Analisi dei risultati dei recenti studi idrogeologici svolti nell'acquifero carsico che alimenta le sorgenti di Su Gologone (Sardegna Centro- Orientale)

 

Riassunto

Quanto segue riporta i risultati di una campagna di studi idrogeologici condotta per conto dell’Assessorato Ambiente della Provincia di Nuoro, in collaborazione con la Federazione Speleologica Sarda, nell’acquifero carsico che alimenta la sorgente di Su Gologone, la più importante di tutta la Sardegna. Questa ricerca si è svolta nell’ambito di un progetto europeo denominato Balbuzard, sottoprogetto “Le Radici dell’Acqua”, finalizzato ad acquisire dati oggettivi sullo stato chimico fisico delle acque sotterranee in provincia di Nuoro da inserire in uno specifico programma di educazione ambientale. L’acquisizione dei dati analitici è stata possibile grazie al monitoraggio dei parametri di temperatura e conducibilità nonché della variazione dei livelli idrici manifestatisi presso la sorgente carsica nel periodo compreso tra il 15 Ottobre 2007 ed il 15 Ottobre 2008. Oltre alla misura dei predetti parametri, il set di dati d’analisi è stato completato con il monitoraggio delle variazioni di concentrazione nell’acqua di un particolare tracciante atossico, la fluoresceina sodica, iniettata dagli speleologi nell’acquifero carsico nel Luglio 2007. Quest’ultimo studio, in particolare, fa seguito ai tracciamenti geochimici già effettuati dalla Federazione Speleologica Sarda negli anni 1999 e 2002, che permisero di accertare, definitivamente, il già supposto collegamento idrogeologico tra le porzioni d’acquifero poste sotto i Supramonte di Orgosolo ed Urzulei e la sorgente di Su Gologone. L’analisi dei dati di monitoraggio ha consentito, in particolare, di determinare le caratteristiche idrodinamiche generali dell’acquifero carsico, un’accurata stima volumetrica della riserva regolatrice che alimenta la sorgente di Su Gologone e le modalità con cui lo stesso acquifero, nelle diverse fasi idrodinamiche, ha interagito con il tracciante iniettato.

 

 

Inquadramento territoriale

inquadramento

Il bacino idrogeologico che alimenta le sorgenti di Su Gologone è localizzato nella Sardegna centro – orientale e si estende su una superficie complessiva di circa 161,5 Kmq (fig. 1). Le acque superficiali, provenienti anche dai rilievi paleozoici del Gennargentu, s’infiltrano nell’acquifero sia da un reticolo diffuso di fratture in gran parte carsificate sia da alcuni inghiottitoi ubicati prevalentemente in corrispondenza dei contatti tra calcari mesozoici e basamento cristallino (fig. 2). Tra questi punti d’infiltrazione, hanno particolare rilevanza idrologica quelli ubicati nella piana di Fennau e, più in generale, lungo tutti gli alvei superficiali che intagliano il Supramonte di Urzulei. Altri inghiottitoi particolarmente efficaci nell’alimentare l’acquifero carsico sono localizzabili nell’alveo del Rio Flumineddu, che segna il confine tra il Supramonte di Urzulei e quello di Orgosolo, e lungo il talweg di Badde ‘e Pentumas, che dal Supramonte di Oliena scende sin dentro la valle di Lanaittu (fig. 2). Recenti esplorazioni speleologiche, condotte in alcune cavità carsiche localizzate diverse centinaia di metri sotto la quota dell’alveo del Flumineddu, hanno consentito di individuare una via preferenziale di scorrimento idrico ipogeo, un vero e proprio collettore, che drena verso i quadranti settentrionali dell’acquifero carsico le acque provenienti da numerosi apporti sotterranei laterali. La complessa rete d’infiltrazione superficiale e quella di drenaggio sotterraneo si connettono ad un profondo e radicato carso saturo che costituisce il magazzino idrico sotterraneo di alimentazione delle sorgenti di Su Gologone. Diverse esplorazioni speleologiche hanno più volte intercettato l’interfaccia tra carso saturo e condotte aeree: ciò si è verificato sia nelle porzioni più profonde della grotta di Su Bentu, che si apre nella valle di Lanaittu, sia nella grotta del Guano, che ha il suo ingresso lungo il fiume Cedrino, sia nella stessa sorgente di Su Gologone, che può considerarsi come il terminale principale dell’estesa rete di drenaggio carsico del Supramonte (fig. 3).

