Università degli studi di Pisa
Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
Laurea specialistica in
Scienze e Tecnologie per l’Ambiente e il Territorio
Anno accademico 2006/2007
Analisi geochimica dei sedimenti dello shoreface superiore
finalizzata alla valutazione della presenza di metalli pesanti
nella zona compresa tra Livorno e il fiume Serchio
Candidato Relatore Relatore Controrelatore
II
INDICE
Introduzione
...V
Ringraziamenti
………VII
CAPITOLO
1
METALLI PESANTI
………1 1.1
Generalità e mobilità dei metalli pesanti nell’ambiente………..2 1.2
I metalli nei sedimenti………..6
1.3
Fonti antropiche dei metalli pesanti………..8
1.4
Problemi di tossicità dei metalli pesanti………10
1.5
Riferimenti normativi………..12CAPITOLO
2
DINAMICA COSTIERA
……….16
2.1
Profilo trasversale della spiaggia………..17
2.2
Il moto ondoso………..22
2.3
Le correnti costiere………..27
2.4
Il trasporto solido costiero………29CAPITOLI
3
INQUADRAMENTO DELL'AREA DI STUDIO
………33 3.1
Il litorale in esame: morfologia costiera e batimetria………34
3.2
Caratteristiche meteomarine………..………37
3.3
Evoluzione della costa: sintesi storica………41
3.4
Il trasporto litoraneo e la situazione attuale della costa……….44 3.5
Caratteristiche dei sedimenti lungo il litorale in esame………49
3.6
I bacini idrografici………55•
3.6.1
Il Bacino dell'Arno……….56• 3.6.2
Il Bacino del Serchio………59• 3.6.3
Lo Scolmatore d'Arno……….62
3.7
La pressione antropica………..63CAPITOLO
4
MATERIALI E METODOLOGIE ANALITICHE
………64
4.1
Attività di campionamento……….65
4.2
Procedure e tecniche analitiche………..69•
4.2.1
Realizzazione di preparati per l’analisi in XRF……….71• 4.2.2
Determinazione della Loss on Ignition (L.O.I.)……….76• 4.2.3
Digestione del sedimento ed analisi in ICP-AES………..77III
CAPITOLO
5
RISULTATI E DISCUSSIONE
………..90
5.1
Composizione granulometrica………..91
5.2
Composizione chimica: i risultati………...99
5.3
Relazioni tra variabili………..107
5.4
I metalli pesanti analizzati………..113• 5.4.1
Cromo……….114• 5.4.2
Nichel………..125 •5.4.3
Zinco………...134• 5.4.4
Piombo………...142• 5.5.5
Rame………151 5.5
Il Fattore di arricchimento………162CAPITOLO
6
CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE
………...167Appendice
……….169IV
Ai miei genitori
e alle mie nonne
V
INTRODUZIONE
L’azione naturale degli agenti atmosferici sulle rocce e le attività umane sono sorgenti di metalli pesanti, potenzialmente tossici, trasportati nell’ambiente marino costiero attraverso i fiumi e l’atmosfera.
I sedimenti giocano un ruolo importante nella valutazione dello stato di salute dell’ecosistema marino, in quanto metalli pesanti in tracce e composti organici sono le sostanze maggiormente interessate da fenomeni di accumulo su questa matrice e costituiscono un potenziale rischio di esposizione per gli organismi.
I metalli pesanti sono elementi non biodegradabili e soggetti a fenomeni di bioaccumulo e biomagnificazione lungo la catena trofica. Ben nota è ormai la tossicità di alcuni metalli pesanti come il cromo, e il piombo, che non svolgono alcun ruolo fisiologico negli organismi e vengono accumulati nei sedimenti fino a raggiungere concentrazioni molto superiori rispetto a quelle presenti nell’acqua. Anche metalli come lo zinco e il rame, che sono essenziali in quanto presenti come coenzimi, possono esercitare effetti tossici se assunti in quantità superiori a quelle necessarie.
La relativa influenza di sorgenti naturali e antropiche sulla composizione chimica dei sedimenti marini non è sempre chiara, specialmente in aree dove per motivi geologici esistono alte concentrazioni naturali di metalli pesanti. Per una migliore stima dei processi di inquinamento nell’ambiente costiero è importante potere conoscere i valori di fondo naturali per potere valutare l’esistenza di arricchimenti di origine antropica.
