Acque Sotterranee: effetto del clima e loro debolezze

L’articolo che segue vuole costituire un’introduzione allo studio della presenza di grandi riserve d’acqua esistenti nel sottosuolo del nostro pianeta; solitamente molto pura ovvero non inquinata. Questo in contrapposizione, anzi in giustapposizione, alle numerose ricerche scientifiche dedicate alle acque superficiali, più agevolmente sfruttabili, ma solitamente inquinate. Gli autori sono ricercatori di Università di differenti Paesi, costituendo un esempio di doverosa collaborazione nell’individuazione di soluzioni a problematiche che investono il futuro dell’umanità intera.

Introduzione

Molti esponenti di spicco nell’ambito della ricerca idrogeologica propongono una ‘grande sfida’ per la ricerca d’acqua dolce, richiamando a nuove riflessioni sul sistema dell’acqua globale definito dalle interazioni del ciclo fisico dei processi biogeochimici dell’acqua, e dei fattori antropici che si estendono su una vasta scala che va dal locale al globale. Questi esperti hanno inoltre evidenziato le connessioni causa-effetto delle vulnerabilità regionali anche a lunghe distanze, in risposta alle modifiche apportate al sistema idrico globale.

Le acque sotterranee sono una componente importante del sistema di acqua dolce e il loro ruolo sta diventando anche più prominente poiché le risorse idriche di superficie, più accessibili al momento, sono sempre più sfruttate per sostenere l’aumento delle popolazioni ed il loro sviluppo. Nonostante la grande importanza delle acque sotterranee rispetto a quelle di superficie, la ricerca fin qui condotta su queste risorse idriche è particolarmente carente, in particolare nel contesto della valutazione sull’impatto del cambiamento climatico.

La convergenza su questo tema è necessaria per ampliare l’attuale limitata conoscenza dei sistemi di acque sotterranee e dei loro legami con il clima.

L’approccio qui indicato esplora le questioni correlate alle risorse idriche sotterranee, legate alle modifiche climatiche ed alla vulnerabilità su scala regionale in diversi continenti e nel mondo.

Il ruolo delle acque sotterranee

Dopo l’acqua immagazzinata nei ghiacci, le acque sotterranee sono di gran lunga la più grande risorsa d’acqua dolce sulla Terra. Si tratta di una risorsa relativamente pulita, affidabile ed economica, soprattutto nelle zone con acqua superficiale limitata, come parti dell’Africa, che sono quasi completamente dipendenti dalle acque sotterranee. Non è quindi una sorpresa che queste svolgano un ruolo importante come acqua potabile e per l’irrigazione in agricoltura, con circa il 40% dell’alimentazione prodotta da superfici agricole irrigate. Le acque sotterranee svolgono anche un ruolo significativo nel mantenimento dei sistemi di acque superficiali, immettendosi nei laghi e alimentando i fiumi. Questi “flussi ambientali” sono spesso cruciali per il mantenimento della biodiversità nonché dell’habitat degli ecosistemi sensibili. Tuttavia, tutte queste funzioni diventano sempre più vulnerabili dipendendo anche dai cambiamenti climatici.

Il cambiamento climatico

Come riportato dall’IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), ovvero dal foro scientifico formato nel 1988 da due organismi delle Nazioni Unite, l’Organizzazione meteorologica mondiale (WMO) ed il Programma delle Nazioni Unite per l’Ambiente (UNEP) allo scopo di studiare il riscaldamento globale, nel corso del XX secolo, le precipitazioni totali sono aumentate nelle zone di alte latitudini settentrionali e diminuite in alcune regioni sub-tropicali e in quelle di bassa-media latitudine. Anche le temperature medie globali dell’aria e degli oceani sono aumentate e negli ultimi cinquant’anni i giorni caldi, le notti calde e le ondate di calore sono diventare più frequenti. Simulazioni di modelli climatici indicano che queste tendenze continueranno nel XXI secolo. Non solo le precipitazioni nella loro totalità subiranno cambiamenti, ma anche l’intensità e la variabilità delle precipitazioni. Dal 1970 la frequenza di forti precipitazioni è aumentata, mentre la superficie delle terre classificate come molto secche è più che raddoppiato. Queste condizioni climatiche estreme sono la causa di un aumento della frequenza di gravi siccità e inondazioni.

