Introduzione: La qualità delle acque sotterranee è determinata dalla loro composizione chimica e biologica, dal contenuto in sedimenti e dalla temperatura. Questi parametri derivano da tutti quei processi e da tutte quelle reazioni che avvengono dal momento in cui l'acqua condensa nell'atmosfera, precipita al suolo (sotto forma di pioggia o neve), si infiltra nel terreno, riaffiora dalle sorgenti o viene estratta per mezzo di pozzi o altre opere di captazione; tra la precipitazione al suolo e il successivo riutilizzo dell'acqua può trascorrere un lasso di tempo variabile da 1 giorno a più di 50.000 anni. La composizione chimica di un'acqua sotterranea è anche indicativa della sua origine e della sua storia, poiché ci fornisce indicazioni sul tipo di terreno o di roccia con cui è entrata in contatto e sulla temperatura del sottosuolo. Cercheremo qui di seguito di capire insieme l'origine e il significato dei costituenti chimici delle acque sotterranee.

Costituenti chimici delle precipitazioni atmosferiche
Contrariamente a quanto si possa pensare, la pioggia (che è la più comune fonte di alimentazione delle falde idriche) non è per niente simile all'acqua distillata; infatti le acque piovane possono contenere sostanze chimiche derivanti da: Eruzioni vulcaniche Emissioni di gas e sublimazioni di solidi dalla crosta terrestre Polveri e altri solidi portati nell'atmosfera dal vento Spray marini Gas e altri prodotti metabolici introdotti nell'atmosfera dagli organismi viventi Reazioni causate da fulmini e dai raggi cosmici Inquinamento antropico La pioggia può dunque contenere svariate sostanze e ioni, tra cui calcio, magnesio, potassio, sodio, bicarbonato, cloro, solfati, composti azotati (ammoniaca, nitriti e nitrati), fosfati, cadmio, rame, ferro, piombo, nickel e zinco.

L'effetto del suolo e degli acquiferi
Un primo arricchimento in sali minerali, specialmente quelli derivanti dalla alterazione delle argille, avviene durante l’infiltrazione nei suoli in senso stretto, dai quali queste sostanze vengono lisciviate. Gli ioni dominanti contenuti nelle soluzioni che derivano da un tale processo sono Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, HCO₃^-, SO₄^2-, e Cl^- e sono tanto più concentrati quanto più scarse sono le precipitazioni in un anno.

Tuttavia, è solo una volta raggiunto l’acquifero che si determina la vera identità chimico-fisica di un’acqua sotterranea, la quale dipende essenzialmente da alcuni fattori, riassunti dal seguente schema.

E’ evidente come la composizione chimica di un’acqua sotterranea sia influenzata primariamente dalle caratteristiche litologiche della roccia serbatoio: la concentrazione relativa di anioni e cationi nell’acqua ne determina la cosiddetta facies idrochimica e consente di fare utili considerazioni sui meccanismi di circolazione e sull’idrodinamica degli acquiferi.

Ecco alcuni esempi delle più comuni facies idrochimiche:

La concentrazione relativa di anioni e cationi nelle acque ci permette quindi di risalire con una certa precisione al tipo di roccia serbatoio; per ciascuna delle specie chimiche più importanti vale quindi la pena fare alcune considerazioni.

HCO₃^- e CO₃^2-
Sono gli anioni di gran lunga più diffusi nelle acque sotterranee, entrambi derivanti dalla dissoluzione di carbonati di calcio e magnesio: il loro tenore è quindi più elevato nelle acque circolanti in acquiferi carbonatici, mentre è minimo in quelle provenienti da acquiferi silicei e arenaci in genere. Solitamente CO₃^2- è presente in concentrazioni di gran lunga inferiori rispetto a HCO₃^- , per cui spesso nelle analisi chimiche delle acque si preferisce sommare i valori di concentrazione dei due ioni; in questo caso si parla di CO₃^2- combinato. Concentrazioni di CO₃^2- superiori a 250-270 mg/l sono da porre in relazione con la presenza di materia organica nel sottosuolo (come torba, lignite, petrolio o bitume), a fenomeni di riduzione dei solfati o a venute di anidride carbonica di origine magmatica, metamorfica o iuvenile.

SO₄^2-
I solfati nelle acque hanno diverse possibili origini:

- Dissoluzione di gessi o anidriti venuti a contatto con le acque sotterranee: in questo caso si hanno concentrazioni molto elevate, al limite della saturazione.
- Circolazione in acquiferi con un certo contenuto argilloso.
- Ossidazione di solfuri (piriti, etc.)
- Apporti degli spray marini in zone costiere.

Cl^-
I cloruri nelle acque sotterranee sono il tipico indicatore di circolazioni idriche lente e percorsi lunghi, oltre che della presenza di ampie superfici di dissoluzione. Generalmente provengono dal contatto con sali sodici o potassici (NaCl, KCl), ma possono anche avere origine endogena o magmatica. I cloruri sono talvolta anche un sintomo di inquinamento delle falde: essi sono infatti presenti nelle urine e di conseguenza negli scarichi fognari civili e industriali.

F^- , l^- e Br^-
Questi tre anioni sono tipici delle acque fossili e delle acque connate; sono pure frequenti nelle acque termominerali e in quelle associate alle rocce ricche di sostanze organiche e vegetali fossili, come le acque associate ai giacimenti petroliferi. Il fluoro in particolare, può anche indicare risalita di vapore acqueo proveniente da un corpo magmatico intrusivo situato in profondità.

Ca²⁺ e Mg²⁺
Spesso associati, gli ioni calcio e magnesio rappresentano le specie chimiche più frequenti nelle acque sotterranee. Entrambi provengono dalla dissoluzione di carbonati e solfati (rocce gessifere), mentre il magnesio può provenire anche dal dilavamento di alcuni cloruri. Una concentrazione più elevata di magnesio rispetto al calcio può essere legata alla presenza di rocce o di sedimenti di tipo dolomitico.

Na⁺ e K⁺
Il sodio in natura è presente sotto forma di solfati e carbonati, ma soprattutto di cloruri e quindi spesso risulta associato al cloro. Unitamente al potassio, il sodio è molto diffuso nelle acque termominerali e in tutte quelle caratterizzate da tempi di residenza molto lunghi.


Un discorso a parte meritano alcuni elementi particolari, come il litio, lo stronzio e il rubidio, i quali, unitamente ad ammoniaca, bario, mercurio e manganese, rappresentano traccianti naturali nelle zone a termalità anomala.