L'acqua e` il principale agente nella formazione delle grotte, e l'idrogeologia carsica, cioe` lo studio dei flussi carsici, ha un ruolo primario nello studio delle grotte [739] [740] [741] [716] [742] [743] [744] [745] [746] . Si definisce flusso carsico un sistema di circolazione di flusso cartterizzato da sviluppo proprio e autoorganizzazione per la capacita` di mobilitare e trasportare materiale di dissoluzione della roccia costituente.

Si stima che sulla terra ci siano 1360 milioni di km³ d'acqua. La maggior parte di questa e` contenuta negli oceani, una piccola parte nelle calotte polari e ghiacciai, una parte ancora piu` piccola nel sottosuolo [747] .

Ancora un paio di definizioni. Idrostruttura e` un insieme di piu` unita` o formazioni geologiche aventi una sostanziale unita` spaziale e giaciturale, visti nel loro assetto geometrico attuale, ove si verifichino le condizioni oer il deflusso e l'accumulo di acque sotterranee sotto l'azione di gradienti di pressione. All'interno di una idrostruttura possono essere identificati uno o piu` sistemi acquiferi, indipendenti o interdipendenti. L'acquifero e` un insieme a livello del quale i deflussi sotterranei si organizzano a costituire una unita` di drenaggio che alimenta una o piu` sorgenti interconnesse.

La velocita` dell'erosione carsica (tasso di ablazione) viene misurata in m<sup>3</sup> per km<sup>2</sup> all'anno. L'erosione, E e` proporzionale alla quantita` Q di acqua che attraversa il sistema carsico e alla variazione T del CaCO<sub>3</sub> contenuta nell'acqua (formula di Corbel), Dove Q rappresenta il flusso (in litri) d'acqua che attraversa un Km<sup>2</sup> in un anno, T e` espressa in mg/l, e d e` la densita` della roccia pari a circa 2.5 Kg/l. Dunque l'erosione viene stimata moltiplicando lo strato di acqua smaltito attraverso il sistema carsico per il contenuto medio in sali minerali dell'acqua in risorgenza.

Il tasso di ablazione varia molto da regione a regione della terra poiche` dipende dalle condizioni climatiche (piovosita` e infiltrazione). Nelle nostre regioni il tasso di ablazione e` dell'ordine di 80 m³/Km² anno.

Dal punto di vista del bilancio idrogeologico, si parla propriamente di acquiferi carsici. Essi sono caratterizzati da

• estensione del bacino di alimentazione;
• carattersitiche idrodinamiche;
• capacita` di accumulo.

L'impluvio di una sorgente e` l'area topografica ove i ruscellamenti convergono verso la sorgente (seguendo le linee di maggior pendenza). Il bacino d'alimentazione (o bacino imbrifero) di una sorgente comprende anche i flussi sotterranei, e puo` variare a seconda del regime (piena o morbida) delle acque. I limiti del bacino di alimentazione possono essere definiti attraverso uno studio geologico e geomorfologico di dettaglio complementato con analisi geochimiche delle acque (per valutarne la compatibilita` coi litotipi) e test con traccianti. Si possono costruire mappe idrografiche con curve isofreatiche, in cui i punti piu` bassi rappresentano le risorgive, e le creste sono gli spartiacque fisici, sovente differenti da quelli orografici [672] .

Le caratteristiche idrodinamiche e la capacita` di accumulo dipendono dalla geomorfologia del sistema carsico e sono determinate dai seguenti fattori morfologici:

• erosione, che ha spianato una parte del rilievo;
• sedimentazione (spessore ed estensione dello strato permeabile);
• tettonica (rilievo, pendenza degli strati, frazionamento per faglie).

L'acqua puo` entrare in un sistema carsico attraverso tre vie:

• precipitazione (P): e` il contributo principale;
• ruscellamento, cioe` i flussi di acqua superficiale di origine esterna al sistema;
• apporti sotterranei di acqua drenata da altri sistemi.

L'acqua esce per evaporazione, ruscellamento superficiale e drenaggio sotterraneo.

In un acquifero carsico si riconoscono le seguenti zone:

• zona di assorbimento superficiale, a contatto con l'atmosfera e quindi influenzata dalle condizioni climatiche esterne;
• zona alta, di percolazione (con rilascio litologico, rocce fessurate);
• zona superiore aerata, di transferimento perlopiu` verticale;
• zona intermedia (di condotti) in cui l'acqua sale per capillarita`;
• zona epifreatica, alternativamente allagata o libera a seconda del regime delle acque;
• zona bassa allagata (falda).

Il livello piezometrico e` la superficie di demarcazione fra la zona allagata e la zona libera. Esso oscilla dunque all'interno della zona epifreatica. La pendenza della superficie piezometrica e` legata alla tipologia dei condotti. Se e` piccola (0.02e` indice di grossi condotti; se e` alta (0.2e` indice di un sistema fessurato piu` vicino agli aquiferi porosi. Se l'acquifero non e` libero ma risulta confinato (cioe` coperto da uno strato impermeabile) esso puo` essere completamente allagato.

La zona superficiale (epicarso) e` caratterizzata da molte frattture e piccole cavita' di dissoluzione. Essa contiene una notevole quantita` d'acqua che evaporando per il contatto con l'ambiente esterno risulta ricca di sali.

L'acqua puo` salire nelle fessure per capillarita`. L'altezza di risalita dipende dalla ampiezza della fessura,

Ampiezza (micron)	altezza (cm)
5	300
10	150
100	15
1000	0.5
10000	0.15

E` importante misurare la quantita` di acqua che entra nel sistema carsico. A tal fine si misura la quantita` di precipitazione, P, (in mm/km<sup>2</sup>) con pluviometri. Nel caso piu` rudimentale un pluviometro consiste di un recipiente graduato con un imbuto; a causa delle turbolenze indotte, la misura e` affetta da un errore per difetto che puo` arrivare anche al 20Per la neve 1 cm di neve fresca corrisponde a circa 1.18 mm di acqua. Pero` e` meglio ricorrere alle misurazioni pubblicate nei bollettini meteorologici pluviometrici, soprattutto poiche` in tal modo si hanno a disposizione dati accurati relativi a molti anni. La loro limitazione e` che possono non coprire l'area di interesse, e quindi si deve estrapolare i dati.

Per stimare le precipitazioni su un bacino, se si dispone di poche misure si puo` ricorrere alla suddivisione dell'area in zone (poligoni di Thysen/Voronoi) in base alla vicinanza dei punti di osservazione (il poligono di un punto di osservazione consiste dei punti piu` vicini ad esso che ad ogni altro punto di osservazione). La precipitazione totale e` data sommando i prodotti delle misure osservate per le area dei poligoni. Questo metodo non e` adeguato per terreni con rilievo accentuato; in tal caso si tracciano le isoiete (curve di pari precipitazione), tenendo conto che la precipitazione aumenta con la quota, percio` occorre stimare anche il gradiente altimetrico di questa. Tipicamente il gradiente pluviometrico e` dell'ordine di 70 mm per 100 m.

La precipitazione efficace e` ottenuta sottraendo l'evapotraspirazione, P_e = P - E. La evapotraspirazione puo' essere stimata con la formula di Turc, dove P e' la piovosita' media annua, in mm, ed L e' una funzione della termperatura T (in °C), L = 300 + 25 T + 0.05 T³. Come detto sopra, un valore tipico della evapotraspirazione nelle zone prealpine E = 0.3 P.

