Caratterizzazione idrogeochimica dei corpi idrici in acquiferi carbonatici nel bacino del Torrente Baccatoio (Alta Versilia, Lucca) in relazione alle possibili idrostrutture. Implicazioni per le risorse idropotabili.

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RIASSUNTO 
 
L’acqua rappresenta una risorsa essenziale non rinnovabile, e come tale deve 
essere tutelata e gestita in maniera sostenibile. La domanda complessiva di acqua è in 
forte aumento a causa delle attività economiche in continuo sviluppo, della crescita 
demografica e dell’urbanizzazione, ponendo le condizioni per un sovrasfruttamento e 
deterioramento della qualità della risorsa idrica. L’intera area delle Alpi Apuane 
rappresenta, a tal riguardo, un dominio di particolare rilevanza sia a livello scientifico 
che socio-economico: i suoi aspetti idrostrutturali e la collocazione geografica della 
catena la rendono, infatti, una regione estremamente ricca di risorse idonee per usi 
idropotabili, e di importanza strategica per l’approvvigionamento idrico nella 
Toscana nord-occidentale.  
In questo contesto si inserisce il presente lavoro di Tesi, durante il quale è 
stato effettuato uno studio idrogeochimico ed idrogeologico delle principali sorgenti 
del bacino idrografico del Torrente Baccatoio, nell’Alta Versilia Alpi Ap uane 
Meridionali). Il Torrente Baccatoio è alimentato da numerose sorgenti che 
scaturiscono all’interno del suo bacino per effetto del peculiare assetto 
idrostrutturale dell’area. Tuttavia, il torrente riceve apporti dai drenaggi acidi 
effluenti da una serie di gallerie minerarie dismesse (miniere di M. Arsiccio e del 
Pollone localizzate a monte dell’abitato di Valdicastello Carducci, nel Comune di 
Pietrasanta. Tali drenaggi risultano anche fortemente contaminati da metalli tossici e 
potenzialmente tossici, e provocano il deterioramento della qualità delle acque del 
Torrente Baccatoio. La presenza di aree minerarie in zone caratterizzate da 
abbondanza di acque sotterranee  può avere conseguenze in termini di interazione 
tra risorsa idrica e sorgenti di contaminazione, come in effetti è accaduto nel caso del 
bacino del Torrente Baccatoio: una delle sorgenti di approvvigionamento idrico della 
frazione di Valdicastello Carducci ed in parte della città di Pietrasanta è risultata 
contaminata da tallio.  
Lo scopo di questo lavoro di Tesi è stato quello di produrre uno studio 
preliminare integrato idrogeologico-geochimico-isotopico del bacino del Torrente 
Baccatoio, presupposto essenziale per il corretto sfruttamento e la tutela della risorsa 
idrica. Questo per la definizione della natura dei principali acquiferi presenti, delle 
modalità di ricarica, dei tempi di residenza e dei fenomeni di interazione acqua-
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roccia-mineralizzazioni, anche in funzione della stagionalità, per le implicazioni sulla 
mobilizzazione di contaminanti da parte delle acque di infiltrazione. La prima fase di 
lavoro è consistita nell’analisi geologico-idrogeologica del bacino, sulla base della 
cartografia geologica esistente. Da questa analisi è emersa la presenza di due 
acquiferi carsici principali, uno costituito dalla Formazione del Calcare Cavernoso, 
l’altro costituito prevalentemente dai Grezzoni e Marmi dell’Unità delle Alpi Apuane. 
Contestualmente, sono state individuate numerose sorgenti, selezionate in modo da 
rappresentare in maniera ritenuta rappresentativa il sistema idrogeologico del 
bacino. I siti di campionamento sono stati 22 e comprendono sorgenti libere, alcune 
sorgenti captate ad uso idropotabile, fontanelle e lavatoi pubblici. Al momento del 
campionamento, eseguito da maggio a dicembre 2014, sono stati determinati in situ i 
principali parametri chimico-fisici delle acque, che comprendono temperatura, pH, 
conducibilità elettrica, ossigeno disciolto e potenziale di ossido-riduzione. In seguito, 
sono state misurate in laboratorio le concentrazioni degli ioni maggiori, degli 
elementi in traccia e la composizione isotopica di ossigeno e idrogeno della molecola 
di acqua. Dall’insieme dei dati è emerso che: 
 La facies geochimica prevalente sulla base del chimismo degli ioni 
maggiori è di tipo calcio-bicarbonatica e secondariamente calcio-
magnesio-bicarbonatica e calcio-solfato-bicarbonatica. 
