Piattaforma per acqua, gas e calore
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L'80% dell'acqua potabile della Svizzera proviene dalle falde acquifere. Molti importanti bacini idrografici si trovano lungo i fiumi più grandi. Se questi vengono arginati dalle centrali elettriche o modificati a seguito di misure di protezione dalle inondazioni e di riqualificazione ecologica, ciò può influire sui percorsi di flusso e sui tempi di permanenza delle acque sotterranee tra il fiume e la stazione di pompaggio. Ad esempio, si teme che un'eccessiva quantità di acqua fluviale possa penetrare improvvisamente nel sottosuolo e raggiungere rapidamente i pozzi di acqua potabile. Il tempo in cui l'acqua del fiume attraversa il sottosuolo ghiaioso-sabbioso potrebbe quindi diventare troppo breve per una sufficiente depurazione dell'acqua.
Scoprire dove l'acqua del fiume entra nelle acque sotterranee o viceversa e quanto raggiunge i pozzi d'acqua potabile e in quale arco di tempo è una questione complessa. Da un lato, ovviamente, perché ciò che accade nel sottosuolo non è visibile, ma dall'altro anche perché la geologia e quindi le condizioni fisiche possono cambiare praticamente da metro a metro. I modelli di ingegneria idraulica - come nel caso del Reno alpino in scala 1:50 in una sala di Dornbirn (AUT) - non possono simulare i processi delle acque sotterranee. Anche la modellazione al computer ha i suoi limiti. Rimangono gli esperimenti sul campo. Nel caso del Reno alpino, ad esempio, il letto del fiume è stato strappato con un escavatore su un breve tratto per simulare cosa potrebbe accadere se il fiume, ora fortemente canalizzato, venisse allargato.
Video sull'uso dell'analizzatore mobile di gas GE-MIMS (Mini-Ruedi) sul Reno alpino. (in tedesco)
In precedenza, durante questi test l'acqua del fiume veniva colorata o mescolata con notevoli quantità di sale. Nei punti di pompaggio dell'acqua potabile, la diluizione veniva poi utilizzata per misurare o calcolare la velocità e la quantità di acqua del fiume che era affluita attraverso le acque sotterranee. Da alcuni anni l'Eawag sta studiando come marcare l'acqua del fiume, e in alcuni punti delle acque sotterranee, non con il colore o il sale, ma con piccole quantità di gas nobili come l'elio, il kripton o lo xeno disciolti nell'acqua. Utilizzando un dispositivo di misurazione dei gas altamente sensibile e mobile (GE-MIMS o "Mini-Ruedi"), anch'esso sviluppato presso l'Eawag, è possibile misurare sul posto le concentrazioni e i tempi di flusso nelle acque sotterranee pompate e calcolare i rapporti di volume.
Il nuovo metodo presenta diversi vantaggi: In primo luogo, i gas nobili non contaminano l'acqua. Non modificano l'acqua in termini di odore, sapore o attività biologica. In secondo luogo, l'acqua può essere etichettata con gas diversi in punti diversi e allo stesso tempo. Le misurazioni possono quindi essere utilizzate per calcolare situazioni più complesse. In terzo luogo, l'analisi è molto veloce grazie allo spettrometro di massa mobile. Funziona praticamente in tempo reale, senza la necessità di trasportare campioni o di svolgere attività di laboratorio.
Nel caso degli esperimenti sul Reno alpino, l'etichettatura dell'acqua con gas nobili si è dimostrata efficace. Come riferiscono i ricercatori in un articolo pubblicato sulla rivista Frontiers in Water i risultati sono stati altrettanto precisi di quelli delle misurazioni parallele con colori fluorescenti. Inoltre, le misurazioni effettuate per un periodo di oltre sei mesi hanno mostrato che i cambiamenti iniziali dovuti alla lacerazione del letto del fiume si sviluppano nuovamente nel corso del tempo, in quanto le grandi lacune si riempiono di nuovo di materiale fine.
Nuove applicazioni per la misurazione mobile dei gas
L'etichettatura dei liquidi con gas nobili e la misurazione rapida durante i processi geochimici o geofisici in corso aprono possibilità completamente diverse oltre al monitoraggio delle acque sotterranee. In uno studio appena pubblicato sulla rivista Relazioni scientifiche di Nature i ricercatori dell'Eawag e un team di altri istituti mostrano come l'hanno utilizzato per tracciare i percorsi e il comportamento dellaCO2 liquida iniettata in strati profondi di roccia. Il processo di raccolta e stoccaggiodella CO2, noto anche comesequestro della CO2, è considerato in tutto il mondo come uno dei modi per rimuovere il gas serra dall'atmosfera a lungo termine. Perché funzioni, è necessario che non ci siano "perdite" nello strato di roccia sopra il sito di stoccaggio. Questo può essere verificato attraverso la misurazione dei gas.
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