 scenario1scenario carsico

Inquadramento geologico

sorgente su gologone

Il territorio oggetto di studio è costituito da una placca calcarea di rocce sedimentarie ascrivibili alla successione marina mesozoica della Sardegna Orientale, potente oltre 600 metri e poggiata, in completa discordanza, sopra un basamento cristallino del Paleozoico. Quest’ultimo, costantemente inclinato verso i quadranti nord - orientali, è costituito da rocce di natura metamorfica e da granitoidi poco permeabili (fig. 4) che regolano la circolazione idrica sia lateralmente che verticalmente. La serie calcarea è contenuta tra due importanti sistemi di faglie: il primo, localizzabile ad est della placca carbonatica lungo il bordo che si affaccia sulla valle di Oddoene, è caratterizzato da linee di discontinuità orientate in direzione nord-sud mentre il secondo, orientato in direzione est-ovest, segna l’interfaccia settentrionale tra calcari e basamento, attualmente sepolta sotto le colate basaltiche Plio-Pleistoceniche del Gollei. Più in generale, la tettonica terziaria ha inciso la copertura carbonatica con accavallamenti, sistemi di pieghe e da faglie che hanno rappresentato, e rappresentano tuttora, altrettante vie preferenziali di scorrimento idrico.

In questo contesto geologico strutturale, le evoluzioni del livello di base succedutesi dal terziario in avanti hanno disegnato gli scenari che attualmente caratterizzano il territorio carsico. Le morfologie aspre del Supramonte, quindi, possono considerarsi come il risultato dell’interazione tra strutture geologiche ed azioni morfodinamiche che hanno agito, in superficie e nel cuore dei calcari, dando luogo alla formazione di quella complessa rete di drenaggio ed immagazzinamento idrico oggetto del presente studio.

 

Metodologia e strumenti per l’acquisizione dei dati

Per l’acquisizione dei dati idrochimici necessari alla modellizzazione dell’acquifero è stato utilizzato un sensore multiparametrico prodotto dalla società svizzera Sensor Technik Simach (STS®), in grado di misurare e memorizzare le variazioni di temperatura, conducibilità e livello delle acque in sorgente. Il sensore, dotato di un sistema automatico di compensazione barometrica per la corretta valutazione dei livelli idrici, è stato posizionato ad una profondità di circa 5 metri sotto il livello di magra al fine di evitare interferenze tra le variazioni di temperatura dell’acqua e quelle, più frequenti ed intense, riconducibili a scostamenti giornalieri e stagionali. La modalità di monitoraggio è stata regolata su una cadenza temporale pari a 30 minuti, che ha permesso acquisire oltre 17.500 record per singolo parametro in osservazione. I dati di monitoraggio idrogeochimico sono stati raffrontati con i dati pluviometrici provenienti dalle stazioni di Cuccuru ‘e Paza, Olai e Lanaittu, gestite dal Servizio Agrometeorologico Regionale della Sardegna, che ben rappresentano la situazione climatica dell’area carsica in studio.

L’acquisizione dei dati inerenti il tracciamento dell’acquifero è avvenuta in concomitanza con l’iniezione di 2 Kg di fluoresceina sodica effettuata dagli speleologi sardi nel torrente sotterraneo della grotta “Colostrargiu”, localizzata nel Supramonte di Urzulei. La colorazione, eseguita il 29 Luglio 2007, è stata condotta allo scopo di valutare alcune direzioni di deflusso idrico sotterraneo nelle gallerie carsiche presenti in quell’area, interessando l’acquifero nel periodo di massima magra.

Al fine di valutare le modalità di transito in sorgente del colorante è stato utilizzato un fluorimetro a campionamento continuo GGUN – FL30, prodotto dall’Università svizzera di Neuchatel, in grado di rilevare la presenza di tracciante in concentrazioni inferiori anche a 0,03 ppb. Lo strumento, considerate le difficoltà logistiche dei luoghi, è stato posizionato nella vasca di carico della locale captazione acquedottistica gestita dalla società Abbanoa. Il monitoraggio, per il quale il datalogger era stato tarato per effettuare una registrazione ogni 15 minuti, si è protratto per 78 giorni, dal 12 Settembre al 29 Novembre 2007, con l’acquisizione di circa 7.500 dati relativi a fluorimetria e torbidità. Per ciò che riguarda le analisi sulle temperature, queste sono state acquisite tenendo conto esclusivamente dei dati provenienti dal sensore multiparametrico, in considerazione delle sensibili alterazioni di temperatura che l’acqua di sorgente subisce nelle fasi di pompaggio e trasporto verso la vasca di carico.

