Torba come archivio naturale. Contaminazione da elementi in traccia aerodispersi

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1 Torba come archivio naturale Contaminazione da elementi in traccia aerodispersi

2 Torbiere Le torbiere sono ambienti umidi presenti in aree caratterizzate da eccesso di acqua, siano esse sponde di laghi e fiumi o superfici piane e versanti ove scorre un sottile velo d acqua. La vegetazione è costituita in prevalenza da specie igrofile (sfagni, muschi, ciperacee e graminacee) che, con le loro parti vegetative morte, danno origine ad un deposito organico detto torba.

3 In senso geologico o pedologico la torbiera è definita come un ambiente ove l accumulo di torba raggiunge uno spessore di almeno 30 cm, che seccandosi perde circa il 75% di acqua e, escluse le sostanze minerali, contiene il 30-35% di carbonio puro. In pratica quindi la torba trattiene una quantità di acqua fino a 8-9 volte il proprio peso secco mentre, per l alta presenza di sostanza organica, una volta essiccata ha un potere calorifico elevato di ca Kcal/Kg. La torbiera è considerata attiva se il processo di accumulo della torba è in atto e morta se tale processo è stato interrotto.

4 Le torbiere sono ambienti tipici di territori dove, a causa del clima temperato e di particolari condizioni idriche ed edafiche, la sostanza organica prodotta dalle piante (briofite in particolare, ma anche graminacee, ciperacee ed altre) non si decompone e tende ad accumularsi formando la torba. Questo fenomeno determina il cosiddetto processo di naturale interrimento degli specchi d acqua.

5 L elemento chiave di una torbiera è il tappeto verde e rosso-bruno di muschi e sfagni il cui spessore può andare da pochi centimetri ad alcuni metri e che, alla base, può avere un età anche di alcune centinaia di anni. La coltre di sfagni cresce sulla superficie, mentre la sua parte inferiore muore e rimane accumulata, formando con il tempo la torba.

6 Tra le regioni italiane il Trentino Alto-Adige è quella più ricca di torbiere: nella sola Provincia di Bolzano sono stati censiti oltre 700 siti con torbiere tipiche e ambienti torbosi di interesse naturalistico. Spostandosi a sud, nell Appennino ligure e modenese si rinvengono numerosi ambienti umidi e torbosi e merita senz altro richiamare alla memoria la sopravvivenza della torbiera di Sibolla, in Toscana, esempio raro, soprattutto se si considera che è sviluppata quasi al livello del mare. Infatti, procedendo ancora più a sud, in Italia centromeridionale rimane degna di nota l isola galleggiante formata da Sphagnum palustre presente al Lago di Posta Fibreno. Le ultime propaggini di qualche interesse sono costituite dalle torbiere basse che si sviluppano in Calabria, in Sila e in Aspromonte, grazie al substrato siliceo e all altitudine elevata

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8 Eriophorum latifolium Carex davalliana Specie delle torbiere meridionali italiane

9 Sphagnum e torbiere Le aree umide dominate dallo Sphagnum rappresentano il 2-3% della superficie terrestre e sono state utilizzate in molti studi per evidenziare sequenze temporali di deposizione Nelle torbiere, diffuse soprattutto nelle regioni boreali a clima freddo, a causa dei ridotti processi di decomposizione della materia organica dovuti alle basse temperature medie e all elevata acidità, si possono conservare residui di muschio anche per migliaia di anni.

10 Sphagnum palustre

11 Capitulum

12 Clorocisti e ialocisti

13 Capacità di trattenere H2O I muschi possono intercettare e trattenere una importante quota delle deposizioni radioattive e di quelle dovute agli elementi in traccia aerodiffusi per l elevato rapporto superficie /massa, perché mancano sia di epidermide o cuticola che di un sistema conduttore ben sviluppato così da limitare il trasporto interno di radionuclidi. Essi dimostrano inoltre un elevato potere assorbente delle deposizioni umide dovuto soprattutto alla presenza di spazi capillari tra filloidi e tra gametofiti adiacenti Nimis,(1996) ha valutato che il potere assorbente di specie come Ptilidium crista-castrensis, Pleurotium schreberi e Dicranum undulatum va da 1 a 3 cm di pioggia in un brevissimo tempo ed è influenzato dalla quantità di tessuti morti e dall intensità della pioggia. Un contributo ritenuto importante per la capacità di bioconcentrazione di Sphagnum, soprattutto per le deposizioni umide, è la eccellente capacità di trattenere l acqua, fino a volte il suo peso secco e la bagnabilità dei gametofiti (Little e Martin, 1974).

14 (Weber,1908) - fango lacustre (fase acquatica) - fango torboso (fase lemnitica) - torba di cannuccia di palude (Phragmites australis) e di ciperacee (fase telmatica o di formazione della torba) - vegetazione arbustiva e forestale a ontano nero (Alnus glutinosa) (fase anfibia) - foreste a betulle (Betula) e pini (Pinus) (fase terrestre) - torba di giuncastrello delle torbiere (Scheuchzeria palustris), carici (Carex) e sfagni (fase telmatica). Questa fase (vedi figura) è comunemente attribuita all arco temporale compreso tra il 3000 e l 800 a.c. - torba di sfagni (fase semiterrestre).

15 Archivio paleobotanico Le torbiere costituiscono elementi di interesse botaniconaturalistico da due punti di vista diversi. In primo luogo, esse ospitano attualmente numerose specie di vegetali infrequenti e di grande interesse fitogeografico. In secondo luogo, forniscono una occasione unica per la conoscenza del paesaggio vegetale delle epoche passate.

