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Monitoraggio geochimico delle falde acquifere Etnee
S. Bellomo, L. Brusca, W. D'Alessandro, M. Longo

Idrogeologia:
L’edificio vulcanico Etneo, con uno spessore complessivo di 2000 m, è costituito da una successione estremamente eterogenea di orizzonti lavici molto permeabili (k=10-5-10-7cm/s) intercalati a livelli discontinui di piroclastici scarsamente permeabili (Kieffer,1970) impostati su un basamento sedimentario costituito da rocce impermeabili (K=10-7-10-13 cm/s Schilirò, 1988) di età variabile dal Cretaceo al Quaternario, formanti un anticlinale immergente verso SE che raggiunge la sua quota più alta a 1300 m slm (Lentini,1982). Sull’Etna manca un vero e proprio reticolo idrografico, le acque per lo più tendono ad infiltrarsi alimentando così la circolazione idrica nel sottosuolo. L’importanza dell’infiltrazione effettiva è rimarcata dalla notevole portata delle sorgenti distribuite lungo il perimetro dell’edificio vulcanico, al contatto con il basamento sedimentario e soprattutto lungo la linea di costa, dove un ingente quantità d’acqua viene scaricata a mare. (Ogniben, 1966 ; Ferrara, 1975). La ricarica annua ammonta a circa 0.7 km3, facendo dell’Etna uno dei più grossi reservoir d’Europa. Gli orizzonti lavici ospitano gli acquiferi alimentati dalle precipitazioni e dalla fusione della neve alle quote più elevate in primavera ed all’inizio dell’estate. Dal punto di vista idrogeologico l’Etna è articolato in varie aree di deflusso con andamento pressoché radiale ma con asse eccentrico spostato verso ovest rispetto ai crateri centrali, in corrispondenza del culmine del basamento sedimentario (1300 m slm). 		Foto dell'Etna
E’ dunque ipotizzabile che parte delle acque che si infiltrano nell’alto versante occidentale possano andare ad alimentare le falde presenti nel versante orientale (Ogniben, 1966). Sulla base di dati geologici, strutturali e geofisici si possono distinguere tre bacini idrogeologici principali che grossomodo corrispondono a tre settori del vulcano, SW, N e E, tributari rispettivamente del fiume Simeto, del fiume Alcantara e del mare Ionio (Ferrara,1975).
Il bacino Orientale è il più importante in relazione alla notevole quantità d’acqua in esso raccolta, per altro abbondantemente sfruttata. I dati di Trizio hanno permesso di associare a questo bacino tempi di circolazione delle acque sotterranee abbastanza brevi (1 – 20 anni) rispetto a quelli associati al bacino di SW (> 50 anni).( D’Alessandro et al., 2001).
Caratteristiche chimico-fisiche:
La presenza di un basamento sedimentario impermeabile sotto l’Etna evita che le acque sotterranee raggiungano una notevole profondità limitandone la termalizzazione. La temperatura media misurata dell’acque sotterranee, infatti, è generalmente inferiore ai 25°C (Aiuppa et al.,2003); l’unica eccezione è rappresentata  dall’acquifero che alimenta i vulcanetti di fango noti come “Salinelle” di Paternò ubicati alle pendici del fianco SW del vulcano. Le acque  di quest’area sono caratterizzate da una abbondante fase gassosa e mostrano le caratteristiche tipiche delle acque associate ai depositi di idrocarburi.
 I fluidi magmatici interagiscono con gli acquiferi superficiali modificandone le condizioni chimico-fisiche. I principali processi che  controllano la composizione chimica degli acquiferi etnei sono:
  • Interazione con CO2 di origine magmatica. L’ingresso in falda di CO2 abbassa il valore di pH rendendo le  acque sotterranee più aggressive rispetto alle rocce basaltiche che le ospitano; ciò determina un elevato contenuto nello ione bicarbonato rispetto al resto degli ioni disciolti. Tali acque in termini composizionali, vengono classificate come bicarbonato alcalino terrose. La concentrazione di gas disciolti è più evidente negli acquiferi prossimi alle numerose zone attive e fratture presenti nel vulcano (Paternò-Belpasso SSW e Zafferana–S.Venerina E) (D’Alessandro et al., 1999).