Una stima della evapotraspirazione che tiene conto delle differenze stagionali e` data dalla formula di Thorthwaite che esprime la evapotraspirazione mensile (m indica in mese), done T_m e' la temperatura media mensile (oppure 0 se questa e' inferiore a 0°C), espressa in gradi centigradi; T_e = ∑(T_m/5)^1.514 dove la somma e' sui dodici mesi; a e' una funzione di T_e: Infine k_m e' un fattore di correzione climatica che dipende dal mese:

	Gen	Feb	Mar	Apr	Mag	Giu	Lug	Ago	Set	Ott	Nov	Dic
km	0.79	0.80	1.02	1.13	1.29	1.30	1.32	1.22	1.04	0.94	0.79	0.74

La quantita` di acqua che entra nel sistema, cioe` l'infiltrazione, e` ottenuta moltiplicando per il coefficiente di infiltrazione, e per l'area Q = A P/sub{e} C_I.

Il coefficiente di infiltrazione, C_I, e` la percentuale di acqua piovana che entra nel sistema carsico. Esso e` dunque il rapporto fra le precipitazioni e l'infiltrazione. Fattori che influenzano il coefficiente di infiltrazione sono

• topografia (pendenza della superficie);
• presenza e tipologia della vegetazione;
• spessore e natura del suolo;
• tipo e grado di fessurazione della roccia sottostante;
• tipologia della precipitazione (intensita` e durata).

Il coefficiente di infiltrazione dipende dalle precipitazioni e varia da zona a zona. Nelle nostre regioni le precipitazioni sono circa 1000 - 1500 mm/anno (l'intensita` non raramente puo` superare i 400 mm/giorno in casi eccezionali), l'evaporazione (nelle aree carsiche) 400 - 600 mm/anno, l'infiltrazione 600 - 900 mm/anno, per cui il coefficiente di infiltrazione e` circa 0.6. Nelle regioni mediterranee scende a valori 0.2 o anche inferiori. In alta montagna puo` arrivare a 0.7 (e oltre). Per le aree carsiche si usa un valore 0.8-1.0. L'intensita` di una precipitazione e` legata alla sua durata. Su zone ristrette (pochi Km²) i mm di acqua della precipitazione sono proporzionali alla radice quadrata della durata, t^0.5. Su vaste aree sono proporzionali a t^0.33.

Il flusso di infiltrazione q di un suolo dipende dal contenuto idrico T, dalla conducibilita` idraulica C_I, e dal potenziale di ritenzione capillare h (formula di Guckingham) [748] dove z rappresenta la direzione verticale.

Il secondo importante fattore e` la quantita` di acqua che esce dal sistema carsico, cioe` la portata media annuale delle sorgenti. La stima delle portate e` fondamentali per analisi idrogeologiche [749] [750] . Sovente e` sufficiente stimare la portata con precisioni del 10-20% (a seconda delle condizioni).

Il modo piu` accurato per misurare la portata consiste nel misurare il tempo che impiega a riempire un contenitore di volume noto (secchiello, bidone). Questo va bene solo per portate piccole (fino ad alcuni l/s) e facilmente accessibili. Come per tutte le nisurazioni, occorre ripetere le misure piu` volte al fine di ridurre l'errore statistico.

Un altro modo per valutare la portata di un corso d'acqua consiste nella misura della velocita' V di un mezzo trasportato dalla corrente, e dalla sezione S. Va bene per flussi regolari e grossi (da 100 l/s fino ad alcuni m³/s). Occorre fare la misura in un tratto del condotto in cui il flusso e` regolare. Si stima la sezione con misure con un metro lineare. Si stima la velocita` misurando il tempo di transito fra due punti di un mezzo in sospensione (segatura bagnata) o un galleggiante lasciato al centro della corrente. Il fattore c e` un fattore correttivo per tener conto che la velocita` non e` uniforme, ma e` massima al centro. Varia tra 0.4 per flussi turbolenti, e 0.8 per flussi regolari. Ci sono anche apparecchiature per la misura precisa della velocita` in vari punti della sezione; queste permettono di ottenere risultati piu` precisi. E` bene ripetere la misura piu` volte e almeno in due o piu` tratti distinti del flusso.

Misurazioni di livelli dei corsi d'acqua (per risalire alla sezione) possono esser fatte con aste graduate. In grotta un semplice metro pieghevole in legno puo` bastare.

Un terzo metodo consiste nel misurare la variazione temporale della condicubilita` elettrica dell'acqua dopo aver immesso del sale (NaCl). Questo metodo e` adeguato per portate fino a qualche m³/s e turbolenti. Dato che la conducibilita` K (misurata in microSiemens per cm) e` legata alla concentrazione C (in mgr per litro) dalla relazione C = 0.48 K, si ricava la portata come dove M e` la quantita` di sale immessa, t e` il tempo medio di transito, e C e` la concentrazione media. Bisogna tener in considerazione vari fattori:

• la conducibilita` varia con la temperatura. In genere ci si riporta alla conducibilita` a 25°C, mediante la formula K₂₅ = K 1.161 / ( 0.023 T + 0.586 ), dove la temperatura e` misurata in gradi centigradi (formula empirica di Hoffmann e Pellegrin).
• bisogna sottrarre la conducibilita` dovuta ai sali minerali gia` presenti nell'acqua.
• si deve sciogliere il sale
• si misura la concentrazione (attraverso la conducibilita`) ad intervalli regolari a partire dal momento di immissione fino a che` essa ritorna ai valori normali.
• il tempo medio t e` dato da ∑t C(t) / ∑C(t)
• la conducibilita` media C e` data da ∑C(t) Dt / ( t_fin - t_in ) (al denominatore e` la differenza fra il tempo finale, quando la conducibilita` ritorna al valore normale, e quello iniziale, quando comincia a salire).

Per misurazioni precise e ripetute della portata occorre usare dei tramezzi (o stramazzi). Si tratta di barriere con un taglio rettangolare o triangolare in mezzo. Viene interposto un tramezzo sul corso d'acqua e in base all'altezza del flusso sul taglio si valuta la portata con semplici formule. Gli stramazzi possono essere abbinati a strumenti di misurazione automatici del livello dell'acqua in continuo, che permettono di ottenere l'andamento temporale della portata.

L'impiego di stramazzo e` limitato dalla difficolta` di posizionamento dello stesso, evitando perdite di flusso. Nel posizionarlo occorre che

• lo stramazzo sia orientato correttamente. Per esempio nello stramazzo orizzontale il bordo deve essere perfettamente orizzontale;
• il flusso nella vasca a monte sia molto lento (altrimenti le formule sono piu` complesse e occorre misurare la velocita`);
• il flusso a valle sia libero, cioe` piu` basso della soglia dello stramazzo;
• le perdite di flusso siano trascurabili, cioe` l'acqua defluisca tutta per lo stramazzo. Per questo si puo` cercare di sigillare lo stramazzo ai bordi con argilla;
• lo stramazzo sia in "parete sottile", cioe` presenti un bordo netto e sottile in modo che la lama d'acqua si distacchi da esso. Altrimenti le formule sotto riportate non sono valide (v. sotto);
• la "contrazione" del flusso d'acqua che esce sia completa. Cioe` il contorno dello stramazzo deve essere abbastanza lontano dal fondo e dal bordo del condotto: la larghezza ed altezza della sezione ddi fuoriuscita del flusso devono essere superiori almeno ad un terzo della larghezza ed altezza dell'acqua, rispettivamente;
• a causa della contrazione del flusso, per stimare l'altezza bisogna misurare il livello dell'acqua nella vasca a monte ad una distanza pari a 3-4 volte l'altezza massima;
• Gli stramazzi non van bene per carichi H troppo piccoli, almeno qualche centimetro, o troppo grandi, oltre 0.7 - 0.8 m. Per piccole portate usare stramazzi triangolari. Per grosse portate (oltre 30 l/s) usare stramazzi rettangolari.

