Sintesi delle informazioni geologiche, idrogeologiche e geochimiche acquisite in questo studio

Il lavoro di ricerca svolto in questa tesi di dottorato ha raggiunto i due obbiettivi seguenti.

(1) Da un lato, ha prodotto una considerevole mole di dati chimici ed isotopici (valori di δ18_{O e δ}2 H dell’acqua, valore di δ34

S del solfato e del solfuro disciolto) sui serbatoi geotermici della Calabria settentrionale, e li ha interpretati nel contesto geologico-idrogeologico locale, ricostruendo il modello concettuale dei sistemi termali investigati.

(2) Dall’altro, sono state ricostruite, per la prima volta, le relazioni esistenti fra valori isotopici (valori di δ18_{O e δ}2_{H dell’acqua) e quota per le acque meteoriche locali. In questo modo è stata} colmata una enorme lacuna conoscitiva. Per comprenderne la portata, basti pensare che gli unici dati isotopici di riferimento disponibili per l’intera Calabria erano costituiti (prima di questa tesi di dottorato) da 29 campioni di acqua di pioggia raccolti presso la stazione di Cosenza ed analizzati per i valori di 2H e 18O dell’H2O da Longinelli e Selmo (2003). In questo lavoro di tesi di dottorato sono state ottenute sia le rette meteoriche locali della Calabria settentrionale, della Catena Costiera e della Sila sia le seguenti relazioni isotopi-quota (H, in metri):

δ18

O = –0.00210  H – 5.25 (per la Catena Costiera e la Sila) (11)

δ2

H = –0.0145  H – 26 (per la Sila) (12)

δ2

H = –0.0145  H – 21 (per la Catena Costiera). (13)

Queste relazioni sono risultate fondamentali per la caratterizzazione dei sistemi termali. In particolar modo hanno fornito informazioni sull’origine delle acque esaminate (meteorica per tutti i sistemi), sulle quote di infiltrazione e, conseguentemente, sulla localizzazione delle aree di ricarica. Queste, in aggiunta ai rapporti isotopici dello zolfo, alle funzioni geotermometriche e alle classiche tecniche di prospezione geochimica, hanno permesso di caratterizzare al meglio le aree di interesse e fornire dati sui processi in atto, tra cui la precipitazione di fasi minerali ed i fenomeni di riduzione batterica del solfato.

Attraverso l’approccio idro-geochimico ed isotopico è stato accertato che le unità carbonatiche o carbonatico-evaporitiche mesozoiche (Unità del Pollino e Unità di Lungro-Verbicaro) ospitano i principali serbatoi geotermici della Calabria settentrionale (Tabella 20), coerentemente con quanto appurato per la Sicilia da Montanari et al. (2014).

170 Come ampiamente discusso, le manifestazioni superficiali di questi serbatoi geotermici si ritrovano nelle aree di Guardia Piemontese, Cassano allo Ionio, Cerchiara di Calabria e Sambiase, dove le successioni mesozoiche approssimano la superficie e i sistemi di faglie e fratture favoriscono la risalita delle acque termali in tempi relativamente brevi; di conseguenza, queste acque mantengono pressoché invariate le caratteristiche chimiche di serbatoio e subiscono diminuzioni di temperatura contenute.

Oltre all'acquifero mesozoico, i dati geologici, idrogeologici, idro-geochimici ed isotopici (valore di δ34

S del solfato disciolto) hanno permesso di individuare serbatoi termali anche nelle successioni evaporitiche mioceniche. Le terme di Spezzano Albanese e i sistemi di Bruciarello e Repole forniscono chiare evidenze al riguardo. In particolare, nell’area di Caccuri-Cotronei, i livelli permeabili delle successioni sedimentarie mioceniche ospitano serbatoi secondari che sono in connessione idraulica con uno o più serbatoi primari ospitati nei sottostanti graniti.

Tabella 20 – Caratteristiche salienti dei sistemi geotermici della Calabria settentrionale: SIT è la salinità ionica totale, t

è il tempo medio di residenza dell’acqua nel serbatoio geotermico, Q è la portata totale delle acque termali scaricate, V è il volume di acqua presente nel serbatoio geotermico.

Sito Litologia serbatoio _Composizione acqua termale

SIT T out T serb Prof. t Q V

meq/L °C °C m anni L/s km3 Guardia P. Calde Carbonati-evap. Mesozoico Na-Cl-SO4 125-175 36-39 60 1500 17000 6 3.2 Guardia P. Fredda Carbonati-evap. Mesozoico Na-Cl-SO4 25-30 17-18 25 450 6000 95 18.0 Sambiase- Caronte Carbonati-evap. Mesozoico Ca-SO4 65-70 36-38 50 1000 4000 112 14.1 Cerchiara Carbonati-evap. Mesozoico Na(Ca)- Cl(HCO3-SO4) 24-30 29-30 45 1400 2600 100 8.2 Cassano allo Ionio-Sibarite Carbonati-evap. Mesozoico Ca-SO4 Ca-SO4(HCO3) 20-35 22-26 33 600 600 130 2.5 Ponte

Coniglio Graniti Na(Ca)-Cl 60-75 30-32 55- 110 1500- 3100 38000 3.5 4.2 Bruciarello Graniti-Evaporiti Miocene Na(Ca)- Cl(SO4) 170-200 28-33 51 1400 - - - Repole Graniti-Evaporiti Miocene Na-SO4(Cl) 85 25 46 1200 15000 2 0.95 Spezzano Albanese Evaporiti Miocene Na-Cl  300 25-27 30 850 14000 50 22.1 In aggiunta alle evidenze presentate e discusse nelle sezioni precedenti, un’ulteriore conferma sui litotipi che ospitano i sistemi geotermici di interesse è fornita da due costituenti disciolti conservativi (mobili), il boro ed il litio, che sono riportati nel diagramma di correlazione di Figura 99. Sul diagramma sono stati tracciati, per confronto, anche i rapporti B/Li rappresentativi delle