Analisi dei dati

L’analisi dei primi 3 grafici consente di fare valutazioni ed ipotesi generali sull’idrodinamica dell’acquifero che alimenta la sorgente di Su Gologone. La prima sequenza di dati analizzata, rappresentata nel grafico 1, è relativa al confronto tra la variazione dei livelli idrici misurati alla sorgente di Su Gologone e la pluviometria del bacino idrogeologico. 

Grafico1

 

Com’è facile evincere dal grafico, l’aumento del livello idrico in sorgente, e quindi della portata, segue di pochissime ore l’evento meteorologico mentre il picco di portata conseguente ad un singolo input di pioggia si esaurisce in un tempo di circa 180 - 200 ore. Tali evidenze sono da mettere in relazione alla presenza sia di una diffusa ed efficace rete di apparati carsici deputati all’infiltrazione, costituita in prevalenza dagli inghiottitoi localizzati lungo la rete idrografica superficiale, sia di una rete di drenaggio idrico ipogeo molto trasmissiva, costituita da gallerie carsiche di grandi dimensioni, capace di smaltire in tempi relativamente brevi i surplus idrici infiltratisi nell’acquifero. La seconda sequenza di dati, rappresentata nel grafico 2, illustra il rapporto tra le portate e la variazione di conducibilità nelle acque di sorgente. L’andamento della prima parte del grafico consente di fare un’ipotesi su un circoscritto fenomeno di miscelamento tra acque già stazionanti nel carso saturo e nuovi apporti idrici all’interno del sistema carsico, testimoniato da un moderato abbassamento della conducibilità osservabile nel periodo immediatamente successivo ai primi eventi piovosi della stagione autunnale. Tale fenomeno può essere conseguente all’innalzamento del livello piezometrico susseguente alle prime piene, che consentirebbe alle acque meteoriche di nuovo ingresso di “raschiare” quelle di fondo, miscelandosi parzialmente con queste ultime. Il fenomeno del miscelamento idrico sembra ridursi fortemente, invece, in occasione dei successivi input meteorologici, il cui ingresso nel sistema carsico ipogeo determina un incremento di livello piezometrico più consistente e prolungato nel tempo rispetto al periodo precedente e, quindi, una minore interazione tra acque di recente infiltrazione e carso saturo.

Grafico2

 

A questi nuovi input idrici, quindi, consegue l’emissione dalla sorgente di acque d’ingressione recente non in equilibrio chimico e termico con il serbatoio carsico, come testimonia la sensibile diminuzione, durante tutto il periodo invernale e primaverile, sia della conducibilità che della temperatura, quest’ultimo parametro rappresentato nel grafico 3.

Durante la tarda primavere e nel corso dell’estate, la temperatura e la conducibilità nell’acqua subiscono un graduale incremento, sino ad approssimarsi, prima dei nuovi apporti idrici autunnali, ai valori d’equilibrio propri del sistema acquifero. Questo riscontro è da mettere in relazione al lento svuotamento di un magazzino idrico ipogeo di grandi dimensioni, costituito da una rete di gallerie carsiche tra loro interconnesse e distribuito, assai probabilmente, su una superficie molto estesa.

Grafico3

Maggiori informazioni sulla consistenza volumetrica del bacino d’immagazzinamento idrico sotterraneo si ottengono dall’analisi della curva di esaurimento della sorgente di Su Gologone. Non disponendo di misure di portata, tale analisi è stata condotta elaborando i dati di monitoraggio relativi ai livelli idrici misurati in sorgente nel periodo di massima magra, dal 30 Maggio al 15 Ottobre 2008, riportati nel grafico 4. 