Nella letteratura tecnica ci sono molte formule piu` o meno empiriche per valutare la portata con svariati tipi di stramazzo. La velocita' del getto, trascurando le perdite e` data dal teorema di Bernoulli, dove v_o e` la velocita` dell'acqua in superficie a monte dello stramazzo. Se questa e` praticamente trascurabile (per esempio quando la sezione del getto d'acqua e` 1/7 o meno di quella occupata dall'acqua), la portata dello stramazzo vale dove c_o = 2 c / 3 e c e` il coefficiente di efflusso (vale circa 0.61). Se lo stramazzo e` in parete grossa di spessore S, il coefficiente c_o deve essere moltiplicato per (0.7 + 0.185 h/s). Se lo spigolo e` molto arrotondato c_o diventa circa 0.38.

La portata di uno stramazzo rettangolare di larghezza L, con una altezza h di flusso, risulta dove si e` tenuto conto della contrazione del flusso che esce dallo stramazzo togliendo 0.2 h alla larghezza.

Per uno stramazzo triangolare di semiapertura angolare a la formula della portata e`

Quando la velocita` del flusso a monte v<sub>o</sub> e` trascurabile (con grandi stramazzi), queste formule si scrivono

Il trasferimento nell'acquifero avviene per [716] [751]

• porosita` della matrice: flusso laminare secondo la legge di Darcy; dipende dalla conduttivita` idraulica della roccia (10^-11 - 10^-8 m/s)
• microfratture: flusso diffuso. Comune in dolomite e in calcari marnosi dove la dissoluzione dell'acqua e` stata ritardata da fattori litologici. Il flusso e` laminare, lungo giunti e piani di interstrato.
• flusso concentrato in un sistema di condotti e fratture allargati dalla dissoluzione. Il flusso e` turbolento e risponde rapidamente ad eventi di ricarica
• flusso confinato per via di strati di bassa conduttivita` idraulica causati dalle condizioni litologiche e strutturali. Il flusso non e` concentrato in grossi condotti, ma ha luogo in una rete di canali.

La porosita` di una roccia e` il rapporto fra il volume dei vuoti e il volume totale. In pratica si usa la porosita` efficace che tiene conto del volume d'acqua che puo` circolare nella roccia (quindi si escludono i vuoti dove l'acqua non penetra, e l'acqua adsorbita nella roccia).

Il calcare e` compatto e poco poroso (meno di 1ma un massiccio calcareo (con microfratture, fratture e grotte) e` molto poroso. Le rocce calcaree hanno porosita` dell'ordine di 3 - 5Le dolomie arrivano anche a 7I marmi hanno porosita` 10 - 12Ci sono anche rocce carbonatiche con elevata microporosita`. Per esempio dolomie saccaroidi in cui i cristalli sono appena uniti fra di loro.

Per molti acquiferi carsici la porosita` e` praticamente uguale al coefficiente di immagazzinamento che e` dato dal rapporto fra volume di acqua e il volume della roccia occupata. Il coefficiente di immagazzinamento viene misurato estraendo un cilindro ("carota", di volume V) da una zone di roccia (di area A); l'acqua viene espulsa dalla roccia a riempire il volume liberato per riequilibrare la pressione idrostatica. Misurando l'abbassamento, H, del livello piezometrico si ottiene il coefficiente di immagazzinamento, C_I = V / A H.

Il coefficiente di immagazzinamento di una falda acquifera e` il prodotto del suo spessore H per la porosita` efficace, C_I = H p_eff.

La conducibilita` idraulica dipende dalle dimensioni dei vacui, dalla loro contiguita` spaziale, e dalla loro conformazione (che determina il tipo di flusso). La permeabilita` di un acquifero rappresenta la possibilita` di lasciar scorrere l'acqua. Essa e` funzione del quadrato del diametro dei granuli che compongono il terreno o la roccia. Al di sotto di un certo diametro (per esempio sabbie inferiori a 10 micron) la permeabilita` e` nulla e la roccia e` impermeabile. Per la roccia compatta il coefficiente di permeabilita` esprime il rapporto fra il flusso di acqua, Q/A, e la pressione, P, necessaria per sostenerlo, (legge di Devey) la pressione P e` proporzionale all'altezza H della colonna d'acqua, detta carico idraulico) (L denota lo spessore della roccia). Il coefficiente di permeabilita` ha le dimensioni di una velocita`, m/s. Nella realta` la permeabilita` dipende, come la portata, dalla viscosita` del fluido (la viscosita` dell'acqua a 0°C e` quasi il doppio che a 20°C: la viscosita` dinamica a zero gradi vale 1.83 10^-3 Kg /m s, a venti gradi vale 1.02 10^-4 Kg /m s http://www.thermexcel.com/english/tables/eau_atm.htm ).

La trasmissivita` e` il prodotto della permeabilita` per la profondita` dell'acquifero, H, Viene espressa in m²/s. Tuttavia essa e` un concetto idoneo solo per rocce omogenee, mentre nelle rocce carsiche predomina l'anisotropia: le frattture e le gallerie sono orientate predominantemente in un modo preciso, oltre alla rilevanza della stratificazione. La permeabilita` delle rocce calcaree dipende dunque dalla densita` di fratture N e dalla loro ampiezza a (formula dio Attewell e Farmer),

Per sistemi filtranti (riempimenti) questa relazione e` valida per velocita` inferiori a 0.3 cm/s, cioe` finche` il movimento e` senza turbolenza. Nelle sabbie la permeabilita` dipende molto dal grado di purezza; basta una piccola aggiunta di argilla per diminuire molto la permeabilita`.

Negli acquiferi carsici il trasferimento dell'acqua non segue le legge di Devey. Entrano in giuoco i condotti (gallerie, allargate dalle dissoluzione) in cui l'acqua circola facilmente (con velocita` anche di metri al secondo: nella zona di trasferimento verticale le velocita` tipiche sono di 0.3 m/s; nella falda allagata scendono a 3 cm/s), e le frattture in cui l'acqua circola un poco meno facilmente (con velocita` dell'ordine di mm/s), e che costituiscono il deposito d'acqua del massiccio. I grandi condotti drenano l'acqua verso le risorgenze. La seguente tabella riporta valori tipici di porosita` percentuale, conduttivita` idrica, percentuale di immagazzinamento e di flusso per la matrice rocciosa (3D), le fessure (strutture 2D), e i condotti (strutture 1D).

La zone di trasferimento di un acquifero viene descritta con un modello a blocchi e condotti. Nei blocchi l'acqua scorre lentamente, attraverso microfratture e resta facilmente immagazzinata. Nei condotti l'acqua scorre velocemente e non resta immagazzinata se non quando sono allagati.

A seconda del regime, di piena o di magra si ha un travaso fra condotti e blocchi o viceversa.

Nei periodi di piena l'acqua diffonde dai condotti nelle fratture. Nei periodi di magra l'acqua viene rilasciata dalle fratture verso i condotti. Ulteriori fattori che influenzano il trasporto dell'acqua attraverso il sistema carsico, sono la quantita` dei depositi di decalcificazione/erosione, che hanno un effetto filtrante e regolatore del flusso, e la presenza della copertura vegetale, che ha un effetto tampone sulle precipitazioni atmosferiche.

