Riassunto analitico
L’applicazione dell’idrogeochimica e geochimica isotopica nello studio delle frane profonde rappresenta uno strumento fondamentale per definire le geometrie della circolazione idrica sotterranea, i limiti laterali del corpo di frana, i meccanismi di ricarica, di propagazione e l’evoluzione chimica dell’acqua nel sottosuolo. Il carattere conservativo e la naturale occorrenza in svariati contesti idrogeologici rende gli isotopi ambientali degli strumenti molto potenti nello studio dei processi idrogeologici interni alle frane. Il presente progetto di Dottorato si è focalizzato sull’uso di tecniche isotopiche (δ18O, δ2H, 87Sr/86Sr, 11B/10B, 3H) per comprendere i percorsi e processi che interessano le acque sotterranee ospitate nelle frane di Berceto e Montecagno in Appennino settentrionale. Si tratta di frane profonde in roccia, terra e detrito, lente ma attive che interessano interi versanti su cui sorgono paesi e che per questo sono da tempo monitorate con inclinometri, GPS, interferometria radar da satellite e da terra. Il monitoraggio ha evidenziato una stagionalità nel trend deformativo che è correlata con le variazioni stagionali delle piogge e del livello piezometrico. Nella frana di Berceto lo studio è stato comprensivo di analisi isotopiche (δ18O-δ2H, 87Sr/86Sr, 3H) ed idrochimiche, test di leaching, modellazione idro-geochimica, principal component analysis monitoraggio piezometrico. δ18O–δ2H hanno evidenziato un’origine meteorica per le acque mentre usando la relazione δ18O-quota per l’area di Berceto, sono state stimate le quote di infiltrazione delle acque sotterranee. L’uso di δ18O–δ2H e 87Sr/86Sr, supportato da modellazione idro-geochimica e PCA, ha escluso per la frana un’alimentazione da parte del vicino fiume Baganza ed ha evidenziato i processi di interazione acqua-roccia e i fenomeni di mescolamento che avvengono tra le acque sotterranee all’interno alla frana. Il 3H e il monitoraggio piezometrico hanno evidenziato sotto al paese di Berceto, in prossimità della superficie di scivolamento, la presenza di un acquifero semi-confinato con tempi di residenza delle acque maggiori di 60 anni ed in cui prevale il trasferimento di pressione con una velocità reale di flusso di pochi metri all’anno. Nella frana di Montecagno lo studio ha previsto delle indagini idrogeologiche (low flow pumping test, slug test, point dilution test, monitoraggio piezometrico, portata delle sorgenti e delle opere di drenaggio), delle indagini idrochimiche e multi-isotopiche (δ18O-δ2H, 87Sr/86Sr, 11B/10B e 3H). Le indagini idrogeologiche hanno permesso di definire i parametri idrogeologici fondamentali dei materiali coinvolti dalla frana (K, S) e l’andamento idrodinamico giornaliero ed annuale della falda sotterranea. δ18O–δ2H hanno individuato una provenienza meteorica per le acque nell’area di frana mentre la relazione δ18O-quota, per l’area di Montecagno, ha permesso di individuare le quote di infiltrazione di tali acque e di confermare una corrispondenza con le quote più alte del bacino di ricarica. Il confronto dell’andamento temporale di δ18O in diversi punti ha evidenziato diverse risposte alle precipitazioni nei diversi settori della frana, mentre lo 87Sr/86Sr ha permesso di legare questa diversa risposta all’esistenza di due circuiti idrogeologici posti a diverse profondità ma caratterizzati da tempi di percorrenza e residenza delle acque simili (3H) di qualche mese. Inoltre il circuito più superficiale ha evidenziato valori di 11B/10B chiaramente legati a fenomeni d’inquinamento antropico derivati dal soprastante paese. Dal progetto di Dottorato si evince l’utilità degli isotopi nella definizione dei processi e dei percorsi delle acque sotterranee nelle frane profonde.
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Abstract
The application of hydrogeochemistry and isotope geochemistry techniques to deep seated landslide represents a relevant tool in landslide research in order to define the landslide boundaries, water-rock interactions and hydrological processes taking place inside this complex phenomena.
Particularly the successful application of environmental isotopes depends on their conservative behavior coupled with naturally occurrence in hydrological contests making them a powerful tracer of hydrological processes involving landslides.
The PhD project is focused on the application of isotopic techniques (δ18O, δ2H, 87Sr/86Sr, 11B/10B, 3H) to the Berceto and Montecagno deep-seated landslides (northern Apennines, Italy) in order to provide a better understanding of groundwater processes involved in landslide deformation
Specifically study sites consist of active slow landslides affecting slopes made by rock, earth and debris and characterized by the presence of villages that justified the monitoring activities performed for a long time using different techniques including inclinometers, GPS, total station, SAR Interferometry and ground radar. The continuous monitoring highlighted a seasonality in the landslide deformation pattern correlated with the seasonal rainfall pattern and the groundwater level.
In the Berceto deep seated landslide a study focused on isotopes surveys (δ18O-δ2H, 87Sr/86Sr, 3H) and comprehensive of groundwater chemical analysis, leaching test, geochemical modeling, PCA and groundwater monitoring has been performed. Stable isotopes δ18O–δ2H revealed a meteoric origin for sampled water while using the δ18O-elevation relationship obtained for the Berceto slope the recharge altitude for groundwater has been estimated. The coupling of δ18O–δ2H and 87Sr/86Sr results allowed to deny an hydraulic connection between Berceto landslide and the Baganza River located upstream while coupling 87Sr/86Sr with chemical analysis the complexity of groundwater flow paths and underground water-rock interaction, depending on the heterogeneity of landslide body, have been highlighted and subsequently confirmed by geochemical modeling and PCA. Moreover 3H highlight the presence below the Berceto town, in the proximity of the sliding surface, of a semi-confined aquifer showing time travel older than 60 years and in which pressure transfer prevails with real velocity of few meters to years.
In the Montecagno deep seated landslide a study made by hydrological surveys (low flow pumping test, slug test, point dilution test, groundwater levels monitoring, spring discharge), groundwater chemical analysis and multi-isotope investigations (δ18O-δ2H, 87Sr/86Sr, 11B/10B and 3H) have been performed. Hydrological surveys contribute to identified the landslide hydrogeological parameters (K, S), the daily and annual hydrodynamic pattern of groundwater. Stable isotopes δ18O–δ2H revealed a meteoric origin for sampled water while using the δ18O-elevation relationship obtained for the Montecagno slope the recharge altitude for groundwater hosted in landslide body has been estimated and the correspondence with the higher watershed altitude has been confirmed. The δ18O pattern of monitored points showed portions of landslide responding differently to precipitation events while coupled with 87Sr/86Sr the existence of two hydrological circuits characterized by similar water transit time (provided by 3H) of some months and located at different depth is highlighted. Among them the shallower shows 11B/10B typical values of anthropic pollution phenomena.
The PhD project highlighted the central role exercised by environmental isotopes in the revealing of groundwater processes affecting deep seated landslide.
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