione standard;

7. si reitera la procedura fino a quando la distribuzione dei valori non presenta valori che ricadono al di fuori dell'intervallo calcolato;

8. il valore di fondo corrisponde quindi al valore media + 2*deviazione standard calcolato sul set dei dati cernito.

Il Protocollo Operativo per la determinazione dei valori di fondo di metalli/metalloidi nei suoli dei siti d'interesse nazionale (Protocollo 18744; APAT 2006), invece, prevede: - di effettuare un'analisi preliminare del set dei dati (identificazione e

trattamento di outliers);

- determinazione del valore di fondo corrispondente al 95° del set dei dati. L'identificazione degli outliers è stata eseguita attraverso l'ausilio di diagrammi box- plot.

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