 











La sequenza di decremento analizzata, ricondotta alla curva esponenziale rappresentativa, è caratterizzata dallo stesso valore di
α della curva di esaurimento relativo alla sequenza delle portate. Pertanto è possibile assumere il valore di α di tale curva, pari a 0,001, nella formula di Maillet:

Qt = Q0 e-αt

dove:

e = 2,718

α = coefficiente di esaurimento

t = tempo trascorso dall’inizio dell’esaurimento

Qt = portata al tempo t (fine esaurimento)

Q0 = portata al tempo 0 (inizio esaurimento)

Al fine di valutare il volume della riserva regolatrice dalle sorgente di Su Gologone si utilizza la formula:

W = Q0 * 86400 / α

Per valori di Q0variabili tra 0,3 mc/s e 0,35 mc/s, un intervallo che assai probabilmente comprende il valore reale della portata all’inizio dell’esaurimento, il volume della riserva regolatrice assume valori compresi tra 25,9 e 30,2 milioni di metri cubi d’acqua. Quest’ultimo dato conferma ancora una volta che l’acquifero che alimenta la sorgente di Su Gologone sia costituito da un bacino d’immagazzinamento idrico sotterraneo di grandi dimensioni, ampiamente sotto utilizzato dalla captazione acquedottistica esistente.

 

L’ultima serie di dati qui analizzata riguarda il tracciamento idrogeochimico dell’acquifero carsico e le variazioni di concentazione fluorimetrica misurate in sorgente. I dati generali sul monitoraggio e sulla dinamica sotterranea rilevati al momento del tracciamento idrogeochimico sono riassunti nella seguente tabella 1:

Tabella 1: informazioni generali sul monitoraggio
Luogo d’iniezione Grotta “Su Colostrargiu” – Urzulei
Portata del torrente ipogeo al momento dell’immissione ~ 30 l/s
Tempo minimo di permanenza del tracciante nelle condotte ipogee ~ 45,5 giorni
Tempo di arrivo del picco di concentrazione ~ 59,5 giorni
Minima distanza sotterranea percorsa (in linea d’aria) ~ 18 Km
Stima della velocità dell’acqua nei circuiti ipogei ~ 400 m/giorno

 

La sequenza dei dati di monitoraggio, riportati nel grafico 5 nel confronto con i dati pluviometrici orari, segue l’andamento tipico di una curva di rilascio in un acquifero carsico a dreno primario dominante.

Questa tipologia di acquifero è caratterizzata dalla presenza di importanti linee di deflusso preferenziale e da una rete di drenaggio sotterranea gerarchizzata e ben organizzata. Una prima valutazione sui livelli di concentrazione più elevati raggiunti nel corso del monitoraggio, decisamente modesti e caratterizzati da un valore massimo di 2,4 mg/mc, consente di confermare la presenza di un bacino d’immagazzinamento idrico sotterraneo di dimensioni ragguardevoli. Questa valutazione è comprovata dall’elaborazione dei dati inerenti le variazioni di concentrazione nel tempo. Tale analisi è stata prodotta dividendo la curva di rilascio in due tratti: il primo, che comprende il picco di piena, è limitato ad un periodo pari a circa 66 giorni mentre il secondo, che comprende tutta la “coda” di rilascio del colorante ricavata come linea di tendenza (grafico 6), tende a valori prossimi allo zero strumentale in un tempo di circa 1000 giorni. 

Grafico5

Grafico6

 

La tabella 2 che segue riassume l'elaborazione dei dati relativi ad ogni singolo tratta considerato:

Tabella 2: dati d’analisi
Peso di fluoresceina immessa nei circuiti ipogei (mg) 2.000.000
Tempo di permanenza riferita al picco di concentrazione (giorni) 66,34
Concentrazione media riferita al picco di concentrazione (mg/mc) 0,5005
Stima del tempo di permanenza della coda di concentrazione (giorni) ~ 1.000
Stima della concentrazione media riferita alla coda di concentrazione(mg/mc) 0,1356
Stima della concentrazione media complessiva (mg/mc) 0,1583
Stima del volume di acquifero “colorato” (mc) 12.633.862,67

 

Anche i dati sopra riportati confermano l’esistenza, dentro i calcari del Supramonte, di un bacino d’immagazzinamento idrico sotterraneo di notevoli dimensioni, il cui flusso dalla sorgente di Su Gologone è efficacemente frazionato nel lungo periodo. L’ultimo approfondimento sui dati di monitoraggio riguarda il confronto tra le variazioni di concentrazione del tracciante e quelle di portata e di conducibilità misurati in sorgente nel corso di due piene successive (grafici 7 e 8 ).

