I sedimenti lacustri costituiscono una sorgente di metano, dove le modificazioni stagionali e l’apporto di nuovi sedimenti favoriscono la crescita di colonie batteriche specializzate sia nella produzione del metano che nella sua eventuale ossidazione, anche anaerobica. La genesi del metano in ambienti di acqua dolce è riconducibile all’attività di complessi sistemi biologici che riducono la CO2 e/o alla fermentazione dell’acetato che, nello stesso tempo, produce una molecola di CO2 per ognuna di CH4 [Whiticar et al., 1986]. Quindi, i processi biologici, legati alla genesi del metano, producono insieme sia l’abbattimento che la produzione della CO2, sia pure con caratteristiche isotopicamente contraddistinte. Tali processi sono chiaramente documentati in bibliografia, ed in alcuni casi presentano una distribuzione disordinata delle comunità batteriche specializzate, per esempio nei laghi olomittici (in cui vi è un’azione di rimescolamento per il movimento delle acque). In contrasto, nei laghi meromittici viene normalmente osservata una distribuzione verticale regolare, a partire dall’interfaccia colonna d’acqua/sedimenti [Zepp Falz et al., 1999; Borrell et al., 2012]. Lo studio geochimico del metano e della CO2 prodotti nei sedimenti lacustri, costituisce spesso la migliore base per acquisire informazioni essenziali riguardanti aspetti che trascendono quello microbiologico e possono paradossalmente interessare l’origine inorganica di fluidi presenti nei laghi craterici. Infatti, la frequente presenza di specie carbonatiche disciolte (CO2, HCO3-, CO32-) nelle acque dei laghi può avere origine sia organica (fermentazione della sostanza organica, fotosintesi), che inorganica (dissoluzione di rocce carbonatiche, degassamento di magmi, ecc.). Anche il metano può essere generato dalla sintesi inorganica, sia pure in casi particolari ed in ambienti generalmente geotermici con temperature e pressioni superiori a quelle ambientali. La possibilità di distinguere i vari processi genetici, e quindi l’opportunità di stimare l’apporto di CO2 biogenica, è soprattutto legata alla caratterizzazione isotopica del carbonio della CO2 e del CH4, nonché a quella dell’idrogeno del metano [Whiticar, 1999]. Tuttavia, la complessità e la sovrapposizione di più processi, sia genetici che ossido-riduttivi, richiedono l’adozione di specifiche metodologie di campionamento ed analisi. A tale scopo è stata progettata e realizzata un’apparecchiatura semiautomatica per il campionamento “step by step” di gas dai sedimenti lacustri, in grado cioè di effettuare campionamenti a varie profondità dei sedimenti fino all’interfaccia della colonna d’acqua/sedimenti. Il robot può memorizzare alcuni parametri chimico-fisici, come pH e temperatura con frequenza di acquisizione definita da un operatore posto in superficie, lungo il profilo verticale dei sedimenti interessati dal campionamento di gas. Dopo numerosi test di funzionamento (sia nelle singole parti, sia del sistema integrato) e di assetto in vasca, il prototipo del robot, denominato MUDDY 1, è stato collaudato nel Lago Piccolo di Monticchio (fig. 1), un lago craterico meromittico sito sulle pendici del vulcano Vulture in Basilicata; sono state misurate quantità rilevanti di CO2 e CH4 [Caracausi et al., 2009; 2013] e sono state verificate le sue capacità operative nell’ambiente lacustre. Vengono di seguito descritte le caratteristiche costruttive e funzionali dell’apparecchiatura realizzata.

Published: 2024-02-12

MUDDY 1: Prototipo di un robot per il campionamento “step by step” di gas dai sedimenti lacustri

Mario Nuccio, Paolo Cosenza, Antonio Caracausi, Luigi Foresta Martin, Giuseppe Riccobono, Rocco Favara

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