Modelli piu` complessi distiguono fra matrice e fratture e tengono in conto anche il ruolo dell'epicarso [752] . In base alle stime di percentuali di immagazzinamento, dei tempi di attraversamento e delle quantita` di flusso (in entrata) dei diversi componenti, il modello permette di valutare i tempi di permanenza dell'acqua di ricarica e di quella immagazzinata,

Il regime delle acque alterna periodi di magra a piene violente e brevi (autummo), o piu` lunghe e durature (inverno). L'idrogramma delle piene descrive l'andamento nel tempo delle caratteristiche dei flussi alle sorgenti. Si riferiscono sia alla portata, che a caratteristiche fisico-chimiche (temperatura, mineralizzazione, acidita`, torbidita`, etc.). Forniscono importanti informazioni sulla tipologia del sistema carsico e del bacino di assorbimento. Sono caratterizzati da una curva di incremento, seguita da un colmo, e da una curva di svuotamento, quest'ultima suddivisa in una curva di decremento breve, e una di esaurimento lunga. L'andamento delle piene dipende da

• intensita` della alimentazione, e capacita` di infiltrazione;
• stato di carsificazione, che influenza la velocita` di trasferimento dell'acqua e la trasmissione della pressione idraulica;
• stato di saturazione del sistema.

Le piene [753] hanno un veloce instaurarsi (da decine di minuti ad poche ore) seguito da una curva di esaurimento piu` regolare. All'inizio arriva alla risorgenza l'acqua che era immagazzinata nell'acquifero (effetto pistone), limpida e con caratteristiche termiche e chimiche simili a quelle del regime normale, e differenti dall'acqua piovana. In seguito arrivano acque piu` torbide, dovute al sopraggiungere dell'acqua piovana. La conducibilita` puo` avere un piccolo incremento (dovuto al pompaggio da parte della piena dell'acqua nelle fratture) per poi scendere sotto il livello normale, quando arriva l'acqua piovana.

I fattori che influenzano l'instaurarsi di una piena sono [747]

• natura del bacino di assorbimento
• presenza di copertura vegetale (da un lato intercetta la pioggia, e regola l'andamento dell'infiltrazione, dall'altro fornisce apporto idrico raccopgliendo l'umidita`). In europa occidentale la traspirazione e` circa 200-400 mm/y
• morfologie interne: forma dei condotti, ostruzioni locali;
• condizioni strutturali: copertura semipermeabile, disposizione e forma degli strati.

Idealmente la portata decresce esponenzialmente col tempo poiche` la forza che spinge il flusso d'acqua alla risorgenza e` "proporzionale" al livello dell'acqua immagazzinata, Q(t)=exp(- A t), dove A e` il coefficiente di esaurimento. In pratica la costante di proporzionalita` dipende dalla tipologia dell'acquifero per cui la curva dell'idrogramma (se disegnato in scala semilogaritmica in funzione del tempo) non segue un retta ma una serie di segmenti, caratterizzati da valori di A via via piu` piccoli. La prima parte (piu` ripida) rappresenta il flusso attraverso i grandi condotti. Poi seguono i piccoli condotti e, infine, lo svuotamento attraverso la falda estesa, formata dalle piccole fessure.

L'indice di variabilita` di Meinzer e` il rapporto fra la differenza di portata massima e portata minima, e la portata media. Esso e` tanto piu` elevato quando piu` l'acquifero e` disomogeneo. Se la portata media e` quasi uguale alla portata minima, e la portata massima e` notevolmente superiore a questa, l'indice di Meinzer risulta approssimativamente pari al rapporto fra portata massima e minima (sistema a drenaggio dominato da condotti).

La quantita` di acque che esce dalle sorgenti e` condizionata dalla relativa importanza dei blocchi e dei condotti. In un acquifero omogeneo l'apporto dei condotti e` trascurabile. In tal caso il rapporto fra portata massima e minima ha valore inferiore a 50. L'acqua scorre lentamente e in periodo di piena l'acqua che esce dalla risorgenza e` quella che stazionava gia` all'interno del''acquifero e viene sospinta dalla piena. Percio` si ha un aumento della durezza dell'acqua con la piena.

In un acquifero parzialmente omogeneo i contributi di blocchi e condotti sono equiparabili e il rapporto fra portata massima e minima varia fra 50 e 150. La durezza dell'acqua risorgente decresce inizialmente con la piena, a causa dell'onda di piena trasportata dai condotti, per poi aumentare (con un ritardo proporzionale alla preponderanza dei condotti sui blocchi) quando l'acqua immagazzinata nei blocchi viene sospinta fuori.

Negli acquiferi disomogenei il contributo dei blocchi e` irrilevante e il rapporto fra portata massima e minima supera il valore 150.

Per una analisi accurata occorre, come detto, conoscere la estensione e la geomorfologia della zona di assorbimento, e tener conto delle carattersitiche delle pioggie.

Il tempo di transito dell'acqua in un acquifero e` il rapporto fra la quantita` di acqua che attraversa l'acquifero e quella immagazzinata in esso. La prima e` il volume di acqua infiltrata, C<sub>I</sub> P A (mm km<sup>2</sup>/anno). La seconda e` data dal prodotto della porosita` per il volume dell'acquifero, p V (km³).

Il tempo di corrivazione e' il tempo che impiegano le acque raccolte nel bacino ad arrivare alla sorgente. Una stima e' data dalla formula di Giandotti dove A e' l'area del bacino di alimentazione (in Km²), L e' la distanza massima persorsa dalle acque (in Km), e H e' la quota media del bacino rispetto alla sorgente (in m).

Le piene hanno anche effetti speleogenetici. Portano acqua insatura, e contribuiscono all'erosione meccanica. L'alternarsi di pressione e rilascio nella zona di allagamento favorisce la fragilizzazione della roccia. Infine possono riempire passaggi oppure aprirne altri.

I segni delle piene sono

• zone lavate e chiare sulla parete opposta di pozzi,
• erosione di concrezioni che mostrano le bande di accrescimento;
• marmitte nella parte a valle di condotte forzate a montagne russe (la parte a monte ha depositi d'argilla);
• conetti d'argilla di pochi centimetri, orientati controcorrente (crescita per deposizione)
• stalagmiti d'argilla con un foro sopra al centro (dovute a gocciolamento)
• depositi di argilla pettinati, cioe` con canali di scolo a 'V'
• ciotoli di argilla
• depressioni di dimensioni metriche nei depositi di argilla che coprono il fondo della galleria
• pelli di leopardo (piene antiche)

Ove possibile un esame della temperatura, conducibilita` (o del chimismo) delle acque fornisce ulteriori informazioni sugli scambi acqua-roccia e quindi sulla tipologia del sistema [754] [755] . La durezza dell'acqua rappresenta la quantita` di minerali disciolti. I piu` importanti sono i cationi (Ca, Mg, Na, K) e gli anioni (Cl, solfati, bicarbonati, nitrati). Tra gli elementi minori ricordo il ferro e il rame. Come unita` di misura si usano il grado tedesco, 1°d = 0.357 meq/l = 17.80 ppm, e il grado francese, 1°f = 0.200 meq/l = 10 mgr/l. Un ppm e` pari a un mgr per litro. La trasformazione fra meq e mgr dipende dal peso molecolare delle sostanze. La durezza di acque carsiche varia fra 12 e 40°f (il limite massimo ammesso per la potabilita` e` 32°f).

