Quali diversi fattori influenzano il trasporto delle acque sotterranee?
Il trasporto di acque sotterranee è il movimento di sostanze, in particolare contaminanti, nelle acque sotterranee. La zona delle acque sotterranee in cui sono concentrati i contaminanti è chiamata pennacchio di acque sotterranee. I pennacchi hanno varie forme, dimensioni e velocità di trasporto. I diversi fattori che influenzano il trasporto delle acque sotterranee includono la geologia e l'idrologia delle falde acquifere nonché le proprietà fisiche, chimiche, biologiche e radiologiche dei contaminanti nelle acque sotterranee.
Le falde acquifere sono formazioni rocciose sotterranee e del suolo che sono sature di acqua. Le acque sotterranee si muovono attraverso i pori tra il suolo e le particelle di roccia e attraverso crepe, fessure e fratture nel duro substrato roccioso. Il movimento di contaminanti è fortemente influenzato dai tipi di rocce e terreni presenti. Importanti fattori geologici includono la trama e la dimensione delle particelle e le caratteristiche fisiche dei pori e degli altri spazi attraverso i quali viaggia l'acqua sotterranea.
La permeabilità o conduttività idraulica è la facilità con cui le acque sotterranee si muovono attraverso formazioni sotterranee. Le particelle grandi e impaccate, come ghiaie e rocce fortemente fratturate, sono più permeabili delle argille, particelle di limo strettamente imballate e roccia solida. Le dimensioni, la distribuzione e l'interconnessione degli spazi aperti determinano in larga misura la facilità con cui le acque sotterranee e gli eventuali contaminanti in essa contenuti possono migrare da un luogo all'altro.
Le proprietà chimiche sono anche fattori importanti nel trasporto delle acque sotterranee. Alcuni contaminanti si dissolvono in acqua, mentre altri sono insolubili. Le sostanze disciolte diventano effettivamente parte delle acque sotterranee e non sono facilmente separabili da essa. Le sostanze insolubili si comportano in modo molto più indipendente. Possono essere molto densi e non facilmente trasportabili. Possono anche rimanere alloggiati all'interno dei pori o impigliati nei bordi di particelle frastagliate. La natura chimica dei contaminanti, la temperatura e il pH delle acque sotterranee determinano in gran parte quali sostanze sono solubili o insolubili nell'acqua.
I contaminanti disciolti o i soluti vengono trasportati insieme alle acque sotterranee mentre scorre. Questo processo di trasporto si chiama avanzamento. I contaminanti si muovono sostanzialmente alla stessa portata e nella stessa direzione delle acque sotterranee. Il trasporto preliminare delle acque sotterranee è più comune nelle falde acquifere altamente permeabili con grandi reti di pori o spazi interconnessi.
I soluti si disperdono nelle acque sotterranee a causa della miscelazione meccanica e della diffusione molecolare. La miscelazione meccanica si verifica come conseguenza naturale del movimento attraverso e intorno al suolo e alle particelle di roccia. La diffusione molecolare è la miscelazione che avviene a livello molecolare tra alcuni composti e l'acqua. La dispersione diluisce gradualmente le concentrazioni di contaminanti e crea un pennacchio di forma ellittica in cui i contaminanti sono altamente concentrati vicino al bordo di uscita del pennacchio e diluiti verso il bordo di entrata.
Alcuni contaminanti, come i prodotti petroliferi, non si dissolvono facilmente nelle acque sotterranee. Invece, galleggiano in cima alla falda o affondano sul fondo della falda acquifera, a seconda della loro densità. Possono subire una certa dispersione, ma i loro pennacchi si muovono molto più lentamente rispetto ai pennacchi di soluti e contaminanti che si disperdono facilmente attraverso le acque sotterranee.
Gli effetti che rallentano il trasporto delle acque sotterranee sono chiamati fattori di ritardo. Un importante fattore di ritardo è l'adsorbimento. Ciò si verifica quando i contaminanti vengono attaccati o bloccati al suolo o alle particelle di roccia a causa di forze elettrostatiche attrattive. I composti che non sono facilmente dissolvibili o dispersi nelle acque sotterranee subiscono prontamente assorbimento. Altri fattori di ritardo includono l'attrito dei pori e l'effetto di filtraggio che si verifica quando i contaminanti solidi e insolubili smettono di muoversi perché si depositano all'interno dei pori o vengono intrappolati da terreno frastagliato o particelle di roccia.
Infine, i contaminanti possono subire trasformazioni fisiche, chimiche, biologiche o radiologiche che cambiano le loro velocità di trasporto delle acque sotterranee. Un contaminante può cambiare fasi, ad esempio da un liquido a un gas. Le reazioni chimiche tra contaminanti e processi biologici e radiologici naturali possono anche convertire un composto in un altro. I composti appena creati possono muoversi più velocemente o più lentamente dei composti precedenti.