3. INQUADRAMENTO IDROGEOLOGICO
3.1 Idrogeologia della Pianura di Pisa
Il modello idrogeologico comunemente accettato (CNR,1986; Grassi e Cortecci, 2005; Butteri et al., 2010) si basa sullo schema idrogeologico proposto da Baldacci et al., 1994. In questo studio viene illustrato il Sistema acquifero della Pianura di Pisa (SaP), costituito da due unità idrogeologiche principali:
Complesso acquifero della Pianura di Pisa: costituito da depositi continentali (Pleistocene Superiore-Olocene), come gli apparati detritico-alluvionali intra-pedemontani, i cordoni dunari costieri e le dune antiche, i depositi eolico-fluviali della fascia pedecollinare meridionale e sede dell’Acquifero multistrato confinato (Amc);
Strutture idrogeologiche incassanti: costituite da depositi marini, transazionali e continentali di età compresa tra il Miocene Superiore e il Pleistocene Medio-Superiore, in letteratura indicato come Substrato Intermedio (Tab.3.1, A e B).
Tabella 3.1B Tabella sintottica della classificazione idrogeologica delle rocce (modificata da Baldacci et al., 1994).
Lo spartiacque morfologico, che delimita lo Schema idrogeologico della Pianura di Pisa, è in gran parte corrispondente ai limiti del Bacino idrografico della Pianura di Pisa; Baldacci et al., 1994 assume che tale spartiacque superficiale possa coincidere in linea di massima con lo spartiacque idrogeologico, fatta eccezione di due tratti, corrispondenti all’affioramento di rocce carbonatiche nei Monti di Cascina Terme nell’estremità Sud-orientale del bacino e nella terminazione Nord-occidentale dei Monti Pisani e Monti d’Oltre Serchio.
Il SaP riceve importanti apporti esterni: sia dai Bacini idrogeologici del Serchio e dell’Arno (falde confinate di subalveo) sia dalla circolazione profonda alimentata da strutture idrogeologiche carbonatiche situate sulla prosecuzione Sud-orientale delle Alpi Apuane, che sboccano poi, nei campi idrotermali di San Giuliano e Uliveto Terme. Inoltre, un importante ricarica diretta proveniente dalla piogge meteoriche si verifica in corrispondenza delle dune costiere e dei coni di deiezione ai margini del Monte Pisano. Esso può perciò essere definito come un Sistema acquifero aperto (Baldacci et al., 1994), (Fig.3.1).
Figura 3.1 Schema di alimentazione delle falde freatiche della Pianura di Pisa (modificata da Baldacci et al., 1994).
L’Acquifero multistrato confinato (Amc) ospita tre principali acquiferi: acquifero in sabbie, acquifero in ghiaie e acquifero pedemontano (Fig.3.2). In dettaglio essi sono caratterizzati da:
Primo acquifero artesiano in sabbia: esso si estende per gran parte della pianura e raggiunge una profondità massima del tetto di 50 m spostandosi dalla periferia NE della città di Pisa verso la costa, dove si raccorda con le dune antiche, le quali sono la sede di una falda a pelo libero e corrispondono ad un area di alimentazione. A NW, l’acquifero, che si trova ad una profondità compresa tra 30 e 40 m, è connesso ai depositi ghiaiosi superficiali trasportati dal Fiume Serchio. Ad Est, i livelli acquiferi sabbiosi sono collegati con i coni detritico-alluvionali, posti alla base dei Monti Pisani (Grassi e Cortecci, 2005). Le acque appartenenti a questo acquifero corrispondo ad un ampio campo di facies idrochimiche: a Sud ed a Est di Pisa si trovano acque carbonatiche-sodiche e potassiche, mentre nelle aree urbane ed a Nord si Pisa si trovano acque solfato-clorurate-alcaline; in esse è evidente la miscelazione con le acque solfato-clorurato-alcaline terrose ad alto contenuto di solfati e bicarbonati provenienti dal Sistema idrotermale di San Giuliano Terme (Baldacci et al., 1994), (Fig.3.3);
Figura 3.2 sezioni lito-stratigrafiche interpretative attraverso la Pianura di Pisa (Baldacci et al., 1994).
Figura 3.3 Diagramma delle facies idrogeochimiche secondo Piper (Gennaio-Febbraio 1984). Legenda: a- primo acquifero in sabbia, b- primo acquifero in ghiaia e falde profonde, c- falda della fascia pedemontana (Monti Pisani), d- falda di Fiettole (modificata da Baldacci et al., 1994).