L'acqua in equilibrio con la CO₂ atmosferica contiene circa 60 mg/l di HCO₃^-. In natura pero` questa concentrazione puo` arrivare a 400 mg/l. Il valore di saturazione di SO₄^2- e 1360 mg/l (nelle evaporiti). Il contenuto di Ca²⁺ e Mg²⁺ dipende dal tipo di roccia: meno di 30 mg/l per le rocce magmatiche, fino a 100 mg/l nei terreni sedimentari, fino a 300 mg/l nelle rocce carbonatiche e fino a 600 mg/l nei gessi [748] .

Per descrivere le concentrazioni relative dei diversi elementi sono state sviluppate tecniche statistiche e grafiche. I piu` semplici sono i diagrammi di Stiff e di Piper [756] . Nel diagramma di Stiff le concentrazioni sono espresse in meq/l, e si traccia un poligono usando quattro assi orizzontali per quattro coppie di cationi/anioni.

Nel diagramma di Piper si trova il punto del triangolo dei cationi che corrisponde alle abbondanze relative di Na/sup{+}+K/sup{+}, Ca²⁺ e Mg²⁺. Similmente per gli anioni. Questi due punti sono poi combinati nel quadrilatero, a descrivere le proprieta` chimiche globali dell'acqua.

L'analisi della durezza dell'acqua, indica se l'acqua che fuoriesce e` rimasta a lungo o meno nel sistema. A seguito di una onda di piena la temperatura ha una crescita iniziale dovuta all'espulsione dell'acqua immagazzinata nelle fratture, che risulta in equilibrio termico con la roccia. La temperatura ha poi un crollo quando arriva l'acqua della piena, piu` fredda. Anche la "mineralizzazione" (durezza) dell'acqua ha un aunmento iniziale seguito dall'arrivo di acque poco cariche.

Una curva di restituzione dolce e` indice di un bacino grande, con assorbimento diffuso, o gallerie orizzontali allagate (l'attrito con le pareti rallenta la piena). Questa situazione emerge anche da parametri chimico-fisici poco variabili nel tempo. Una curva stretta e` sintomo di un bacino piccolo, pioggie intense e pochi ostacoli al deflusso.

Le misurazioni di carattere meteorologico in grotta devono essere effettuate con maggior precisione che all'esterno a causa della ridotta entita` delle variazioni [757] . Inoltre bisogne tener conto che la presenza dello speleologo puo` influenzare il risultato delle misure [503] . Per esempio per la temperatura esistono termometri digitali (a termoresistenza) con una precisione di 0.1°C, costituiti da un corpo ed una sonda ad esso collegata con un cavo. Nelle misure di temperatura bisogna fare attenzione a non influenzare la lettura anche con la sola presenza dello speleologo (questo e` rilevante nelle zone strette). Meglio dunque effettuare le misure controvento. Bisogna lasciare la sonda sufficientemente a lungo affinche` si porti in equilibrio termico con l'ambiente (10 minuti) o l'acqua. Quando si misura la temperatura dell'acqua, si immerge la sonda senza toccare la roccia. Per corsi profondi e laghetti si misura sia la temperatura superficiale che quella in profondita`. Quando si misura in aria evitare che la sonda si bagni, altrimenti la misura e` falsata dall'evaporazione dell'acqua, e disporre la sonda trasversalmente al flusso d'aria. Effettuare le misure in giornate serene, possibilmente non nelle stagioni intermedie. Perturbazioni e vento alterano la circolazione dell'aria, e quindi le misure.

Riguardo ai problemi operativi delle misurazioni rimando alla Sez. 10.4 . Il termometro richiede una piccola cura, sia in grotta, dove bisogna cercare di proteggerlo dall'umidita` (per esempio avvolgendolo con pellicola da cucina), che dopo, rimuovendo le batterie e facendolo asciugare [758] . I termometri devono essere tarati periodicamente con un termometro a mercurio a 1/10 di grado centigrado, marchiato.

Esistono strumenti automatici per il rilevamento dei dati chimici e fisici in grotta ad intervalli regolari (datalogger). Possono misurare temperatura fra -10 e 50°C con una precisione di 0.1°C, l'umidita` relativa fra 0 e 100% con una precisione di 0.5% (metodo a bulbo bagnato), oppure fra 0 e 98% con una precisione di 1% (metodo a capacitore). L'intervallo di pressione varia da 0 a 1200 mbar con una precisione relativa del 0.6e la velocita` dell'aria da 0.1 a 30 m/s con una precisione di 0.05 m/s.

Per le misurazioni dell'umidita` in grotta rimando alla app. 10.F .

La conducibilita` dell'acqua dipende dalle quantita` di ioni in soluzione, percio` misure di conducibilita` delle acque danno informazioni sul contenuto di sali disciolti. Ha in genere un andamento concordante con la durezza ed altri parametri chimici [759] e percio` puo` essere utilizzata per misurare la durezza di un'acqua [760] .

La conducibilita` K si esprime in Siemens/cm o in microSiemens/cm (uS/cm). Essa si misura con uno strumento detto ponte di Kohlraush e una cella con due elettrodi di metallo inerte (platino) a cui viene applicata una differenza di potenziale alternato con elevata frequenza.

La conducibilita` equivalente per uno ione e` il rapporto della sua conducibilita` per la concentrazione (espressa in milli-equivalenti/litro): Nelle acque carsiche i sali si trovano in condizioni di elevata diluzione, e percio` la dissociazione ionica e` pressoche` completa. Quindi la conducibilita` risulta la somma delle conducibilita` parziali delle singole specie ioniche. A diluzione infinita le conducibilita` equivalenti raggiungono il valore (limite) massimo. La seguente tabella riporta i valori a 25°C.

La conducibilita` equivalente di una singola specie ionica e` calcolata con la formula di Laxen: dove X e` il fattore di trasformazione riportato nella tabella sopra. f e` la radice quadrata della forza ionica della soluzione: C_i sono le concentrazioni (in moli/litro) delle specie ioniche e Z_i la cariche ioniche.

La conducibilita` e` quindi Qui c e` la concentrazione in m-eq/l.

La conducibilta` dipende dalla temperatura. Al crescere della temperatura di un grado centigrado essa cresce di circa il 2per cui dalla conducibilita` misurata si puo` risalire alla conducibilita` teorica a 25°C con la formula (il coefficiente 0.026 e` sperimentale)

In generale per le acque carsiche K varia da 100 a 750 uS/cm, ma puo` arrivare anche a superare 1000 uS/cm.

I test con traccianti [761] permettono di verificare i collegamenti di un acquifero e di stimare la tipologia dei condotti [762] [763] [716] [764] . Si utilizzano traccianti coloranti per i quali si misura la concentrazione in base al colore oppure elettroliti per cui si misura la variazione di conducibilita` dell'acqua (o analisi chimiche accurate). Altri tipo di traccianti sono quelli microbiologici (spore e batteri) o microparticelle (microsfere fluorescenti). Ogni tracciamento e` un inquinamento. Percio` occorre limitare l'uso di traccianti e valutare preventivamente la quantita` necessaria e le eventuali conseguenze [672] [765] [766] .

I tracciamenti qualitativi (immissione con semplice verifica qualitativa dei punti di emergenza) danno poche informazioni e rischiano di compromettere l'utilizzo delle acque da parte di altri, in particolare di enti locali. Tuttavia possono servire per pianificare meglio una campagna di tracciamenti quantitativi, con misure delle concentrazioni di restituzione nel corso del tempo. Questi richiedono maggior impegno (per preparazione, esecuzione, elaborazione risultati e presentazione), ma danno maggiori e piu` utili informazioni. Considerata la difficolta` di un tracciamento, anche qualitativo, e` bene ricorrere all'aiuto di un esperto.

