Il ruolo delle aree umide - Enea

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Il ruolo delle aree umide - Enea

Il ruolo delle aree umide

Ilaria Baneschi


Le aree umide: ruolo chiave e criticità

§ Si pongono come ecosistemi di transizione e collegamento

§ Sono tra gli ecosistemi più produttivi, indicati “riserva biologica” per

l’elevata biodiversità che supportano

§ Importanti come riserva di acqua superficiale per uso umano e irriguo

§ Mantengono e migliorano la qualità delle acque “intrappolando” solidi

sospesi nelle acque (nutrienti, metalli pesanti)

§ Valenza naturale e ricreativa

§ Sink di carbonio, nutrienti (N, P), inquinanti

§ La pressione antropica ne ha causato la degradazione e, in alcuni casi, la

distruzione

§ Cambiamenti locali crrelati a scala globale (global change) e gestione del

territorio

§ Interesse a monitorare e studiare lo stato di tali ecosistemi per

indirizzare gli interventi di recupero e miglioramento


Introduzione: l’area umida del Massaciuccoli

Ø Environment of sediment changes with depth (aerobic vs. anaerobic

Ø

metabolism of organic matter)

Ø Nutrient cycles in lakes and freshwater ecosystems controlled by redox

potential and microbial transformations of nutrients (frequently at low

contents of O2)

Ø Anaerobic processes: denitrification, sulfate reduction and methanogenesis

are responsible for the release of N2, H2S and CH4 from wetland sediments

Ø Other anaerobic micobial processes change the oxidation state of Fe, Mn in

wetland soils

Ø Anaerobic decomposition is often incomplete ◊ wetlands store significant

amounts of organic C


Bonifica meridionale


Introduzione: lago e cave

Ø Area lacustre: 7 km 2

Ø Profondità media del lago: 2 m (no

stratificazione)

Ø Dimensioni : 2.5 km per 3.5 km

Ø Volume del lago: 14 Mm 3

Ø cave: 25 m max profondità

38 Mm 3 volume

Ø Eutrofizzazione delle acque

Ø Elevata torbidità

Ø Salinizzazione delle acque

Ø Condizioni di anossia sul fondo

delle cave e stratificazione

termica

Ø Rilascio di CH 4 gas dai sediemnti


Seawater

Complessità

S

G

M

?


La scienza a Villa Borbone, Viareggio 24 Aprile 2010

Input and outflow


Carbonio e processi redox


Frazionamento isotopico

Durante la riduzione batterico del solfato in ambienti anaerobici

si ha luogo un frazionamento degli isotopi dello zolfo. Infatti,

in assenza di ossigeno, i batteri utilizzano lo zolfo dei solfati

come accettore di elettroni per l’ossidazione del carbonio

(Berner, 1970; 1984; Canfield and Raiswell, 1991): 2−

+

2 ( O)

+ SO + 2H

→ 2CO

+ H S + 2H

O

depth (m)

0.0

-2.0

-4.0

-6.0

-8.0

-10.0

-12.0

-14.0

-16.0

-18.0

CH 2

4(

aq) ( aq)

2(

g)

2 ( g)

2

Solfati (mg/l)

0 100 200 300 400 500 600 700 800

spring 2005

spring 2006


Frazionamento isotopico

SO 4 (mg/l)

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

0

San Rocchino samples

Incrociata samples

Gora di stiava sample

Seawater

Burlamacca channel samples

Springs water

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000 24000

ID Cl SO4meas %seawater SO4calc f

Cl (mg/l)

Inc9.5-sp06 4713 543 17.5 817 66.49487

Inc13.5-sp06 4926 396 18.5 840 47.13845

Inc15.3-sp06 5010 384 19 848 45.28818

Inc16.2-sp06 5180 371 20 867 42.76829

Inc3.8-sp06 1084 418

sea 21486 2853


d 13 C DIC ‰ PDB

-4

-6

-8

-10

-12

-14

-16

-18

profondità

Diminuzione δ 13 C

dovuta all’apporto di

DIC per ossidazione

della materia organica

(Park and Epstein,

1961; Fogel and

Cifuentes, 1993)

-20

2 4 6 8 10 12 14

Alcalinità (meq/l)

L’aumento di alcalinità verso il

fondo è spiegabile considerando

la riduzione di solfati a solfuri

(Stumm, 2004). Nel processo di

riduzione del solfato sono

coinvolte differenti specie

organiche e, di conseguenza, con

un numero diveso di atomi di C e

con diverso stato di ossidazione

Nessuna spiega da sola tale

incremento di alcalinità. Possono

esistere inoltre reazione a spese

2−


2{ del CH 2O} manganese + SO4

⇔ 2 HCO3

+ He

2S

dei nitrati.