  • Miscelazione con ”brine” idrotermali. Queste ultime, risalgono attraverso il basamento sedimentario, ed emergono non diluite soltanto nei vulcanetti di fango presenti presso l’abitato di Paternò (Salinelle). Le “brine” hanno una composizione ipersalina di tipo clorurato sodico, assimilabile ad acque connate di origine marina modificate poi dall’intensa interazione acqua-roccia. Esse sono inoltre caratterizzate da una fase gassosa gorgogliante a CO2 dominante di chiara origine magmatica ed alte percentuali di CH4 proveniente da depositi di idrocarburi presenti nel basamento sedimentario. In seguito al processo di mixing, ai tempi di residenza piuttosto lunghi ed ad una più marcata interazione acqua roccia, molte delle acque di falda presenti nel fianco SW del vulcano sono caratterizzate da una temperatura più elevata ed una composizione più salina (Cloruro-alcaline) rispetto alle altre acque etnee (Brusca et al.,2001).
grafico dei Trianioni
Diagramma classificativo delle acque in base ai rapporti tra le specie aninoniche Cl, SO4, HCO3. I campioni sono dispinti per bacino idrografico. 		Grafico dei Tricationi
Diagramma classificativo delle acque in base ai rapporti tra le specie cationiche Na+K, Mg, Ca. I campioni sono dispinti per bacino idrografico.
  • Condizioni idrogeologiche differenti fra i versanti. Nel settore Est  la risalita di acque ipersaline, se presente, è mascherata dalle diverse condizioni idrogeologiche che caratterizzano questo fianco del vulcano (maggiore estensione del bacino idrogeologico, abbondanti precipitazioni) che determinano un maggiore deflusso di acqua. 
  • Utilizzo di fertilizzanti per coltivazioni agricole. Alcune delle acque etnee presentano elevati tenori di Cloruri e Solfati dovuti ad inquinamento derivante dall’utilizzo di fertilizzanti (Solfato di ammonio o di calcio) nelle attività agricole.
Monitoraggio dell’attività vulcanica:
Sin dal 1987 vengono regolarmente monitorati 16 tra pozzi, sorgenti e gallerie drenanti, focalizzando in particolare l’attenzione sulle aree sede di intensa attività sismica locale e di anomalie gravimetriche, interessate da degassamento diffuso la cui chiara origine magmatica è dimostrata dai caratteristici rapporti isotopici dell’elio e del carbonio, (Paternò-Belpasso e Zafferana-S.Venerina). L’attività di monitoraggio viene effettuata con cadenza mensile e consiste nella misura di parametri chimico-fisici quali temperatura, pH, conducibilità elettrica, Eh, livello freatico, portata; inoltre, vengono prelevati campioni di acque su cui, attraverso analisi di laboratorio, sono determinati i costituenti maggiori, minori ed in tracce oltre che le fasi gassose disciolte.

 Mappa Etna discreto
Grafico 1
Grafico 2
Le attività di monitoraggio sulle falde etnee negli anni passati ha fatto registrare un notevole  incremento sia della  temperatura  media degli acquiferi  sia della pressione parziale della CO2 disciolta prima e durante l’imponente eruzione del 1991-1993 (oltre  0.23 Km3 di lava emessa). Le anomalie che hanno interessato, in maniera pressoché sincrona, la totalità delle falde  monitorate, sono state attribuite ad un rilascio di gas magmatici negli acquiferi. E’ stato stimato un rilascio di energia, sotto forma di calore, pari a circa a 2·1015 J, equivalente soltanto allo 0.2% rispetto all’energia rilasciata in seguito durante l’attività eruttiva (circa 9·1017 J).
Per supportare un così elevato rilascio di calore è stata calcolata una quantità di gas disciolta negli acquiferi pari circa al 7% della quantità totale di magma eruttato. In altre parole, il magma, prima dell’evento eruttivo, ha perso una elevatissima quantità di volatili attraverso faglie e fratture e che la quantità e la profondità del magma è stata tale da produrre anomalie in settori dell’edificio distanti oltre 30 Km.
Dopo le anomalie registrate nel 1991-93 sono stati osservate variazioni più contenute nei segnali geochimici monitorati.
Si ricorda un incremento della pressione parziale della CO2 disciolta a partire dal 1997 legato all’intrusione di nuovo magma che in seguito ha alimentato le eruzioni del  Febbraio-Novembre 1999 e Luglio-Agosto 2001. Il culmine dell’anomalia è stato registrato  a Gennaio 1998, in corrispondenza di un grosso sciame sismico (Bonaccorso and Patanè, 2001). Dalla seconda metà del 2005 è stato osservato un nuovo trend crescente nei valori di pressione parziale della CO2 disciolta nelle falde, accompagnato da anomalie nei tenori di CO e CH4 disciolti in entrambi i settori dell’edificio che è culminato nel Marzo 2006, precedendo l’inizio dei fenomeni eruttivi di Luglio 2006.
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