L'utilizzo di traccianti deve essere attentamente valutato, soprattutto se c'e` la possibilita` che arrivino a sorgenti captate. La fluorescina (v. sotto) non e` tossica alle concentrazioni d'uso, ma l'intensa colorazione che produce rende l'acqua non idonea per usi potabili (anche la trasparenza e` un parametro di potabilita`). In tal caso occorre richiedere autorizzazione alle autorita` sanitarie e ai proprietari dell'acquedotto, fornendo documentazione adeguata (motivi del tracciamento, calcoli di restituzione attesa, schede di tossicita`, etc.).

Se possibile i tracciamenti dovrebbero essere effettuati con la autorizzazione, se non l'aiuto (e finanziamento), delle autorita` competenti (amministrazioni comunali, acquedotti, etc.). In breve e` bene trasformare un esperimento estemporaneo in un progetto che da` maggiori informazioni, migliora i rapporti con la collettivita` locale, e mette in luce il ruolo della speleologia e degli speleologi.

La preparazione richiede uno studio dell'area carsica, la valutazione del bacino di alimentazione, delle emergenze, della tipologia dell'acquifero, della presenza o meno di una zona allagata voluminosa. Richiede la presentazione di studi preliminari, con la analisi dei progetti di tracciamento e la valutazione di impatto ambientale, agli enti interessati, al fine di ottenere i permessi.

L'esecuzione deve essere ben pianificata. La metodiche di rilievo dei dati devono essere seguite accuratamente, per non sprecare l'impegno preparativo con una acquisizione dei dati sul campo povera.

L'analisi quantitativa dei risultati e` impegnativa, anche sul piano finanziario, sovente essendo necessarie misure di laboratorio. Richiede sempre un notevole lavoro di elaborazione dei dati, con la esecuzione di analisi comparative, e integrazione concettuale delle informazioni.

La presentazione richiede la stesura di un resoconto con stile professionale, corredato da grafici e tabelle, ed bibliografia pertinente. Questo rappresenta il risultato principale della campagna di tracciamento, e a seconda della rilevanza del lavoro si decidera` come divulgarlo. In ogni caso sara` bene presentarlo agli enti pubblici e privati coinvolti, o che potrebbero essere interessati.

Le caratteristiche che i traccianti devono avere sono:

• tossicita` praticamente nulla;
• solubilita` elevata e immediata;
• chimicamente e fisicamente neutri;
• non devono modificare le caratteristiche dinamiche dell'acqua;
• facilmente rilevabili e analizzabili.

Informazione sui traccianti chimici fluorescenti si possono trovare, tramite il numero di identificazione CAS-RN (Chemical Abstracts Service Registry Number) all'indirizzo http://chemfinder.cambridgesoft.com/ .

Il tracciante piu` comune e` la fluorescina sodica C₂₀H₁₀O₅Na (chiamata anche uranina). Si tratta di una polvera arancio-rossa che sciolta in acqua da` una intensa colorazione verde (massima in un ambiente alcalino). Utilizzata in buone condizioni 1 Kg di fluorescina puo` colorare 40000 m³ d'acqua. (Ci vuole una tonnellata di cloruro di sodio per ottenere lo stesso risultato di un Kg di fluorescina). E` visibile ad occhio in quantita` di 0.1 gr/m³. Non e` appropriata in ambienti acidi e ricchi di material eorganico poiche` si degrada.

Per rilevare la fluorescina con strumenti (fluorimetro e spettrofotometro) ne basta la millesima parte, 10^-4 mg/l. La fluorescina in soluzione emette luce per fluorescenza con un picco di emissione intorno a 490 nm. L'intensita` della emissione e` proporzionale alla concentrazione. La spettrofotometria e` piu` accurata perche` si rilevano le righe spettrali e permette di identificare il tracciante [767] .

La formula di Martel e Fournier da` il numero di kilogrammi di fluorescina da utilizzare in funzione della lunghezza L del percorso sotterraneo, e della portata Q (anche se a volte il valore ottenuto non e` sufficiente):

Un'altra formula (Aley e Fletcher) [716] tien conto anche della velocita` del flusso ipogeo (che e` una quantita` difficile da stimare)

La formula di Kass e` molto semplice: M[kg] = k B L[km], dove B e` un coefficiente per tener in conto le condizioni idrogeologiche (0.1-0.9 per gli acquiferi carsici), e k un coefficiente per il tracciante (1: uranina, 2-15: altri fluorescenti, 1000-20000: sali, 10¹²-10¹³ particelle).

Una altra formula, di Worthington e Smart, include il flusso Q[l/s] e la concentrazione di picco C[ug/l]: M[kg] = 1.9 10^-5 (L Q C)^0.95.

Si immette il tracciante in un flusso concentrato (inghiottitoio o fiume sotterraneo della portata di vari litri/secondo) per limitarne il tempo di permanenza nel suolo e l'adsorbimento da parte dell'argilla. Percio` questo tipo di test non e` rappresentativo di tutti i flussi sotterranei, la maggior parte dei quali avviene lentamente attraverso le fratture e microfratture, ma riguarda solo il flusso attraverso le gallerie drenanti. L'immissione deve avvenire in tempi brevi, facendo attenzione che il tracciante si sciolga bene nell'acqua. Per facilitare l'immissione del tracciante nel flusso si puo` preparare una miscela con il tracciante in flaconi, prima di entrare in grotta (usando guanti e mascherina protettiva) o sul posto. Bisogna evitare una immissione violenta che provochi una onda di flusso.

Prima della immissione si misura la portata del flusso, e la si scrive sul tacquino assieme a tempo, luogo, quantita` di tracciante, note operative ed altre informazioni che potrebbero essere utili.

Il primo risultato di un tracciamento e` la dimostrazione della esistenza di un collegamento fra il punto di immissione e quello di risorgenza. Un risultato negativo non e` la prova della assenza di tale collegamento.

Il lavoro piu` impegnativo e` il prelievo ad intervalli opportuni dell'acqua dalle sorgenti. E` bene che chi esegue i prelievi non sia la stessa persona che immette il tracciante, per evitare contaminazioni del tracciante. In polvere i traccianti sono molto volatili e possono facilmente andare a finire sugli indumenti e le scarpe. Percio` la squadra di immissione e quella di monitoraggio devono essere separate.

Per il monitoraggio si usano campionatori automatici, prelevamenti manuali, e florocaptori. I campionatori automatici prelevano ad intervalli regolari un campione di acqua. Dato l'ingombro, le difficolta` di trasporto, problemi di locazione e funzionamento, e possibili problemi di salvaguardia, non possono essere usati per ogni sorgente. Il campionamento manuale consiste nel prelevare dell'acqua in un contenitore pulito, avendo l'accortezza di chiudere il contenitore sottacqua. Ricordarsi di segnare sul contenitore luogo e tempo del prelievo. E` semplice ma richiede la presenza sul posto. I fluocaptori vengono posizionati e prelevati in seguito dopo uno o piu` giorni. Devono avere una etichetta su cui si scrivono luogo e tempo di immissione, e tempo di prelievo. Raccolti, sono messi individualmente in sacchetti a chiusura zip-lock (quelli per i cibi surgelati). Sono adatti per controllare sorgenti secondarie, o difficilmenti accessibili, o all'interno delle cavita`. Inoltre anche se si usa un campionatore automatico bisogna posizionare fluocaptori, in modo da avere dei dati anche in caso di malfunzionamento dello strumento. I prelievi devono essere conservati al fresco e al riparo dalla luce se il tracciante e` fotosensibile.