 Il chimismo delle acque, sia in termini degli ioni maggiori che degli 
elementi in traccia, è variabile. A titolo di esempio, lo ione calcio varia 
da un massimo di 102,12 mg/l ad un minimo di 55,33 mg/l, mentre lo 
ione solfato varia da 84,04 mg/l a 3,17 mg/l. Per quanto riguarda gli 
elementi in traccia, anch’essi presentano intervalli di variazione anche 
molto ampi, ad esempio: il manganese varia da 174, μg/l a , μg/l; 
il ferro varia da μg/l a , μg/l; il tallio varia da , μg/l a 
sotto i limiti di rilevabilità; il bario varia da , μg/l a , μg/l; lo 
stronzio varia da , μg/l a , μg/l. Una tale variabilità 
suggerisce che le acque sorgive drenino corpi idrici in parte distinti sia 
in termini di composizione mineralogica delle rocce attraversate e 
tempi di residenza, sia in termini di interazione acqua-roccia-corpi 
mineralizzati.
III 
 
 In base ai risultati delle analisi, due sorgenti presentano concentrazioni 
anomale di elementi in tracce ed in particolare tallio: la sorgente 
denominata Molini di S. Anna e la sorgente Moresco. Questo studio 
ha evidenziato che la sorgente Molini di S. Anna, particolarmente ricca 
di acque e captata ad uso idropotabile fino al 3 ottobre 2014, drena un 
sistema in cui le acque circolanti entrano almeno parzialmente in 
contatto con i drenaggi acidi, attivando una complessa dinamica di 
precipitazione di ossidi e idrossidi di ferro, in cui il ruolo principale è 
svolto dalla quantità di ossigeno disciolto delle acque circolanti, 
probabilmente in funzione del regime delle precipitazioni meteoriche. 
La sorgente Moresco, in una sua emergenza captata ad uso idropotabile, 
risulta caratterizzata da tenori significativi per alcuni  metalli (in 
particolare tallio), pur rimanendo al di sotto dei limiti di concentrazione 
imposti dalle norme sanitarie e ambientali. Un possibile scenario 
prevede come sorgente di contaminazione lo stesso Torrente Baccatoio, 
il cui alveo si trova in prossimità della sorgente. 
Dai valori delle composizioni isotopiche relative a un gruppo selezionato di 
sorgenti è emerso che: 
 Le acque sorgive si distribuiscono in maniera omogenea lungo la linea 
delle precipitazioni locali, ottenuta da un pluviometro dedicato, in 
accordo con una origine meteorica. 
 Le composizioni isotopiche di O-H di parte delle acque delle sorgenti, 
raccolte in ripetuti campionamenti, mostrano una modesta variabilità 
rispetto alle composizioni isotopiche medie mensili delle piogge, 
suggerendo possibili processi di omogeneizzazione nei serbatoi idrici 
nell’arco di tempo di uno o più anni. 
