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Come si misura la trasparenza dell’acqua di Paolo Giannetti

livello elementare
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ARGOMENTO: OCEANOGRAFIA
PERIODO: XIX-XXI SECOLO
AREA: DIDATTICA
parole chiave: Disco del Secchi, trasparenza, legge di Beer lambert, Assorbanza, Spettrometria

In tempi di coronavirus sono apparse numerose foto fuorvianti che indicavano come un minor contatto antropico con le acque avesse di fatto sanificato le acque, facendole diventare più trasparenti. Questa è un fake news. Trasparenza non significa purezza biologica delle acque, ne tantomeno di buona salute dell’ambiente marino e lacustre.  Ciononostante è importante misurarla. Questo bell’articolo di Paolo Giannetti ci parla di un antico ma sempre valido strumento, il disco del Secchi.

Trasparenza delle acque
La torbidità dell’acqua fornisce una valutazione della densità del materiale, sia organico che inorganico, che vi è sospeso. Per gli studi idrologici questo parametro ha valore soprattutto comparativo tra ambienti e stagioni ed è di supporto ad altre informazioni sulla qualità delle acque.

Il metodo più antico per la determinazione della trasparenza, ed anche il più semplice, è basato sulla misura della profondità di scomparsa del “Disco del Secchi”, dal nome dell’abate astronomo Angelo Secchi che lo inventò. Padre Angelo Secchi utilizzò per la prima volta il suo strumento durante una crociera nel Mar Mediterraneo effettuata nel 1865 a bordo della pirocorvetta Immacolata Concezione della Marina dello Stato Pontificio. Dalla corvetta e da una barca di bordo, Secchi eseguì una serie di misure sulla trasparenza dell’acqua al largo di Civitavecchia fino a Terracina usando un disco del diametro di 43 cm, così descritto “il colore del piatto era il bianco delle maioliche più fine”. Per valutare l’influenza del colore furono realizzati altri dischi di tela grandi, verniciati ad olio di bianco, giallo ocra e “color di fondo di mare fangoso”. Il metodo fu poi descritto con dovizia di particolari nel rapporto finale.

Lo strumento
Il disco del Secchi è uno strumenti semplicissimo, composto da un disco circolare di 30 cm di diametro, bianco o a quadranti bianchi e neri che viene immerso legato a una cima graduata (in genere con una tacca ogni 50 centimetri) fino a quando, nella sua discesa, non scompare dalla vista dell’osservatore. A quel punto si misura la “profondità di scomparsa del disco” leggendo il numero dei segni sulla cima (la lunghezza del cavo filato).

Un metodo antico che viene però ancora utilizzato anche a bordo delle moderne navi idro-oceanografiche della Marina Militare Italiana. In particolare, vengono effettuate nello stesso punto misure in successione con quattro dischi di diverso colore (bianco, giallo, rosso e nero) per misurare, oltre la trasparenza, anche la “cromaticità” delle acque in funzione del rapporto tra i diversi valori di profondità ottenuti per ciascun colore. Il metodo è ancora adottato ed accompagna le misurazioni più sofisticate come la fotometria che confronta i campioni di acqua da studiare con delle sospensioni standard.

Come funziona
La profondità massima viene raggiunta quando la riflettanza (ovvero la capacità di riflettere parte della luce incidente su una data superficie o materiale) è uguale all’intensità della luce retrodiffusa dall’acqua. A quella profondità il disco scompare alla vista dell’osservatore.

 

Questa profondità in metri produce un coefficiente di attenuazione k (chiamato anche coefficiente di estinzione) che può quindi essere utilizzato nella formula della legge Beer-Lambert, per stimare come varia l’intensità della luce ad una certa profondità. Per chi volesse approfondire, chiamando T (Trasmittanza) il rapporto tra le intensità della luce trasmessa e quella incidente sul mezzo attraversato

il rapporto tra l’intensità della luce (I1) alla profondità 1 e quella I0, in superficie, può essere espresso con:

dove è il coefficiente di attenuazione (tipico del mezzo attraversato e dipendente dalla lunghezza d’onda λ) e l è la profondità alla quale scompare il disco. Il prodotto kλ l viene definito Assorbanza. Senza andare oltre, la misura dell’Assorbanza di un liquido, calcoalto a lunghezze d’onda specifiche, è un fattore importantissimo ed è il principio su cui si basa l’analisi della spettrofotometria. 

Limiti del disco del Secchi
Ovviamente le letture del disco Secchi non forniscono una misura esatta di trasparenza, poiché possono esserci errori a causa dell’abbagliamento del sole sull’acqua, oppure a causa di una lettura soggettiva della profondità alla quale il disco scompare. Tuttavia, è un metodo economico e semplice per misurare la trasparenza dell’acqua. L’effettuazione di più misure mediate aiuta ad ottenere valori più vicini alla realtà.

Nel 2013, un team di oceanografi ha istituito il programma “Secchi Disk” nella citizen science per studiare il fitoplancton marino al fine di valutare, con test di basso costo, la sua diminuzione negli oceani.

Ovviamente le misurazioni del disco Secchi non indicano come l’attenuazione cambi con la profondità o con particolari lunghezze d’onda della luce. I fotometri integrati nelle sonde oceanografiche possono registrare dati anche per le parti dello spettro non visibili come ultraviolette e infrarosse. Questi strumenti, chiamati torbidimetri, hanno una propria sorgente luminosa e possono misurare la trasparenza con una precisione scientifica  e vengono comunemente impiegati per il controllo anche delle acque potabili. 

Valori massimi
Per curiosità, le acque più trasparenti al mondo sono stare registrate nel 1985 nel Mar Mediterraneo Orientale, ad una profondità di 53 metri e, nel 1972, nel Mar dei Sargassi con ben 66 metri. Il record delle acque marine più trasparenti fu scoperto il 13 ottobre 1986 nel Mare di Weddell (Antartide) con ben … 80 metri . Il disco del Secchi è ovviamente usato anche per la determinazione della trasparenza dei laghi. In quelli più produttivi (per esempio in estate) può anche essere inferiore ad un metro mentre nei laghi con scarsa massa biotica sospesa (autunno-inverno) può arrivare ad alcune decine di metri come, ad esempio, nel lago Baikal, dove è di circa 40 metri. La visibilità, tra le più alte al mondo, è stata misurata nel Crater Lake (Oregon) con circa 50 metri ma il il lago più limpido del Mondo, con una visibilità di 80 metri, è il Blue Lake (o Rotomairewhenua) in Nuova Zelanda. Purtroppo, essendo considerato sacro dai locali Maori, non vi è il permesso di immergersi.

Cieli sereni.. ed acque limpide!

Paolo Giannetti

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