In ogni esperiemnto di tracciamento si deve fare un prelievo "in bianco", cioe` prima dell'immissione del tracciante, al fine di avere un riferimento sul contenuto di traccianti dell'acqua prima del test. Se risulta la presenza di tracciante, e bene ripetere questa prova su piu` giorni, cosi` da valutare il valore massimo.

I fluocaptori [768] sono piccoli sacchetti di retina zanzariera (8 cm circa di lato) contenenti qualche grammo (un cucchiaino da caffe`) di carbone attivo (di cocco) poroso in grani (diametro qualche mm), trattato con acido per aumentare la porosita`, che intrappola la fluorescina. Il carbone attivo perde capacita` assortiva se esposto all'atmosfera; deve percio` essere conservato in contenitori ermetici.

Si mettono i captori nell'acqua per verificare il ritorno di un tracciante, eventualmente con anche indicazioni sul ritardo della risposta. I captori devono essere messi in posizione sicura, tenuti immersi con un peso in un bacino d`acqua calma direttamene attraversato dal flusso. Devono essere sostituiti regolarmente, poiche` si saturano di materia organica e sono consumati dall'acqua. Ad intervalli opportuni si preleva il campione in posto e se ne mette un altro. I captori prelevati devono essere messi in sacchetti di plastica sigillati ed etichettati opportunamente. Devono essere poi messi in un contenitore che li schermi dalla luce. Se non vengono analizzati subito possono essere congelati per fermare l'azione dei batteri [716] .

Per una valutazione minimale e` sufficiente prelevare campioni dopo 1, 2, 4 giorni, 1 settimana, 15 giorni, un mese. Ogni volta si prende il captore Inoltre si lascia un captore per tutta la durata dell'esperimento al fine di determinare una situazione di non-restituzione. Per valutazioni piu` accurate occorre effetttuare prelievi (campionamenti) ad intervalli piu` frequenti.

I fluocaptori vengono poi analizzati in laboratorio con un fluorimetro. E` possibile verificare qualitativamente la presenza di fluorescina mettendo i granuli di carbone in una soluzione alcolica al 10% di potassa (KOH) o soda caustica (NaOH). Si mettono 9 gr di potassa (due cucchiaini da caffe`) in 100 ml d'alcol, e si agita. Quando s'e` sciolta si pongono tre grani di carbone e si lascia riposare mezzora a riparo dalla luce. Si osserva la soluzione (eventualmente filtrata) con illuminazione ortogonale per verificare la fluorescenza verde del tracciante. Se il test nettamente positivo il risultato e` inequivoco; pero` in caso di incertezza e` facile sbagliare se non si ha esperienza.

La risposta ad un tracciamento e` descritta dal grafico della concentrazione del tracciante alla risorgenza in funzione del tempo, detto curva di restituzione. Questa tipicamente ha una rampa ascendente (che inizia al tempo di minimo transito), raggiunge un massimo, e decresce con andamento esponenziale. Sulla coda possono esserci altri massimi secondari indicati l'esistenza di diversioni rispetto allo scorrimento principale. Dallo studio della curva di restituzione si hanno molte informazioni. La tabella sotto riassume i dati quantitativi che dovrebbero essere pubblicati nella relazione di un test di tracciamento. Abbiamo gia` accennato ai picchi secondari come indici di diversioni rispetto allo scorrimento principale. La traccia e` la restituzione lenta del tracciante adsorbito dalle argille (curva tratteggiata in figura) ed e` difficile da stimare. La restituzione e` la quantita` di tracciante restituita M_rest. = ∫Q C dt. Il volume del sistema e` definito formalmente come il flusso che esce tra il tempo di immissione e quello del picco di massimo: V_sist.=∫₀^tm Q dt.

Fallimenti (o risultati errati) di test con traccianti possono essere dovuti a molteplici cause:

• condizioni di immissione improprie (per esempio, immissione del tracciante in un affluente laterale di scarsa portata, e magari con una riserva d'acqua a valle prima del corso principale);
• bacini sotterranei frenanti il colorante, diluendolo nell'acqua, e assorbendolo nei depositi argillosi;
• il subflusso puo` portare il colorante verso altre reti sotterranee, mentre arrivi sotterranei lo diluiscono;
• quantita` insufficiente di tracciante;
• monitoraggio di durata troppo breve;
• perdita di captori per una piena;
• erosione o saturazione di materia organica dei captori;
• assenza di circolazione idrica (regime di secca);
• errori di procedura (per esempio, manipolare i captori dopo aver maneggiato fluorescina).

Alcuni software per l'analisi delle curve di restituzione sono liberamente disponibili:

• StanMod, http://www.pc-progress.cz/Pg_Stanmod.htm . Tratta modelli di diffusione e trasporto 1D, 2D e 3D. Per Windows, solo eseguibile.
• Qtracer2 http://cfpub.epa.gov/ncea/cfm/recordisplay.cfm?deid=54930 . Per Windows, ma alcuni sorgenti (in Fortran) sono scaricabili.
• Traci89 http://www.schweizerbart.de/samples/017000930/ . Per Windows 9X, solo eseguibile.

Altri traccianti fluorescenti (e.g., le rodamine) sono pericolosi per l'uomo (cancerogeni) e la fauna. Tracciamenti con sistemi naturali (clorofilla e spore) presentano difficolta` di reperimento, uso, e analisi: danno risultati perlopiu` qualitativi.

Una alternativa alla fluorescina e` il Tinopal CBS-X [769] (Tinopal CBS-X e un marchio registrato dall CIBA Speciality Chemicals), uno sbiancante ottico, utilizzato soprattutto nella produzione della carta e dei detersivi, in polvere giallina o biancastra, atossico e non colorante alle concentrazioni d'uso. Assorbe luce ultravioletta ed emette per fluorescenza nel blui (440 nm, mentre la banda di eccitazione e` intorno ai 365-370 nm).

La formula chimica e` 2( C<sub>14</sub>H<sub>10</sub>.NaSO<sub>3</sub> ). E` stabile in soluzione di candeggiante di cloro. La fluorescenza non e` influenzata dal pH dell'acqua. Il tempo di dimezzamento, esposto alla luce, e` di 17 ore. Si lega molto bene alla cellulosa e chitina.

E` tossico per ingestione, irritante per la pelle e fortemente irritante per gli occhi. Non e` biodegradabile e la tossicita` decresce con l'esposizione alla luce. L'ecotossicita` e` presunta bassa, comunque il suo impiego viene limitato a concentrazioni inferiori a 50 mgr/l per acque destinate ad uso idropotabile. Se bruciata, la polvere sviluppa fumi tossici di SO<sub>x</sub> e Na<sub>2</sub>O. E` spesso venduto il soluzione al 20% per evitare dispersioni che sono piu` facili con la polvere.

Per i prelievi si usano captori con cellulosa: un filtro di carta di 60 mm oppure con una garza di cotone chirurgico non trattato piegata (lo svantaggio del cotone e` che viene attaccato da alghe e batteri). Questo viene inserito in un retino di acciaio inossidabile o di plastica a maglie di 1 mm<sup>2</sup>. Dopo l'uso il retino deve essere sostituito. I captori possono essere lasciati immersi per tempi superiori ad una settimana senza problemi, e vanno posti possibilmente in mezzo alla corrente e al riparo dalla luce. Le analisi si fanno con spettrofluorimetria o spettrofotometria; e` bene non lavare il filtro. La concentrazione minima osservabile e` 0.1-1 ugr/l.