Il confronto dei dati chimico-fisici ed isotopici con il contesto idrogeologico 
desunto dalla elaborazione di sezioni idrogeologiche qualitative ha permesso di 
riscontrare che le acque sorgive campionate sono rappresentative di entrambi gli 
acquiferi del bacino del Torrente Baccatoio, sia quello geometricamente superiore 
(Calcare Cavernoso) che quello inferiore (prevalentemente Grezzoni). Le acque che 
circolano all’interno dell’acquifero superiore sono acque qualitativamente buone, 
caratterizzate da un certo grado di variabilità chimica nonché isotopica che distingue
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le singole emergenze. Quest’ultimo fenomeno potrebbe indicare la presenza di corpi 
idrici distinti all’interno dell’acquifero ed un sistema di circolazione carsica 
complessa. Per quanto riguarda l’acquifero inferiore, i dati disponibili non 
permettono una caratterizzazione molto approfondita, anche se si ipotizza che possa 
essere un acquifero di una certa estensione e importanza. Ciò che è emerso dai valori 
degli elementi in traccia delle sorgenti che drenano questo acquifero è che le acque 
nei loro circuiti sotterranei entrano, almeno nei casi studiati, in contatto con corpi 
mineralizzati, o con formazioni geologiche con elevati valori di fondo di elementi 
come il ferro e lo stronzio. Tra l’acquifero superiore e l’acquifero inferiore è infatti 
interposto il livello delle principali mineralizzazioni. )nfine, l’acquifero superiore 
costituisce, verosimilmente, l’area di ricarica idrica per le gallerie minerarie dismesse. 
Pertanto, una sua più dettagliata caratterizzazione idrogeochimica permetterebbe di 
delineare con precisione i processi che portano alla formazione dei drenaggi acidi, sia 
nell’ottica di future opere di bonifica del bacino idrografico del Torrente Baccatoio 
che nella definizione delle risorse ad uso potabile meno vulnerabili.
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INTRODUZIONE 
 
L’acqua rappresenta una risorsa essenziale per l’uomo, per le funzioni vitali 
degli organismi viventi e per una serie di attività economiche e sociali che 
contribuiscono al benessere di una comunità.  
Negli ultimi decenni, la domanda complessiva di acqua è in forte aumento a 
causa delle attività economiche in continuo sviluppo, della crescita demografica e 
dell’urbanizzazione; ciò sta causando un sovrasfruttamento e un uso non sostenibile 
delle risorse idriche, sia a livello mondiale che a livello europeo. Questo fenomeno è 
ben rappresentato dall’indice di sfruttamento idrico WE), Water Exploitation Index), 
il quale indica il rapporto tra la quantità di acqua estratta ogni anno e il totale delle 
risorse di acqua dolce disponibili a lungo termine; in sostanza, esso esprime la 
pressione, cioè lo stress, cui sono sottoposte le riserve idriche: 
 il consumo idrico annuale delle riserve d’acqua in circa il 25% dei paesi 
europei, tra cui anche l’)talia, è caratterizzato da indici di sfruttamento 
idrico pari o superiori al 20%, che indicano una condizione di stress 
delle riserve idriche stesse. Durante episodi di forte siccità, il consumo 
idrico delle risorse rinnovabili ha superato addirittura il 40%, 
riflettendo uno stress idrico grave e un uso chiaramente insostenibile 
delle risorse disponibili Agenzia europea dell’Ambiente, .  
Dunque, il fenomeno della carenza idrica, che ad oggi riguarda l’% della 
popolazione europea, è considerato in forte espansione; in particolare: 
1. è stato stimato che vi sarà entro il 2030 un aumento dei consumi di 
acqua dolce pari al 16%, a causa di richieste sempre crescenti dei 
cittadini, delle attività industriali e delle attività agricole (Agenzia 
europea dell’Ambiente, ; 
2. la comunità scientifica ammette l’esistenza di un cambiamento 
climatico causato principalmente dall’emissione dei gas serra, tra cui il 
biossido di carbonio CO 2, ad opera delle attività antropiche. Per il 
nostro paese si prevede che nel periodo 2021 – 2050 un aumento della 
temperatura media annua compreso tra 1,5° C e 2° C, ed una 
diminuzione di circa il 10% delle precipitazioni annuali 
(www.arpa.emr.it). Gli effetti di questo cambiamento climatico avranno
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un impatto soprattutto sul ciclo dell’acqua, incluso un cambiamento del 
regime delle precipitazioni con una generale tendenza alla diminuzione 
della disponibilità di risorse idriche. 
Per fronteggiare questo problema e tutelare il patrimonio idrico, l’Unione 
Europea sta lavorando da oltre un decennio con una serie di misure a livello di 
legislazione, monitoraggio, ricerca e sensibilizzazione dell’opinione pubblica. È in 
questo contesto che si inserisce la Direttiva Quadro sulle Acque dell'Unione Europea 
che, insieme ad altri atti legislativi dell'UE, fornisce un solido quadro giuridico per 
migliorare lo stato dei corpi idrici in Europa.  