16 Torbiere come archivi naturali Gli elementi in traccia aerotrasportati possono entrare negli ambienti umidi di torbiera sia direttamente con le deposizioni atmosferiche sia indirettamente con l apporto di acque di scorrimento che hanno raccolto il particolato depositato nell alveo. Queste devono provenire da paludi ombrotrofiche, in cui i costituenti inorganici della torba derivino esclusivamente da deposizioni atmosferiche ed in cui gli elementi siano immobilizzati.

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18 Torbiere come archivi naturali Quando si usano carote di torba per ricostruire storicamente le deposizioni atmosferiche, generalmente si effettuano determinazioni del contenuto di elementi in traccia a profondità crescenti fino a raggiungere valori di background, corrispondenti in linea generale ad epoche pre-industriali, dando per scontato che nel corso del tempo lo stato ombrotrofico della torbiera non si sia modificato (Bargagli, 1998). La tecnica più largamente usata per ricostruire storicamente la deposizione di elementi in traccia in carote di torba utilizza la determinazione del decadimento di isotopi radioattivi quali 14C, 210Pb e 137Cs.

19 C14 Il Carbonio-14 è un isotopo radioattivo del carbonio con un tempo di dimezzamento di anni (molto breve rispetto a quella di altri radionuclidi). Esso viene continuamente creato attraverso le collisioni di neutroni, generati da raggi cosmici, con l'azoto dell'atmosfera, tanto da costituire una frazione non indifferente del carbonio presente nell'anidride carbonica (CO2). Gli organismi viventi acquisiscono carbonio attraverso l'anidride carbonica: le piante attraverso la fotosintesi, gli animali nutrendosi di piante o di altri animali; il rapporto 14C/12C vale 1,3 x ed è costante nel tempo. Quando un organismo muore, cessa di assumere Carbonio-14 e gli isotopi presenti nel suo corpo iniziano a decadere con il caratteristico tempo di dimezzamento (5.730 anni). La quantità di Carbonio-14 rilevata esaminando i resti dell'organismo fornisce un'indicazione del tempo passato dalla sua morte. Questa datazione non può spingersi però indietro oltre i anni

20 U/Pb La datazione uranio-piombo è una delle tecniche più usate: la sua precisione è tale che l'errore nel datare una roccia di circa tre miliardi di anni con questa tecnica è inferiore ai due milioni di anni. Uno dei grandi vantaggi di questa tecnica è che sfrutta due differenti orologi isotopici presenti nel campione, uno basato sul decadimento dell'uranio-235 nel Piombo-207 (con un tempo di dimezzamento di circa 700 milioni di anni) ed uno basato sul decadimento dell'uranio-238 nel Piombo-206 (con un periodo di dimezzamento di circa 4.5 miliardi di anni), i quali forniscono un controllo incrociato che permette la determinazione precisa dell'età del campione anche se sono state perse delle quantità di piombo.

21 Records da una torbiera in Belgio (De Vleeschourwer et al., 2007) Hautes Fagnes Plateau (SE Belgium) Situato vicino a miniere di Pb-Zn estratte tra il 19 e 20 secolo Circondato da siti archeologici romani Carote di 1m per 10 cm, tecnica combinata 14C e 210Pb Evidenze di eventi di inquinamento antropico riconducibili ai periodi del primo e tardo impero romano, medioevo, rivoluzione industriale, introduzione della benzina con Pb e successivamente dell introduzione della benzina verde

22 Pb, Pb EF e 206Pb/207Pb

23 Records da una torbiera in Siberia (Tositti et al., 2006) Colonne di torba sono state analizzate per polline,spore, carbone, trace elements e γ- emissioni per caratterizzare la composizione di un corpo celeste non identificato caduto nel 1908 e i livelli di inquinamento di background La correlazione tra Ni, Co e Cu suggerisce la connessione dell area con attività minerarie e di lavorazione di metalli nel Nord della regione Le concentrazioni del radionuclide artificiale 137Cs corrispondono a valori di bassa contaminazione dovuti al fall-out globale dei test nucleari della guerra fredda

24 L influenza del corpo celeste è visualizzabile come una imponente discontinuità nel profilo palinologico della carota ad una profondità corrispondente allo strato del 1908 (determinazione con 210Pb) e in coincidenza di un fortissimo aumento dei pollini Successivamente vi è la mancanza di pollini e l aumento progressivo di spore di Sphagnum

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26 Records da una torbiera delle Alpi meridionali ( Gerdol et al., 1994) Misure del 137Cs dopo l incidente di Chernobyl in due siti del Trentino Le concentrazioni di picco sono state misurate nei tessuti prodotti nel 1986 e negli anni successivi Ciò è dovuto ad una continua ri-traslocazione del 137Cs verso il capitulum e alla similitudine chimica tra Cs e K Nei 2 siti sono presumibilmente arrivate concentrazioni simili di radiocesio, ma queste sono significativamente più elevate in uno dei due, come conseguenza delle condizioni meteorologiche diverse Gli Autori concludono che il 137Cs non è adatto a scopi di datazione a causa della sua elevata mobilità nei tessuti di Sphagnum e della mancanza, nei siti investigati, di minerali argillosi che potrebbero legarlo stabilmente; infatti, mentre il picco di concentrazione del 137Cs risultava evidente tre anni dopo il disastro di Chernobyl, risultava praticamente scomparso dopo altri tre anni.