I filtri in polietersulfone (PES) hanno la capacita` di trattenere completamente il Tinopal, percio` si prestano ad analisi di laboratorio. Si fa passare un campione d'acqua attraverso un filtro PES e si analizza la membrana allo spettrofluorimetro. Il loro vantaggio e` che non sono disturbati da alghe e batteri.

Rispetto alla fluorescina presenta un piu` alto decadimento fotochimico (percio` deve essere conservato al buio), e` meno sensibile a valori bassi del pH, ed e` piu` facilmente assorbito da depositi di argilla. Inoltre e` meno solubile (100 mgr/l). Uno svantaggio e` che a causa del suo impiego in prodotti commerciali e` possibile che sia presente anche in acque sotterranee a causa di scarsa o inefficiente depurazione. Questo pone una limitazione al suo impiego, quando la concentrazione di background risluti troppo elevata.

Infine ricordo l'impiego di isotopi per tracciamenti, iodio 13 o acqua tritiata [672] . Considerazioni di inquinamento radioattivo comportano una attenta analisi preparatoria del test, al fine di mantenere la radioattivita` entro limiti accettabili. Inoltre l'analisi dei campioni richiede l'accesso a strutture di laboratorio.

Tracciamenti con traccianti volatili sono utilizzati per individuare i percorsi dell'aria. Si possono usare fumi o sostanze odorose (incenso) [770] . Sono indicati (in alternativa all'ARVA) per rilevare la posizione esterna di un ingresso, quando c'e` un ramo che arriva molto vicino alla superficie (e vale la pena di cercare di aprire un nuovo ingresso).

Tracciamenti molto qualitativi possono esser fatti con "traccianti meccanici", sostanze di peso specifico vicino ad uno, e che quindi restano facilmente in sospensione nell'acqua, quali, ad esempio, segatura, paglia, farina, crusca. Il vantaggio di questi "traccianti" e` che non sono inquinanti. Lo svantaggio e` nella quantita` da immettere perche` siano detettabili alla risorgenza.

Le grotte non sono sistemi isolati, ma sono intimamente connessi con l'ambiente sovrastante, in particolar modo con le zone di assorbimento e di risorgenza. L'acqua che entra nel sistema carsico da inghiottitoi e per percolazione attraverso il suolo riemerge in superficie nelle risorgenze, dove puo` essere captata per fabbisogni idrici. Per questo motivo l'inquinamento e il degrado delle grotte e quello del territorio non sono indipendenti [771] [772] [773] [774] [775] [502] [776] [777] [778] [779] [780] [781] .

Spesso inquinamento e degrado sono il risultato di azioni e atteggiamenti non volutamente dannosi, dovuti solo ad ignoranza delle conseguenze nocive di certe azioni. Poissiamo distinguere tre categorie di attori di inquinamento e distruzione:

1. visitatori di grotte (speleologi e turisti);
2. comunita` locali;
3. l'intera popolazione.

Gli speleologi "rovinano" le grotte in vari modi:

• danni causati dalla progressione (movimento di massi, pulizia pozzi, ...);
• rottura di speleotemi (e/o asportazione);
• modifica di cavita` (disostruzioni, scavi, allargamenti);
• modifiche del microclima (temperatura, umidita`, CO₂, e nerofumo);
• inquinamento con materiali biodegradabili organici (escrementi, alimenti, sigarette);
• inquinamento con materiali inorganici metallici (chiodi, spit);
• altri materiali non biodegradabili (guanti, corde, fettuccie, involucri di plastica);
• pile esaurite.

Oltre all'aspetto estetico di abbruttimento dell'ambiente, il carburo di tipo industriale contiene sovente impurita` che possono essere inquinanti. Il carburo esausto, idrossido di calcio, altera il chimismo della grotta: disciolto in acqua ha comportamento basico e reazioni esotermiche. Se non e` possibile riportare il carburo esausto all'esterno si deve seppellirlo in una buca in un deposito argilloso lontano dai flussi idrici, o stemperarlo poco a poco in un grosso corso d'acqua.

Le pile abbandonate si rompono (per corrosione o per rigonfiamento) lasciando fuoriuscire acidi e ioni metallici tossici. La quantita` di acqua inquinabile con una batteria (da 4.5 V piatta, pari a circa 40 gr. di metalli) e` ricavabile dalla seguente tabella [782] .

Potere inquinante
Zn	5 - 30 m3
Cd	3000 - 15000 m3
Hg	15000 - 30000 m3

I materiali inorganici sono spesso a base di ferro e alluminio, quindi producono solo un inquinamento estetico.

Tra i materiali organici i cibi hanno potere inquinante solo in quanto supporto trofico per elementi patogeni. I mozziconi di sigarette sono inquinanti perche` contengono sostanze tossiche: catrame e nicotina. Vanno portati fuori. Per gli escrementi la tossicita` dipende dalla quantita`. Eviterli se non indispensabile, soprattutto per motivi estetici. E` molto piu` facile e veloce il loro smaltimento (anche biodegradabile) all'esterno.

L'impatto ambientale di escursionisti e turisti riguarda cavita` di facile accesso, e grotte turistiche non monitorate. Anche opere di attrezzamento escursionistico (sentieri e vie) e costruzioni di edilizia turistica hanno conseguenze di impatto ambientale.

La comunita` locale e la popolazione nel suo complesso sono gli altri attori inquinanti in quanto possono produrre rifiuti, diffondere sostanze tossiche in larga quantita` sul territorio di assorbimento. La loro azione inquinante riguarda dunque gli acquiferi carsici piuttosto che direttamente le cavita`. Sono agenti inquinanti [783] :

• le discariche (sia abusive che controllate);
• lo smaltimento di reflui zootecnici e di carcasse di animali;
• la diffusione di pesticidi, e concimi chimici (fertilizzanti);
• gli scarichi industriali; per esempio, lo smaltimento di idrocarburi o la diffusione di prodotti chimici (es. solventi);
• le discariche industriali;
• lo smaltimento fognario (scarichi civili);
• la distruzione del territorio causata da cave e miniere (opere minerarie);
• lo sviluppo di opere di urbanizzazione (insediamenti, strade, gasdotti, elettrodotti, ...);
• opere di captazione e pompaggio.

L'inquinante puo` entrare nell'acquifero in modo diffuso (cioe` lentamente attraverso i terreni, depositi e rocce superficiali) oppure concentrato (attraverso inghiottitoi attivi o semiattivi, e fratture). All'interno del sistema carsico l'inquinante attraversa la zona non satura, in cui scorre in direzione subverticale lungo fessure, fratture, condotti. Questa zone ha un effetto di filtraggio depurativo piu` o meno accentuato a seconda della velocita di scorrimento e delle condizioni di ossigenazione.

La successiva zona satura non ha potere depurante se non per la diluzione dell'inquinante nel sistema sotterraneo e per la sedimentazione dello stesso. Quest'ultima mentre riduce la concentrazione dell'inquinante in soluzione nell'acqua crea una riserva di inquinante che puo` venir mobilitata in caso di piena, generando delle onde di inquinamento.

La modalita` di restituzione dell'inquinante all'esterno dipende dalla struttura dell'intero sistema: e` rapida se il reticolo e` caratterizzato da condotte, mentre e` lenta e prolungata se predominano le fratture.

Una attivita` che altera considerevolmente l'equilibrio di un sistema carsico e` la captazione e i convogliamento di ingenti quantita` d'acqua, sovente a scopi di produzione di energia idroelettrica, piuttosto che per approvvigionamento idrico.

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