La Direttiva Europea 2000/60/CE (ovvero la Direttiva Quadro sulle Acque – 
DQA istituisce un quadro per l’azione comunitaria in materia di acque , introducendo 
un approccio innovativo tanto dal punto di vista ambientale, quanto amministrativo-
gestionale. La direttiva persegue i seguenti obiettivi: prevenire il deterioramento 
qualitativo e quantitativo; migliorare la qualità chimica e biologica di tutte le acque, 
sia superficiali che sotterranee, con lo scopo di raggiungere lo stato qualitativo di 
buono entro il 31 Dicembre 2015; ed assicurare un utilizzo sostenibile della risorsa 
idrica, basato sulla protezione a lungo termine delle risorse disponibili. L’aspetto più 
innovativo della Direttiva Quadro sulle Acque è stato quello di promuovere ricerche, 
monitoraggi e valutazioni delle risorse d’acqua non a livello di singoli corsi d’acqua e 
dei singoli corpi idrici sotterranei, quanto piuttosto a livello di bacini idrografici 
naturali: la gestione integrata dei bacini idrografici prevede un approccio olistico alla 
protezione dell’intero corpo idrico, dalla sorgente agli affluenti, fino alla foce.   
Nel 2012 si è chiuso il primo triennio di monitoraggio dei corpi idrici ai sensi 
della Direttiva Europea 2000/60, recepita in Italia con il D.Lgs 152/06 e il D.M. 
attuativo 260/2010. Nel caso della Toscana, al termine del primo ciclo di 
monitoraggio triennale è emerso che solo il 29% dei punti monitorati risultava in uno 
stato ecologico buono, il 27% risultava sufficiente e ben il 23% scarso (ARPAT, 
Agenzia regionale per la protezione ambientale della Toscana).  
Dal 2013 è in corso un nuovo triennio di monitoraggio, che terminerà nel 
2015, del quale sono disponibili solo alcuni risultati provvisori (Figura 1).
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Figura 1: stato chimico dei corsi d'acqua della Regione Toscana relativo all’anno . 
Cavaleri, 2014. 
 
Come si vede dal grafico di Figura 1, lo stato chimico di poco meno della metà 
dei corpi idrici superficiali della Toscana nell’anno  risultava non buono , 
lasciando poche speranze in merito al raggiungimento degli obiettivi prefissati dalla 
Direttiva 2000/60/CE entro il 31 Dicembre 2015.  
Tra i corpi idrici di qualità chimica non buona vi è il Torrente Baccatoio, uno 
dei corsi d’acqua minori del bacino Toscana Nord. Il Torrente Baccatoio nasce dalle 
pendici delle Alpi Apuane Meridionali, nel Comune di Stazzema, e scorre attraverso il 
Comune di Pietrasanta dove sfocia in prossimità di Marina di Pietrasanta, in località 
Motrone. La cattiva qualità delle acque del Torrente Baccatoio è dovuta alla presenza 
di una serie di elementi tossici e potenzialmente tossici derivanti da aree minerarie 
dismesse. Il bacino idrografico del Torrente Baccatoio, infatti, rientra in una zona 
caratterizzata da estese mineralizzazioni coltivate sin dai secoli scorsi e fino alla fine 
degli anni '80 del 1900. Il rilascio di questi componenti nelle aree minerarie è indotto 
da una complessa sequenza di reazioni di ossidazione e dissoluzione dei minerali, 
fortemente catalizzate dalla attività di colonie batteriche che prosperano all’interno 
delle gallerie ormai abbandonate.  
Il particolare interesse scientifico riscontrato nei confronti del Torrente 
Baccatoio, che come appena enunciato costituisce uno dei corsi d’acqua di minore 
importanza del bacino Toscana Nord, è dovuto soprattutto agli elevati tenori in tallio 
fino a circa  µg/l in corrispondenza dell’abitato di Valdicastello Carducci ) 
derivante anch’esso, come gli altri metalli e metalloidi presenti nelle acque e nei