− +

2{ CH 2O} + NO3

+ H2O

⇔ 2 HCO3

+ NH

+

− 2+

{ O}

+ 2 MnO + 3H

⇔ HCO + 2Mn

+ 2H

O

CH 2

2

3

2

Processi di riduzione

0,75

0,50

0,25

0,00

SO4

1,00

0,75

0,50

0,25

1,00

0,00

0,00 0,25 0,50 0,75 1,00

Cl

" δ 13 C DIC in equilibrio isotopico

con la CO 2 atmosferica: ∼ -7/-8


" δ 13 C carbonati : 0±5‰

" δ 13 C org : ∼ -12/-25 ‰

vegetazione terrestre

" δ 13 C


depth (m)

0

-2

-4

-6

-8

-10

-12

-14

-16

-18

Risultati

δ 18 O SO4(‰PDB) δ 34 S SO4(‰CDT)

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 18.0 20.0 22.0 24.0 26.0

Oxic water

Anoxic water

d18O-so4 18 OSO4 34S-so4

δ34 SSO4


depth (m)

-2

-4

-6

-8

-10

-12

-14

-16

-18

δ 13 C DIC(‰PDB)

-22.0

0

-20.0 -18.0 -16.0 -14.0 -12.0 -10.0 -8.0 -6.0 -4.0 -2.0 0.0

Oxic water

Anoxic water

Risultati

depth (m)

0

-2

-4

-6

-8

-10

-12

-14

-16

-18

δ

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 18.0 20.0 22.0 24.0 26.0

18 OSO4(‰PDB) δ 34 SSO4(‰CDT) Oxic water

Anoxic water

d18O-so4 34S-so4

18 OSO4 δ34

SSO4


Risultati


Variazione di livello e di salinità

La scienza a Villa Borbone, Viareggio 24 Aprile 2010


Li

Siti di campionamento

Manual piston corer (AF

sistemi)


Caratterizzazione

isotopica


Gli isotopi del boro come

traccianti ambientali


I flussi di gas serra


q Il processo di OSSIDAZIONE BIOCHIMICA delle torbe

Reazione di ossidazione del materiale organico presente nel terreno con liberazione di CO2

C6 H12 O6 + 6O2 à 6CO2 + 6H2o + energia

q processo aerobico (limitato dalla carenza di ossigeno)

q cinetica favorita alle alte temperature (velocità di reazione massima a 40°C)

Ordini di grandezza delle velocità di abbassamento (da dati osservati):

• cm/anno (climi caldi, tropicali, es. Malesia)

• mm/anno (climi continentali, temperati, es. Olanda, Canada)


Le aree umide risultano essere

CH 4

Attribuito alla

degradazione dei batteri

anaeribici

Premessa

sink/source di CH 4 e CO 2

CO 2

Attribuito ai processi

biotici: degradazione,

respirazione, fotosintesi


Pianificazione del monitoraggi

Monitoraggio

flussi

Spaziale

campionamento sistematico

sullo specchio lacustre,

su una maglia di

spaziatura regolare,

circa 250 m, in modo da

ricoprire, con un

adeguato numero di

misure, tutta l'area

Temporale

monitoraggio

stagionale

Autunno Ottobre

2010

Inverno Febbraio

2011

Primavera Aprile

2011

Estate Agosto 2011


Pianificazione del monitoraggi

Monitoraggio

flussi

Spaziale

campionamento sistematico

sullo specchio lacustre,

su una maglia di

spaziatura regolare,

circa 250 m, in modo da

ricoprire, con un

adeguato numero di

misure, tutta l'area

Temporale

monitoraggio

stagionale

Autunno Ottobre

2010

Inverno Febbraio

2011

Primavera Aprile

2011

Estate Agosto 2011


Metodologia usata

per la misurazione dei flussi:

Camera di accumulo statica non

stazionaria

Portatile e maneggevole;

Effettua misure di flusso puntuali;

Rileva i flussi in tempi brevi (3-­‐4 minuti)

con buona accuratezza.


Discussione e risultati

Campionamento gas disciolti

Determinazione qualitativa

ppCH4

(atm)

ppCO2

(atm)

Inverno

Febbraio

2011

Primavera

Aprile

2011

Estate

Agosto

2011

pp

atmosfera

5,90E-05 4,06E-05 5,99E-01 2,00E-06

1,16E-02 5,36E-03 2,47E-03 3,50E-04


Limite di detezione strumentale

CH4


Determinazione del flusso totale

Statistica classica procedura di Sinclair

F tot = Σ F × A i in cui A i = p i

× A tot

CH 4 moli/d Ottobre

2010

Febbraio

2011

Aprile

2011

Agosto

2011

Flusso tot medio 1,286E+06 3,083E+05 4,913E+05 5,788E+05

Flusso conf.-95% 1,106E+06 2,132E+05 3,780E+05 5,134E+05

Flusso conf.+95% 1,466E+06 4,035E+05 6,045E+05 6,442E+05

CO 2 moli/d Ottobre

2010

Febbraio

2011

Aprile

2011

Agosto

2011

Flusso tot medio 4,677E+03 5,230E+04 2,945E+04 -2,601E+05

Flusso conf.-95% -2,135E+04 1,060E+04 1,044E+04 -2,932E+05

Flusso conf.+95% 3,070E+04 9,401E+04 4,846E+04 -2,270E+05


Confronto campagne CH 4

Flusso mol/m 2 d

Mappa isoflusso ottobre

2010

Mappa isoflusso aprile

2011

Flusso mol/m 2 d

Mappa isoflusso febbraio

2011

Flusso mol/m 2 d Flusso mol/m 2 d

Mappa isoflusso agosto

2011


Confronto campagne CO 2

Flusso mol/m 2 d

Mappa isoflusso ottobre

2010

Flusso mol/m 2 d

Mappa isoflusso aprile

2011

Flusso mol/m 2 d

Mappa isoflusso febbraio

2011

Flusso mol/m 2 d

Mappa isoflusso agosto

2011


Grazie per l’attenzione

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