171 principali litologie di interesse (dati da Harder 1959, Stewart 1963, Kushnir, 1980, Sonnenfeld

1985)

I rapporti B/Li dei singoli sistemi sono generalmente coerenti con i rapporti B/Li delle litologie dell'acquifero di appartenenza. Nel dettaglio: Guardia Piemontese, Sambiase, Cerchiara e Cassano allo Ionio si dispongono esattamente sulle rette vincolate dalla dissoluzione dell’halite e dei carbonati, mentre le acque provenienti dagli acquiferi miocenici, Spezzano e Cotronei/Caccuri, si distribuiscono rispettivamente sulla retta delle serpentiniti e delle anidriti, come atteso in base al contesto geologico-idrogeologico delle due aree termali. Solamente l’emergenza di Repole occupa una posizione inattesa, lungo la retta delle serpentiniti, probabilmente a causa di caratteri anomali locali (arricchimento in B?) nella successione sedimentaria.

Figura 99 - Diagramma di correlazione B vs. Li. Sono riportati i rapporti relativi ai sistemi termali oggetto di studio.

Sul diagramma sono stati tracciati anche i rapporti B/Li rappresentativi delle principali litologie di interesse (dati da Stewart 1963, Harder 1959, Sonnenfeld 1985 e Kushnir, 1980).

Sotto l'aspetto chimico, i sistemi termali calabresi hanno mostrato considerevoli differenze di composizione e salinità, principalmente a causa della interazione con differenti litotipi (Tabella 20). L’interazione con le rocce delle successioni carbonatico-evaporitiche mesozoiche conferisce alle acque composizioni da Na-Cl-SO4 a Ca-SO4 a Ca-SO4(HCO3) a seconda del differente contributo della dissoluzione di halite [NaCl] oppure gesso [CaSO42H2O] e anidrite [CaSO4] oppure calcite [CaCO3] e dolomite [CaMg(CO3)2], nonché della differente PCO2 di serbatoio. E’ comunque ben evidente il ruolo predominante dei minerali evaporitici e carbonatici sulla chimica dei fluidi.

172 L’interazione con le rocce del basamento cristallino determina invece una composizione Na(Ca)-Cl, come osservato nei pozzi di Ponte Coniglio, che attingono l’acqua direttamente dai graniti. L’interazione di quest’acqua con le rocce evaporitiche mioceniche comporta una evoluzione chimica verso le facies Na(Ca)-Cl(SO4) a Bruciarello e Na-SO4(Cl) ai Bagni di Repole. Composizioni prettamente Na-Cl contraddistinguono invece le acque ipo-termali di Spezzano Albanese, ospitate entro le evaporiti del Miocene.

L'analisi dei valori di δ18O e di δ2H dell’H2O ha fornito informazioni importanti in merito all’origine meteorica locale per tutti i sistemi esaminati, alle quote di infiltrazione e conseguentemente all’ubicazione delle aree di ricarica, individuate nelle catene adiacenti alle aree di emergenza, ossia:

- la Catena Costiera per Guardia, Spezzano Albanese e Sambiase - il Massiccio del Pollino per Cassano allo Ionio e Cerchiara di Calabria - l’altopiano della Sila per i sistemi del Crotonese.

Gli isotopi dello zolfo si sono dimostrati strumenti efficaci per la ricostruzione del modello geochimico dei siti termali di interesse, proprio per la presenza, pressoché ubiquitaria nel settore settentrionale Calabrese, di due sequenze evaporitiche, una di età Triassico-superiore e l'altra di età Messiniana, caratterizzate da una differente impronta isotopica. Inoltre, i valori di δ34S del solfato e del solfuro disciolti hanno permesso di valutare, per tutti i sistemi esaminati, l’importanza del processo di riduzione batterica del solfato, mediante il confronto fra valori analitici e valori teorici attesi.

I calcoli di speciazione - saturazione sono stati utilizzati, fra l’altro, per la valutare l’applicabilità delle principali funzioni geotermometriche. Queste ultime hanno fornito valori di serbatoio, compresi fra 60 °C (Guardia Piemontese) e 33 °C (Cassano allo Ionio dal lavoro di Apollaro et al. 2012) per i sistemi ospitati entro rocce carbonatico-evaporitiche mesozoiche, fra i quali Cerchiara e Sambiase mostrano temperature intermedie di circa 45 e 50 °C, rispettivamente (Tabella 20). Le temperature di serbatoio per i sistemi ospitati entro i sedimenti miocenici sono 30 °C per Spezzano Albanese 45 °C per Repole e 50 °C per Bruciarello. Le temperature di serbatoio per il sistema di Ponte Coniglio, che si sviluppa all’interno del basamento cristallino variano fra un valore minimo di 55 °C ed un valore massimo di 110 °C.

173 Date le temperature sopra citate ed adottando il gradiente geotermico medio terrestre 4, 33°C/km, (e.g., Mongelli et al., 1989; Cataldi et al., 1995; Stein, 1995) la profondità del serbatoio geotermico, nelle aree esaminate, è generalmente compresa fra 0.6 e 1.5 km. La sola eccezione riguarda il sistema di Ponte Coniglio, le cui parti più profonde si estenderebbero a profondità di 3.1 km (Tabella 20).

7.2. Relazioni fra le principali caratteristiche dei sistemi geotermici della Calabria