Dall’analisi del grafico 7 appare evidente il brusco e marcato decremento nella concentrazione di fluoresceina conseguente all’aumento delle portate in sorgente. L’andamento della concentrazione del colorante nelle fasi successive alla piena, invece, si posiziona intorno a valori disposti in continuità rispetto a quelli assunti nelle fasi idrodinamiche precedenti all’aumento delle portate in sorgente. Questa osservazione attesta l’assenza di fenomeni di pistonaggio di massa prodotti dalle acque di nuovo ingresso su quelle già presenti, e colorate, nel carso saturo. Lo stesso andamento grafico è osservabile nella variazione della conducibilità elettrica nell’acqua (grafico 8) che mostra, tra l’altro, una strettissima congruenza con i dati di variazione fluorimetrica. 

Grafico7Grafico8

D’altro canto, alcune analisi sulla concentrazione residua dei traccianti nel sistema carsico del Supramonte, effettuate su campioni d’acqua prelevati dal Gruppo Grotte Nuorese presso la grotta di Su Bentu, di Sa Oche e presso la sorgente di Su Gologone (Tabella 3), attestano il miscelamento tra acque di nuovo ingresso e bacino d’immagazzinamento idrico profondo nel corso delle piene idrologiche.

 

Tabella 3: campionamento acque sistema carsico – 28 Giugno 2009
Luogo di Campionamento Quota s.l.m. Concentrazione media fluoresceina sodica (mg/mc)
Sorgente di Su Gologone 103 0,01 (negativo)
Sa Oche - primo lago 138 0,06 (positivo)
Sa Oche - sifone "Pot Sump" 135 0,08 (positivo)
Sa Oche - sifone "Terminale" 135 0,08 (positivo)
3° Vento - sifone "Doolin Lake" ~ 105 0,01 (negativo)

In generale, quindi, le acque di piena sembrano defluire verso la sorgente di Su Gologone entro circuiti di drenaggio più alti rispetto al carso saturo, miscelandosi debolmente con le acque di fondo e senza diluire considerevolmente la concentrazione della fluoresceina che staziona nell’acquifero profondo. Questa osservazione è coerente con quanto già analizzato nel raffronto tra le portate e la variazione di conducibilità e temperatura nelle acque di sorgente, nel quale si era rilevata una scarsa interazione tra acque di infiltrazione e carso saturo.

Conclusioni

Dalle osservazioni e dalle analisi elaborate nel presente lavoro, supportate dalla documentazione bibliografica di riferimento, è possibile concludere che nel bacino idrogeologico del Supramonte sia presente un esteso sistema d’infiltrazione costituito da numerose condotte drenanti di origine carsica e da un network di fratture molto denso, beante e diffuso, in grado di trasferire assai rapidamente gli scorrimenti idrici superficiali nel sottosuolo. L’acquifero alimentato da tale bacino è costituito principalmente da un carso saturo molto evoluto, esteso sia lateralmente che verticalmente, la cui funzionalità idrodinamica è riconducibile a quella di una rete di condotti a dreno primario dominante, in grado di frazionare efficacemente le portate dalla sorgente di Su Gologone durante il periodo di svuotamento. Nello stesso acquifero è anche presente, al di sopra del carso saturo, una rete di condotti interconnessa e molto trasmissiva, in grado di allontanare rapidamente dall’acquifero gli afflussi connessi all’infiltrazione i quali, a loro volta, sembrano interagire in modo assai limitato con il carso saturo. Alcune delle porzioni altimetricamente più elevate del sistema carsico del Supramonte, come i laghi del sistema Sa Oche – Su Bentu, si comportano come vere e proprie “trappole d’acqua”, in grado di trattenere una quota delle acque che risalgono il sistema carsico nel corso delle piene. In definitiva, quindi, l’emergenza di Su Gologone ha un comportamento idrodinamico che può dirsi proprio delle sorgenti “a carso allagato”.