Conseguenze legate al clima sulle acque sotterranee

Una modifica delle precipitazioni insieme ad una maggiore evapotraspirazione legata all’aumento delle temperature interesserà i tassi di ricarica naturale delle acque sotterranee e le profondità delle falde acquifere. In zone umide, un’elevata variabilità delle precipitazioni potrebbe avere un impatto negativo sulla naturale ricarica in quanto ci sono prove che suggeriscono che il rapporto tra lo scorrimento superficiale e le precipitazioni aumenta con l’intensità delle piogge. Nelle regioni aride e semi-aride tuttavia, l’aumentata variabilità delle precipitazioni potrebbe aumentare la ricarica poiché piogge intense sono in grado di infiltrarsi nel terreno più velocemente del manifestarsi dell’evaporazione. Pertanto, l’impatto netto in un determinato luogo dipenderà dalla variazione sia del totale delle precipitazioni sia dalla variabilità delle precipitazioni stesse. Le falde acquifere subiscono le conseguenze della siccità e delle fluttuazioni del clima molto più lentamente dei bacini superficiali; ne consegue che rispetto a bacini superficiali, le falde acquifere fungono da contenitore più efficace durante i periodi di siccità soprattutto quando hanno una maggiore capacità. Impatti legati al clima sulle profondità delle falde freatiche sono comunque difficili da stabilire nel breve termine mentre i dati sul lungo termine sono generalmente mancanti. Esiste qualche prova che i livelli delle acque sotterranee in bacini acquiferi situati vicino a Winnipeg, in Canada, sono in relazione con 3-4 anni di scarto, con cambiamenti della temperatura e delle precipitazioni, con una approssimazione fino a 24 mesi, sebbene, finora non siano state osservate tendenze legate al clima nel lungo termine. Si è trovato che le tendenze legate al clima nel lungo periodo manchino di valutazioni sui livelli delle acque sotterranee nella falda acquifera Edwards in Texas, ma che i livelli delle acque sotterranee sono tuttavia in calo a causa del pompaggio delle acque sotterranee, pompaggio che supera i tassi di ricarica; situazione che si ritrova normalmente anche in diversi altri bacini acquiferi sparsi nel mondo. D’altra parte, si ritiene che il più evidente cambiamento nel bilancio delle acque nella regione dell’Oliver nella British Columbia, Canada, nell’ambito di uno scenario di cambiamento climatico futuro (anni 2050 e 2080), risulti in un maggior contributo della ricarica al bilancio idrico annuale, collegato principalmente agli aumenti del flusso di irrigazione risultante dai bisogni di maggiore irrigazione in occasione di temperature più calde e di più lunghi periodi di crescita dei prodotti agricoli, e si conclude con falde acquifere elevate. Recenti studi sottolineano, rispettivamente, che l’irrigazione ed i flussi che ne derivano, non possono essere trascurati negli studi sull’impatto del cambiamento climatico sui livelli delle acque sotterranee. In più, va sollevata un’altra importante, ma non ovvia, questione relativa al Boom in India della super utilizzazione e conservazione delle risorse di irrigazione laddove le sorgenti sotterranee di irrigazione, attraverso l’uso di tecnologie energetiche inefficienti per il pompaggio delle acque sotterranee, portano a conseguenze sul clima. L’irrigazione con le acque sotterranee è ad alto consumo di energia e la maggioranza di energia usata per il pompaggio delle acque sotterranee è prodotta con gasolio o elettricità generata da carbone che normalmente produce circa il 4-6% del totale delle emissioni di carbonio in India. La crescita esplosiva della necessità di acque sotterranee nel corso degli ultimi decenni, continuerà nei prossimi anni probabilmente sulla scia del cambiamento climatico in quanto paesi come l’India si sforzano di aumentare l’approvvigionamento alimentare. Per cui l’India ha bisogno di massimizzare sia l’utilizzo dell’acqua sia l’efficienza energetica e provocare una transizione da bacini superficiali a ‘bacini acquiferi gestiti’. Questo collegamento tra irrigazione ed energia è la chiave per ridurre al minimo la presenza di carbonio dovuto all’irrigazione in India. L’estrazione eccessiva di acque sotterranee può anche causare problemi relativi alla subsidenza e intrusione di acqua salata, per esempio nelle città costiere in Asia, dove si sono verificati gravi problemi strutturali e inondazioni. Alcune città asiatiche non sono soggette soltanto alla subsidenza ed intrusione di acqua salata, ma sono esse stesse la causa di variazioni nelle temperature delle acque sotterranee che possono essere influenzate dal riscaldamento superficiale dovuto sia ai cambiamenti climatici, sia al riscaldamento locale urbano che può provocare variazioni termiche fino a 100 metri di profondità.

