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Scoperte falde di acque con bassa salinità nelle profondità marine … in un futuro in cui l’acqua sarà la vera emergenza si aprono nuove prospettive

livello medio
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ARGOMENTO: GEOLOGIA MARINA
PERIODO: XXI SECOLO
AREA: OCEANO ATLANTICO
parole chiave: EM, CESM, MT, costa atlantica 

 

Le acque sotterranee sottomarine a bassa salinità contenute nelle piattaforme continentali sono un fenomeno globale. I meccanismi che alimentano le acque sotterranee offshore comprendono i processi glaciali durante i quali l’acqua si depositò nelle piattaforme continentali durante i periodi di basso livello del mare, e le connessioni con le falde acquifere terrestri.  Sebbene si ritenga che le acque sotterranee a bassa salinità siano abbondanti, la loro distribuzione e volume in tutto il mondo è ancora poco nota a causa del numero limitato di osservazioni legate alle profondità in gioco.

In un recente studio, pubblicato da Scientific Report, sono stati esaminati alcuni depositi acquiferi che si estendono per novanta chilometri al largo del New Jersey e Martha’s Vineyard, nel Massachusetts, parallelamente alla costa, sul margine atlantico degli Stati Uniti.

Rilievo elettromagnetico delle acque sotterranee sulla piattaforma continentale atlantica degli Stati Uniti. Notate i profili CSEM rimorchiati in superficie (linee tratteggiate bianche) e stazioni MT poste sul fondo del mare (triangoli bianchi) al largo del New Jersey e Martha’s Vineyard. Le linee continue gialle mostrano le porzioni dei profili di rilevamento in cui i dati EM confermano la presenza di acqua a bassa salinità. I cerchi che indicano pozzi on shore e off shore sono di colore giallo dove sono state osservate salinità di fluidi a bassa porosità (<15) in mare aperto o dove le falde acquifere sono state identificate tramite dati geofisici a terra. I cerchi magenta indicano dove sono state rilevate solo acque ad alta salinità (> 15). I pozzetti presenti nel testo sono etichettati con una dimensione del carattere maggiore. La linea tratteggiata bianca indica la morena terminale della calotta glaciale di Laurentide all’ultimo massimo glaciale. Questa mappa è stata creata utilizzando GMT-5.4.3.

Una nuova metodologia
Questa ricerca ha usato nuovi metodi geofisici elettromagnetici per bassi fondali che hanno rivelato una connessione tra l’attuale sistema idrologico on shore e le falde acquifere al largo. I dati suggeriscono che un sistema acquifero sottomarino continuo si estenda per almeno 350 km della costa atlantica degli Stati Uniti e contenga circa 2800 km cubi di acque sotterranee a bassa salinità. Le scoperte dei ricercatori possono essere utilizzate per migliorare i modelli esistenti sui processi glaciali, eustatici, tettonici e geomorfici delle piattaforme continentali e fornire informazioni sulla loro geochimica, sui cicli bio-geochimici e sulla biosfera profonda.

Partiamo dall’inizio
Le acque sotterranee lontano dalle coste svolgono un ruolo importante nei sistemi di piattaforma continentale, con implicazioni per gli ambienti passati e presenti. Il deflusso sottomarino delle acque sotterranee, ovvero di acqua dolce dai continenti verso l’oceano attraverso affioramenti terrestri e canali sottomarini, influisce sui processi biologici e chimici dell’oceano, che a loro volta regolano flussi di nutrienti importanti per il ciclo globale del carbonio.

Modello concettuale sulle acque sotterranee offshore. Le falde acquifere a bassa salinità offshore sono alimentate dal sistema idrologico onshore adiacente e sono vincolate verticalmente da un’unità confinante, almeno fino a quando non sono presenti strutture inclinate (clinoformi). Anche l’acqua a bassa salinità è presente al di sopra delle clinoforme e può provenire da una maggiore falda acquifera a bassa salinità. Le acque sotterranee ad alta salinità esistono più a fondo e verso il mare e sono causate dall’interazione delle acque sotterranee con i depositi di sale sottostanti. Le frecce indicano i percorsi di flusso delle acque sotterranee. figura dallo studio citato

Le falde acquifere sottomarine, che vennero intrappolate nelle piattaforme continentali durante i periodi geologici in cui i livelli dei mari erano più bassi, possono fornire informazioni sui cambiamenti della salinità degli oceani nel tempo e possono anche essere utilizzate per limitare i modelli paleo idrologici che forniscono informazioni sull’estensione glaciale passata e sui cambiamenti del livello del mare.