Ringraziamenti

Per la realizzazione del presente studio è stata fondamentale la collaborazione dei colleghi speleologi Leo Fancello, Maria Giuseppina Masuri e Pietro Mauri per ciò che riguarda il posizionamento e la gestione dei sensori posizionati dentro la sorgente di Su Gologone, di Mimiu Pintori e di Roberto Salvietti per ciò che riguarda gli allestimenti effettuati nella parete esterna che sovrasta la sorgente mentre Gavino Canu è stato preziosissimo durante l’intera fase di acquisizione dei dati di monitoraggio; a tutti loro va il più sentito ringraziamento per l’aiuto che hanno voluto accordare.

Bibliografia

  • Angius / Casalis (1826). Dizionario Geografico storico statistico commerciale degli stati di S.M. il Re di Sardegna: estratto delle voci riguardanti la Sardegna – Provincia di Nuoro. Vol 2, pag. 829.
  • Associazione Speleologica Progetto Supramonte (2007): Le grandiose Gallerie del VPF – Speleologia, 57, 70-71.
  • Assorgia A., Bentini L., Biondi P. (1967). Note sull’idrologia sotterranea del “Supramonte” di Urzulei (Nuoro). Estratto dal Bollettino del Club Alpino Italiano, vol. XLVI, 79: 139-152.
  • Bandiera F., Cabras S., Cossu A., Murru F. (1997). Sulle orme di un misterioso collettore. Sardegna Speleologica 12: 2-22.
  • Bandiera F. (2000). Colorazione con fluoresceina del sistema idrico sotterraneo di Sa Rutta ‘e S’Edera- Su Gologone. Sardegna Speleologica 16: 2-8.
  • Bandiera F., Cossu A., Fois M., Sanna L., Cabras S., Cabras I., Cabras S., Murru F. (2001). Colorazione con fluoresceina nel Supramonte tra la grotta dell’Edera (Urzulei) e la sorgente di Su Gologone (Oliena): esperienze e considerazioni. Atti del Convegno: “Il carsismo e la ricerca speleologica in Sardigna”, Cagliari 23/25 novembre 2001: 47-60.
  • Cabras S., Murgia F. & Sanna L.. Complesso S’Edera – Su Gologone (2002). Tracciamento geochimico sulle acque sotterranee del Supramonte. Sardegna Speleologica, 19, 18-24.
  • Cabras S., De Waele J., Sanna L. (2008). Caves and karst aquifer drainage of Supramonte ( Sardinia , Italy ): a review. Acta Carsologica, 37(2-3), 227-240
  • Crobu V. (2003). Supramonte verticale. Speleologia, 48, 34-51.
  • Crobu V., De Waele J. (2007). Nel Supramonte profondo. Le esplorazioni in Su Eni ‘e Istettai. Speleologia, 56, 12-27.
  • Fancello L. (1997). Raggiunto il fondo: -107 metri a Su Gologone! Sardegna Speleologica, 12, 29-32.
  • Fercia S. & Pappacoda M. (1992). In attesa del colpo grosso. Speleologia, 27, 22-31.
  • Fercia S., Tuveri S., Tuveri V. (1992). Abissi del Supramonte di Urzulei. Sardegna Speleologica 2: 3-18.
  • Goldscheider N., & Drew D. (2007). Methods in karst hydrogeology. International contributions to Hydrogeology: London, Taylor & Francis 264 p.
  • Murgia F. (1999). Il sistema carsico facente capo alle risorgenti di Su Gologone: stato attuale delle conoscenze. Gruttas e Nurras: 13-19.
  • Murgia F. (2007). Sentieri di buio nel cuore del Supramonte. Darwin Quaderni, 3, 28-41.
  • Murgia F. (2008). Risorse idriche sotterranee ed acquiferi carsici in Provincia di Nuoro. Natura in Sardegna, 30, 60-68.
  • Murgia F. & Fancello L. (2000). Su Bentu 2000: nel cuore del sistema. Sardegna Speleologica, 17, 3-9.
  • Pasci S. (1997). Tertiary transcurrent tectonics of north – central Sardinia. Bulletin de la Société Geologique de France, 168, 301-312;
  • Sanna L., & Cabras S. (2008). Recente colorazione con fluoresceina delle acque sotterranee nel Supramonte di Urzulei (Sardegna). XX Congresso Nazionale di Speleologia.
  •  
  • Articolo a cura di Francesco Murgia