Questo studio è stato condotto al fine di investigare le relative influenze delle varie sorgenti di metalli pesanti sui sedimenti marini del tratto di costa compreso tra le foci del fiume Serchio e del canale artificiale Scolmatore. In particolare è stata valutata la distribuzione di alcuni elementi con importante significato ambientale quali cromo, nichel, piombo, zinco e rame analizzati mediante due differenti tecniche spettrometriche. La distribuzione spaziale è stata indagata attraverso una campionatura estensiva su campioni raccolti alla batimetrica -1m, integrata da 6 transetti, perpendicolari a costa, che hanno esplorato la variazione con la profondità, partendo dalla spiaggia emersa fino alla batimetrica -10m. Sono stati anche campionati ed analizzati i sedimenti fluviali del Serchio, dell’Arno e del Canale Scolmatore nel loro tratto terminale (tre punti ciascuno) con una valutazione della ripartizione granulometrica tra sabbie e peliti (limite a 63µm) per il campione alla foce al fine di definire le caratteristiche dei principali trasportatori di sedimento ed identificare differenze nel tipo di contributi.
È stato valutato il contenuto totale di elemento attraverso spettrometria a fluorescenza a raggi X (analisi XRF) e su una parte dei sedimenti, sia marini che fluviali, è stata applicata una digestione in acqua regia, assistita da microonde sotto pressione, con successiva analisi mediante spettrometro di emissione atomica accoppiata al plasma induttivo (ICP-AES). Questo secondo
VI
metodo è quello previsto dalla normativa attualmente in vigore (D.M. 367/2003) che considera anche l’analisi sui sedimenti fluviali, ed è stato quindi applicato per verificare quali metalli eccedono le soglie di qualità imposte dalla normativa ma ha permesso anche di ottenere indicazioni sulla distribuzione dei metalli nelle varie fasi mineralogiche e quindi sulle differenti provenienze del sedimento.
Il porto di Livorno e le industrie ad esso annesse insieme al fiume Arno che drena una zona a tassi di antropizzazione e industrializzazione particolarmente elevati, costituiscono le principali sorgenti di metalli potenzialmente tossici in quest’area; dall’altro lato nei bacini di drenaggio dei tre corsi d’acqua, specie in quello dell’Arno, vi è la presenza di rocce ultramafiche (ofioliti) ricche in Cr e Ni. La comprensione dei fenomeni di inquinamento richiede quindi un’attenta valutazione delle immissioni degli elementi nell’ambiente ed un confronto con il background naturale. A questo scopo sono state valutate eventuali anomalie positive, attraverso il calcolo del Fattore di Arricchimento (Enrichment Factor, EF), dei metalli analizzati rispetto ad un tenore di fondo naturale della regione geochimica presa in esame, privo di contaminazione antropica.
I risultati ottenuti nella presente tesi vogliono essere un contributo alla conoscenza degli apporti di metalli pesanti dei corsi d’acqua nel bacino marino analizzato e alla valutazione dello stato di qualità dei sedimenti attuali dell’area costiera pisana.
VII
Desidero ringraziare il Professor Dinelli per la sua disponibilità, pazienza, e per l’aiuto datomi durante il lavoro di tesi; il Professor Sarti per avermi dato la possibilità di fare questa tesi e per i suoi consigli e correzioni; il Professor Perilli per i suggerimenti e per aver accettato l’incarico di controrelatore.
Un grazie va anche ad Ilaria per avermi aiutata nella raccolta del materiale bibliografico e nelle fasi del campionamento. A questo proposito ringrazio anche il personale della Polizia Idraulica, Settore Difesa del suolo della Provincia di Pisa, per aver messo a disposizione i mezzi e per avermi assistito durante il campionamento nei fiumi.
Grazie a Giuliano per l’aiuto nelle analisi, per aver sopportato le mie “prese in giro” e per le risate…ah e per avermi fatto compagnia, dormendo, durante i viaggi per Bologna.
Un grazie infinito a mamma e papà per tutto quello che mi hanno dato e che mi hanno permesso di fare e per aver aspettato con pazienza.
So che si aspetta anche lei un ringraziamento, ma in realtà Lucrezia dovrebbe ringraziare di essere mia sorella.
Ringrazio tutte le amiche che hanno condiviso con me i tormenti dell’università, per avermi consolata nei momenti di sconforto e tutti gli amici vicini e lontani.