Primo acquifero artesiano in ghiaie: costituito da depositi ghiaioso-ciottolosi di origine prevalentemente alluvionale e depositi a dominante sabbiosa. La base di quest’acquifero, che presenta uno spessore di 10 m e una buona permeabilità, si approfondisce verso Nord e Ovest. Esso raggiunge una profondità minima di circa 30 m verso il confine meridionale
della pianura; mentre verso il margine Nord-Ovest si colloca alla profondità massima di circa 180 m. Questo acquifero è stato incontrato ad una profondità di circa 140 m nella zona SW della città di Pisa (Grassi e Cortecci, 2005). Baldacci et al., 1994 identifica il più alto livello ghiaioso-ciottoloso con i Conglomerati dell’Arno e del Serchio da Bientina, che si sviluppano a profondità comprese tra 40 e 60 m dal piano campagna. Le acque campionate si collocano nei campi delle acque bicarbonato-alcaline e bicarbonato-alcalino terrose (Baldacci et al., 1994); fatta eccezione nelle zone costiere dove è presente la contaminazione di cloruri provenienti dall’intrusione di acqua di mare (Butteri et al., 2010);
Acquifero pedemontano: costituito dai depositi alluvionali sepolti lungo le pendici dei Monti Pisani e da orizzonti superficiali sabbiosi e ghiaiosi del Fiume Serchio nella zona più a Nord (Grassi e Cortecci, 2005).
Grassi e Cortecci, 2005 pongono la questione dell’interconnessione locale degli acquiferi in sabbia e in ghiaia, sottolineando come l’evoluzione geologica, con successioni di facies marina, transizionale e continentale, permetta una forte variabilità laterale e verticale nella granulometria, rendendo possibili connessioni idrauliche trai i due acquiferi. Butteri et al., 2010 hanno individuato nei pressi di San Piero a Grado la connessione tra gli acquiferi sopra citati, dovuta all’assenza o scarso spessore dell’acquicludo-acquitardo, costituito da silt e argilla, che generalmente si interpone tra l’acquifero in sabbie e quello in ghiaia.
Fatta esclusione della fascia pedemontana ampia circa 2-4 km ai margine del Monte Pisano, si può notare un generale basso livello piezometrico dell’Amc, fino a un minimo di -4/5 m s.l.m. nella parte centrale della pianura, a Sud del Fiume Arno (Fig.3.4), (Baldacci et al., 1994).
Figura 3.4 Carta piezometrica delle falde freatiche; livelli dinamici medi dei mesi di Ottobre negli anni 1984, 1985 e 1986. Legenda: a- pozzi e relative quote piezometriche; b- Isopieze (metri s.l.m.). Complesso acquifero della pianura pisana: 1°- depositi alluvionali recenti ed attuali prevalentemente limo-argillosi; localmente depositi fluvio-palustri e di colmata (con soprassegno; 1b- depositi alluvionali dei coni di deiezione e/o terrazzati, prevalentemente ghiaioso-ciottolosi, con matrice limo-sabbiosa in varie proporzioni; 2a- sabbie eoliche dei lidi e delle dune litoranee; 2b- sabbie e sabbie limose, eoliche, eolico-palustri, fluviali e colluviali; 3- rocce ‘incassanti’ (Baldacci et al., 1994).
Grassi e Cortecci, 2005 hanno evidenziato che, fatta eccezione per due zone localizzate a Nord ed a Est della pianura, in corrispondenza di importanti zone di ricarica meteorica con bassa salinità e durezza dell’acqua, l’acquifero multistrato confinato della Pianura di Pisa possiede acque di scarsa
qualità. Ciò è dovuto al complesso sistema idrogeologico in cui l’acqua deriva dal mixing di tre componenti principali:
acque meteoriche di tipo Ca-HCO3, provenienti dal sistema ai margini dei Monti Pisani; acque di tipo Ca-SO4, legate alla circolazione idrotermale all’interno delle formazioni
carbonati che mesozoiche della Falda Toscana, derivante anch’essa dai margini dei Monti Pisani;
acque ricche di Na-Cl di origine marina ospitate in orizzonti superficiali ed infiltratesi in profondità.
Queste acque e i relativi prodotti di mixing, sono tuttavia influenzati da processi anaerobici di riduzione con conseguente perdita di SO4 e arricchimento di HCO3 della soluzione.
