Dottorato di ricerca in Scienze e Tecnologie della Terra e dell’Ambiente XXIX ciclo relazione al 10 giugno 2014 Dottoressa Claudia Pusceddu Studi di interazione tra minerali e biosfera in sistemi fluviali interessati da attività mineraria L’attività mineraria, per sua natura, comporta significative trasformazioni sulle morfologie del territorio, espone vaste aree mineralizzate all’alterazione esogena aumentando il rischio di contaminazione, produce modifiche nella chimica delle acque e dei suoli. I Sistemi fluviali che ricadono in aree, con attività mineraria pregressa, vedono una continua interazione tra l’acqua dei fiumi ed i residui minerari disseminati nel territorio. Quest’interazione può essere mediata dalla biosfera, e ciò richiede delle valutazioni specifiche sui bilanci di massa e sui processi microscopici. L’Area della ricerca è la Valle del Rio San Giorgio (Iglesias). È attraversata dall’omonimo fiume che raccoglie vari drenaggi provenienti dalle discariche, tra cui il Bacino dei Fanghi rossi, ed interagisce con le discariche minerarie. Una caratteristica peculiare del Rio San Giorgio è l’intensa presenza di vegetazione, rappresentata principalmente da Phragmites australis, che modifica la geometria della sezione dell’alveo del fiume e interagisce con gli scarti in esso presenti. Gli obiettivi della ricerca sono:  Quantificare gli effetti dell’interazione geosfera-biosfera sull’idrologia, il trasporto e l’immobilizzazione di metalli pesanti (Effetti idrologici, Effetti biogeochimici).  Comprendere i processi microscopici che avvengono nell’interfaccia biosfera-geosfera (Definire la speciazione dei metalli pesanti nella rizosfera e nella pianta, verificare la possibilità di estrazione dei metalli pesanti dai minerali della rizosfera, o viceversa fissazione degli stessi in biominerali, comprendere i processi alla scala molecolare) La ricerca sarà organizzata in tre fasi: la prima relativa all’elaborazione dei dati già raccolti nel Tracciamento Idrologico del Rio San Giorgio e alla descrizione complessiva del sistema geosferabiosfera. La seconda fase verterà sull’analisi del ruolo della Phragmites australis, verificando per lotti discreti di 1 m2 il contenuto in Zn nelle varie parti della pianta, nell’acqua dei pori del suolo e nella rizosfera. La terza fase tratterà i processi microscopici nell’interfaccia geosfera-biosfera tramite applicazioni di luce di sincrotrone, e studio dei rapporti isotopici. Per quanto concerne lo stato dell’arte si può far riferimento a molteplici pubblicazioni. Riguardo la tecnica del tracciamento idrologico si può ricordare qui che essa è richiesta dall’USEPA prima e dopo la bonifica di un sito inquinato, permette di quantificare le portate in alveo del fiume e degli affluenti; calcolare i bilanci di massa basati su uso di traccianti chimici ed individuare le singole sorgenti di contaminanti e valutarle quantitativamente. La Phragmites australis sembrerebbe limitare il carico di metalli pesanti ed essere capace di assorbire e traslocare lo Zn, frazionando i suoi isotopi. Durante le ricerca verranno utilizzati vari strumenti:  Diffrattometria a raggi X (XRD) sorgente convenzionale e sincrotrone- Indagini mineralogiche dei materiali solidi  Microscopia elettronica a scansione (SEM) e a trasmissione (TEM)- Speciazione solida dei metalli pesanti.  Spettrometria di emissione ottica e di massa con sorgente al plasma (ICP-OES e ICPMS) Analisi dei metalli nelle soluzioni acquose  Spettroscopia infrarossa (IR)- caratterizzazione delle molecole presenti  Microscopio a raggi X (STXM)- Mappatura degli elementi su sezioni ultrasottili  Mullti collector MC-ICP-MS- Studio degli isotopi di Zn in collaborazione con USGS  X-ray Absorption Spectroscopy (XAS)- Studio delle interazioni del metallo all'interno biosistemi Per quanto concerne i dati preliminari è stato effettuato il tracciamento del rio San Giorgio nel 2012, il campionamento ha riguardato 19 sezioni lungo il fiume più 9 affluenti . Sulla base della chimica dell'acqua, il corso d’acqua è stato diviso in 3 gruppi, che si differenziano per la concentrazione di SO42-, che è inversamente correlato con HCO3-. La portata è aumentata lungo il fiume da 17,4 L / s al 36,7 l/s. Il carico di Zn ha mostrato un picco improvviso di 6 kg / giorno dopo la ricezione degli affluenti che sono in concomitanza con i Fanghi Rossi per poi diminuire dopo aver attraversato la palude di Sa Masa. I dati preliminari indicano che l'intensa vegetazione presente nell’alveo aumenta lo scambio tra sistema iporreico ed alveo di 2-3 volte rispetto ai sistemi non vegetati Oltre a questo effetto idrologico, i processi di interazione tra fiume e Phragmites australis (interazione geo-biosfera) potrebbero svolgere un ruolo sostanziale nella riduzione del carico di metalli pesanti. Sono in corso l’elaborazione dei risultati del tracciamento idrologico. Successivamente verrà approfondito con esperimenti ed elaborazioni la ricerca sui processi microscopici di adsorbimento di metalli pesanti attraverso le superfici delle radici di Phragmites australis. I dati preliminari STXM e XAS indicano che lo Zn sembra associarsi con Si e Al in un bordo esterno presso la superficie della radice. Dai dati raccolti sono stati scritti due abstract: uno per il 92° Annual Meeting Deutsche Mineralogische Gesellschaft, l’altro per il 13° Jena Remediation Colloquium.