Isotopi stabili dell’acqua

Gli isotopi stabili dell’acqua deuterio e ossigeno-18 sono traccianti naturali del ciclo idrologico che consentono di determinare la provenienza dei componenti dell’acqua e di monitorare i cambiamenti climatici.

Dato che i loro rapporti isotopici nelle acque piovane variano in funzione della regione, dell’altitudine e della stagione, gli isotopi stabili deuterio (2H) e ossigeno-18 (18O) consentono di valutare l’altitudine media dei bacini imbriferi dei fiumi o di distinguere singoli componenti delle acque sotterranee (infiltrazione delle acque fluviali o piovane). Inoltre, a livello mondiale il deuterio e l’ossigeno-18 vengono utilizzati sempre più spesso per individuare mutamenti nel ciclo idrologico riconducibili al clima. Per questo motivo, dal 2007 il sistema nazionale di osservazione del clima GCOS Svizzera considera il deuterio e l’ossigeno-18 come parametri climatici ufficiali. L’Agenzia internazionale per l’energia atomica (IAEA) coordina a livello mondiale le misurazioni isotopiche attraverso le reti GNIP (Global Network of Isotopes in Precipitation) e GNIR (Global Network of Isotopes in Rivers).

Rete di riferimento stabile

Nel quadro del modulo ISOT dell’Osservazione nazionale delle acque sotterranee NAQUA, dal 1980 vengono raccolti dati di riferimento sugli isotopi nelle acque piovane (13 stazioni di misurazione) e nei corsi d’acqua (9 stazioni di misurazione) per studi idrologici applicati. Nel quadro di uno studio pilota, tra il 2006 e il 2013 nelle 50 stazioni di misurazione del modulo TREND di NAQUA sono stati analizzati il deuterio e l’ossigeno-18 allo scopo di caratterizzare la dinamica della costituzione della falda freatica e l’interazione tra acque superficiali e acque sotterranee.

Isotope_2H&18O_Karte_2015 — Deuterio e ossigeno-18 nelle acque piovane, nei corsi d’acqua e nelle acque sotterranee (2013) come pure nello spazio naturale ossia nel regime di acque sotterranee nel fondovalle. Valore medio per stazione di misurazione NAQUA. Stazioni di misurazione di precipitazioni e di corsi d’acqua del modulo ISOT, stazioni di misurazione delle acque sotterranee del modulo TREND.

Sviluppo variabile nel tempo

L’andamento annuale dei valori isotopici nelle acque piovane è caratterizzato da variazioni stagionali, le quali sono influenzate anche dall’evoluzione globale a lungo termine dovuta ai cambiamenti climatici. Dall’inizio degli anni Ottanta del secolo scorso ai primi anni del XXI secolo, i valori del deuterio e dell’ossigeno-18 nelle precipitazioni sono evoluti in tutte le stazioni di misurazione in modo parallelo all’andamento generale delle temperature. Tra il 2005 e il 2015 i valori registrati per il deuterio e l’ossigeno-18 nelle acque piovane erano stabili o leggermente in calo; da allora sono di nuovo aumentati. Nella maggior parte delle stazioni di misurazione delle acque sotterranee analizzate nel periodo 2006-2013 nel quadro dello studio pilota sugli isotopi nelle acque sotterranee, i valori del deuterio e dell’ossigeno-18 hanno toccato i rispettivi picchi tra il 2008 e il 2010.

Entwicklung 18O Niederschlag 1981-2020 — Evoluzione dei valori dell’ossigeno-18 nelle acque piovane in stazioni di misurazione selezionate (1980-2022). Valore medio per stazione di misurazione NAQUA e anno.

Dati raster interpolati (isoscapes)

I dati interpolati spazialmente sulla distribuzione dell'ossigeno-18 e del deuterio nelle precipitazioni sono stati utilizzati per produrre mappe areali per anni selezionati. Il metodo di regressione multipla con la topografia e le precipitazioni mensili, seguito dall'interpolazione dei residui con “Ordinary Kriging”, è stato considerato il più appropriato. Il modello è stato sviluppato utilizzando i dati del periodo 2007-2020. Sono stati prodotti dati raster mensili con una risoluzione di 500 m per gli anni 2013 e 2020.

Documentazione di base sugli isotopi dell’acqua (PDF, 281 kB, 31.10.2023)