I tempi per lo stoccaggio e il trasferimento di soluti in falda sono molto maggiori per le acque sotterranee che per gli impianti idrici superficiali, ciò può dare problemi se le risorse sotterranee non sono adeguatamente protette dal momento che cambiamenti nel bilancio tra la vie di deflusso di superficie e sotterranee possono influenzare la lisciviazione delle sostanze organiche dal suolo in acque sotterranee e causare problemi di inquinamento.

Indipendentemente dai futuri scenari climatici, tuttavia, la quantità di sostanze organiche delle acque sotterranee appare destinata ad aumentare in quanto dipende principalmente dalla lenta immissione nel tempo di sostanze originate dalle pratiche del passato di gestione dei terreni agricoli (la c.d. “nutrient time-bomb”).

Vulnerabilità e gestione futura

In molti casi, le persone più vulnerabili a queste variazioni sono quelle abitanti nei Paesi economicamente meno sviluppati che non hanno la capacità di adattamento ai cambiamenti. Pertanto, la riduzione della povertà risulta essere un elemento complementare e altrettanto basilare per i destini idrogeologici di un territorio oltre che essenziale per il raggiungimento degli Obiettivi di Sviluppo del Millennio.

Paesi come l’India, il Pakistan, l’Iran, l’Arabia Saudita, il Marocco e la Cina (orientale) hanno indici particolarmente elevati di sensibilità poiché soffrono di una forte carenza idrica, prendono più del 30% del loro approvvigionamento di acqua da acque sotterranee e hanno un basso indice di sviluppo medio umano. Anche molti paesi africani e le regioni semi-aride del Messico, sud-ovest USA e Australia, hanno indici di alta sensibilità. Oltre il 15% della popolazione mondiale potrebbe essere colpita da una diminuzione delle risorse idriche sotterranee rinnovabili di almeno un 10% nel futuro.

Una gestione efficace delle acque sotterranee è vista come una componente chiave particolarmente importante; ma è anche un concetto centrale nell’Ingegneria dei Sistemi della Terra, che trova soluzioni sostenibili in quanto necessita di un approccio integrato di sistemi umani e naturali.

Le misure di adattamento, necessarie per rispondere ai cambiamenti nei sistemi delle acque sotterranee attraverso impatti del cambiamento climatico, possono essere formulate su una solida base di osservazioni nel lungo periodo. Vi è quindi una sostanziale necessità di monitorare costantemente i sistemi di acque sotterranee e il loro ricaricare. Vi è anche la necessità di migliorare i modelli di calcolo legati al ciclo idrologico ad un punto tale che possano essere rilevanti al fine di un processo decisionale.

Le acque sotterranee sono un’importante risorsa, particolarmente vulnerabile agli effetti diretti o indiretti di un cambiamento climatico e quindi hanno bisogno di un’attenta gestione. I progressi tecnologici raggiunti nei secoli XIX e XX non sono sufficienti da soli a gestire quel “bene comune” che è l’acqua sotterranea. Le istituzioni e le strutture di governance politiche sono altresì importanti: i metodi e le politiche dirette ad un uso sostenibile delle risorse globali come le acque sotterranee, in risposta a cambiamenti idrologici provocati dal clima e in combinazione con ulteriori sollecitazioni di crescita della popolazione e dei consumi, associati a cambiamenti nello sfruttamento dei terreni, saranno la sfida principale per la gestione delle acque nel XXI secolo.