Non si tratta di uno studio solo accademico. Sia le acque sotterranee moderne che antiche, a bassa salinità, rappresentano una potenziale risorsa nelle regioni in cui le risorse di acqua dolce a terra stanno diminuendo. Vi sono ampie prove di acque sotterranee sottomarine a bassa salinità contenute nelle piattaforme continentali del mondo, con osservazioni dirette o indirette in tutti i continenti. Molte di queste osservazioni si sono svolte sulla costa atlantica degli Stati Uniti.

 

Durante gli anni ’70, il progetto di perforazione AMCOR ha rivelato acque sotterranee a bassa salinità fino a 120 km al largo del New Jersey. Questo set di dati ha portato allo sviluppo di un modello di acque sotterranee a bassa salinità off shore caratterizzato da una caratteristica forma a cuneo, che mostra un aumento graduale della salinità con la profondità. Un sondaggio di perforazione più mirato, completato da IODP Expedition 313 nel 2010, ha mostrato una geometria delle acque sotterranee più complessa nell’offshore del New Jersey, dimostrando che il precedente modello, basato su AMCOR, era troppo semplicistico. Più a nord-est, le basse salinità riscontrate nei pozzi, provenienti dalle onshore Martha’s Vineyard e Nantucket, hanno anche suggerito la presenza di acque sotterranee sottomarine, sebbene non vi siano state trivellazioni in alto mare per confermare questa ipotesi.

Va sottolineato che dati provenienti dalle trivellazioni forniscono campioni diretti, mirati al punto di misura e quindi non forniscono una caratterizzazione continua del sottosuolo necessaria per comprendere le distribuzioni delle acque sotterranee sottomarine. Come è noto la modellizzazione paleo-idrologica combina la stratigrafia con il passato degli oceani e la storia delle calotte glaciali e ci permette di comprendere meglio la distribuzione delle acque sotterranee al largo.

Gli studi di modellizzazione hanno tentato di caratterizzare la distribuzione spaziale delle acque sotterranee a bassa salinità al largo della costa atlantica degli Stati Uniti, soprattutto nelle regioni senza osservazioni dirette in mare aperto, come Martha’s Vineyard. Tutti questi modelli forniscono previsioni diverse delle acque sotterranee a causa delle variazioni dei modelli e dei parametri idrologici, con conseguente incertezza nella natura delle acque sotterranee che possono essere presenti all’interno del margine atlantico degli Stati Uniti. Ma come sono stati realizzati?

Metodi applicati
I metodi elettromagnetici (EM) marini sono metodi geofisici in grado di fornire misurazioni continue necessarie per caratterizzare i sistemi di acque sotterranee offshore. Essi sfruttano la misura della resistività elettrica di massa, che è principalmente controllata dalla porosità e dalla salinità del fluido dei pori nei sedimenti sottomarini. Questi metodi sono ampiamente impiegati ed hanno permesso di identificare con successo le acque sotterranee in alto mare.

credit @ emgs

Lo studio ha implementato una tecnologia originariamente prodotta per la ricerca di idrocarburi, utilizzando un sistema EM trainato (CSEM) che utilizza una sorgente costituita da un dipolo elettrico orizzontale, rimorchiato per trasmettere dei campi elettromagnetici EM ad uno o più ricevitori. Questi ricevitori misurano l’attenuazione e lo sfasamento dei campi ricevuti per generare una risposta sensibile alla resistività del fondo marino. La resistività consente di identificare il materiale.

la differenza della resistività tra sedimenti che contengono acqua (1-2 Ohm) e quelli con idrocarburi (50-1000 Ohm) credit @ emgs

Il sistema CSEM è stato impiegato in combinazione con un sistema posizionato sul fondo magneto tellurico a sorgente passiva (MT). Il MT misura i componenti orizzontali dei campi elettromagnetici a bassa frequenza presenti in natura sul fondo del mare per poi produrre, in funzione della gamma di frequenza usata, una risposta di impedenza sensibile alla resistività elettrica dal fondo del mare alla crosta profonda ed al mantello. 

La ricerca, svolta al largo di Martha’s Vineyard e del New Jersey, ha consentito la raccolta di molti dati importanti. Nello studio, che si è brevemente riassunto, possono essere trovati i dettagli tecnici e i dati raccolti per ulteriori approfondimenti.

 

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