Recentemente, Sarti, 2011, in relazione alla ricostruzione stratigrafico-deposizionale della Pianura di Pisa illustrata nel capitolo precedente, ha evidenziato la presenza di un acquifero multistrato in sabbia e ghiaia nei primi 100-140 m di età tra il Tardo Pleistocene e l’Olocene in accordo con gli autori sopra citati (Fig.3.5); fa eccezione la presenza dei Conglomerati dell’Arno e del Serchio da Bientina (Capitolo 2).
I principali gruppi di acquiferi sono due:
acquiferi in depositi marini con una geometria cuneiforme, che si assottiglia verso Est, e una buona continuità laterale. Si possono distinguere due tipi di depositi in sabbie: sabbie trasgressive e sabbie deltizie-litorali progradanti. Questi due corpi sedimentari sono separati verso mare da depositi argilloso-limosi di ambiente marino poco profondo (acquicludo/acquitardo); mentre procedendo verso Est entrano in connessione formando un acquifero freatico unico (in Fig.3.5 A, B e F);
acquiferi in depositi fluviali caratterizzati da una geometria lenticolare ed estesa variabilità latero-verticale dovuta al sistema di migrazione dei canali fluviali (in Fig.3.5 D, E e G). Localmente i singoli acquiferi possono presentare vari gradi di interconnessione, dovuti alla natura dei depositi di pianura alluvionale, che separano i sistemi di canali, con elevato rapporto silt/argilla e alla presenza di numerose superfici di erosione fluviale. Il principale elemento che interrompe la continuità dei corpi acquiferi è la presenza di paleovalli colmate da depositi di estuario fini, che costituiscono un importante acquicludo/acquitardo.
Figura 3.5 Modello concettuale dei principali corpi acquiferi della Pianura di Pisa dedotto dal modello concettuale dell’architettura stratigrafico-deposizionale della Pianura di Pisa (Fig.2.6),(modificato da Sarti, 2011).
3.2 Caratteristiche geotermiche della Pianura di Pisa
Bellani et al., 1995 analizzando i dati disponibili relativi alla geologia strutturale, alla geochimica, alla temperatura dei pozzi, alla geofisica (sismica e gravimetria) hanno proposto un modello geotermico per la Pianura di Pisa (Fig.3.6-3.7).
Lungo le pendici dei Monti Pisani, al contatto tra questi rilievi e i depositi alluvionali di pianura, sono presenti sorgenti termali con una temperatura compresa tra 20 e 40 ˚C; mentre temperature intorno ai 35˚C sono localizzate a SW.
I principali sistemi idrotermali individuati sono tre: Sistema idrotermale di San Giuliano Terme; Sistema idrotermale di Uliveto Terme; Sistema idrotermale di Casciana Terme.
Figura 3.6 Isobate della base delle formazioni neogeniche (Bellani et al., 1995).
Figura 3.7 Sezione attraverso la Pianura di Pisa raffigurante l’andamento delle isoterme (˚C), (Bellani et al., 1995).
La salinità delle acque idrotermali varia in un range di 1.3-2.8 g/l; le acque di San Giuliano e Casciana Terme hanno una composizione chimica spiccatamente Ca-SO4 , mentre quelle di Uliveto Terme sono di tipo Ca-Mg/HCO3 (CNR, 1986).
Inoltre, queste acque idrotermali risultano da sature a soprassature rispetto a calcite e dolomite e prossime alla saturazione di anidrite, minerali tipici della serie evaporitica della Falda Toscana. Questo aspetto potrebbe essere dovuto a lunghi periodi di circolazione all’interno delle strutture sepolte della serie anidritica triassica (CNR, 1986).
L’indagine attraverso geotermometri geochimici del Sistema idrotermale di San Giuliano Terme, suggerisce la presenza di un possibile reservoir geotermico con una temperatura intorno a 70-80˚C
all’interno del complesso carbonatico-evaporitico mesozoico della Falda Toscana, sede anche di un importante acquifero regionale (CNR, 1986).
L’analisi dei dati di temperatura e le caratteristiche delle acque dei pozzi della pianura pisana indicano un gradiente geotermico fino a 60˚C/km (CNR, 1986).
In Figura 3.6, nella zona ombreggiata in grigio, le isolinee indicano il tetto delle formazioni carbonatiche mesozoiche, ad una profondità variabile tra 500 e 1000 m.
Dati gravimetrici suggeriscono la presenza di una struttura più densa nel substrato al di sotto dei depositi neo-autottoni della Pianura di Pisa, con un alto strutturale alla profondità di circa 700 m p.c (CNR, 1986).
Il pozzo San Cataldo 1, perforato ad Est della città di Pisa, ha evidenziato la presenza di un acquifero termale (50˚C misurati) e produttività elevate di 200-250 l/h.
