GEOCHEMICAL AND ENVIRONMENTAL STUDY OF A COASTAL ECOSYSTEM: MASSACIUCCOLI LAKE (NORTHERN TUSCANY, ITALY)
Etude de la géochimie et de l’environnement d’un écosystème côtière (Toscana du nord, Italie)
Résumé
The Massaciuccoli palustrine marsh is amongst the most important wetlands in Tuscany. It is a coastal lagoon of fresh to brackish water, which drains a total basin area of about 112 km2 and opens to the sea by way of an artificial channel, known as Burlamacca.
In the palustrine area there are old quarries (30 m max depth and 2.5 km2 total area) which have been left by the previous sand extraction activity. Sewage, wastewaters of reclamation lands and wastewaters of cattle-breeding and of a food-industry are the main polluting sources. Within the basin, there are two landfills and several agricultural farming activities.
This research, attempts to study 1) the anthropogenic impact on water chemistry; 2) the seawater inflow, the groundwater infiltration and the evaporation rate; 3) the role of the excavation area and 4) the function of the biotic processes, by applying geochemical techniques and chemical (Br, B, Cl and nutrients) and isotopic (δ18O, δ11B, δ2H, δ13C, δ34SSO4 and δ18OSO4) tracers.
This study highlighted some important methodological aspects concerning:
1-the role of biotic processes to regulate the contents of several dissolved chemical compounds
2-the application of isotopes to trace the chemical-physical processes, taking place at the interface between the different compartments, to establish the origin of the elements and to get dating.
In particular we point out:
i. the distribution in the system of trace elements depends on the presence and intensity of biotic activity
ii. the importance of isotope geochemistry to trace the origin of water and active, chemical-physical processes
iii. the increase in the radiocarbon activity of the sedimentary organic matter, corresponding to the atomic experiments carried out during the 60's, at different depths in the sediments from different sites in the lake.
We can conclude that geochemical research allowed us to underline the influence of agricultural activity on the chemical composition of lake water, the hydrodynamic equilibrium and superficial sediment composition.
The quarries, because of their high water volume, represent a hydraulic barrier for seawater intrusion into the lake. They act also as a sink for nutrients and they have a positive hydraulic function to prevent lake contamination. However, in future, they will become a serious problem if the stratification (chiefly due to chemical stability) disappears or if they are filled up.
iv
In the palustrine area there are old quarries (30 m max depth and 2.5 km2 total area) which have been left by the previous sand extraction activity. Sewage, wastewaters of reclamation lands and wastewaters of cattle-breeding and of a food-industry are the main polluting sources. Within the basin, there are two landfills and several agricultural farming activities.
This research, attempts to study 1) the anthropogenic impact on water chemistry; 2) the seawater inflow, the groundwater infiltration and the evaporation rate; 3) the role of the excavation area and 4) the function of the biotic processes, by applying geochemical techniques and chemical (Br, B, Cl and nutrients) and isotopic (δ18O, δ11B, δ2H, δ13C, δ34SSO4 and δ18OSO4) tracers.
This study highlighted some important methodological aspects concerning:
1-the role of biotic processes to regulate the contents of several dissolved chemical compounds
2-the application of isotopes to trace the chemical-physical processes, taking place at the interface between the different compartments, to establish the origin of the elements and to get dating.
In particular we point out:
i. the distribution in the system of trace elements depends on the presence and intensity of biotic activity
ii. the importance of isotope geochemistry to trace the origin of water and active, chemical-physical processes
iii. the increase in the radiocarbon activity of the sedimentary organic matter, corresponding to the atomic experiments carried out during the 60's, at different depths in the sediments from different sites in the lake.
We can conclude that geochemical research allowed us to underline the influence of agricultural activity on the chemical composition of lake water, the hydrodynamic equilibrium and superficial sediment composition.
The quarries, because of their high water volume, represent a hydraulic barrier for seawater intrusion into the lake. They act also as a sink for nutrients and they have a positive hydraulic function to prevent lake contamination. However, in future, they will become a serious problem if the stratification (chiefly due to chemical stability) disappears or if they are filled up.
iv
Le marais de Massaciuccoli est la plus importante zone humide de la Toscane septentrionale. C'est une lagune côtière qui draine un bassin d'environ 112 km2 de surface totale et qui est caractérisée par des eaux à salinité très variable. Cette zone est reliée à la mer par un canal artificiel, appelé « Burlamacca ».
Dans cette zone palustre, on retrouve de vieilles carrières (profondeur maximum : 30 m., superficie totale : 2,5 km2 ), témoignage d'une ancienne activité d'extraction de sable siliceux. Les principales sources polluantes sont représentées par les déchets urbains et industriels et par les eaux de drainage agricole ; au sein du bassin, il y a en effet 2 décharges et plusieurs entreprises agricoles.
Ce projet de recherche se propose d'étudier : 1) l'impact anthropique sur la chimie des eaux du bassin du lac de Massaciuccoli ; 2) l'apport de l'eau de mer, l'infiltration des eaux souterraines et le taux d'évaporation du lac ; 3) le rôle exercé par les anciennes carrières, et 4) le rôle des processus biologiques.
Les résultats ont été obtenus en appliquant des techniques géochimiques et en utilisant des traceurs chimiques (Br, B, Cl et des éléments nutritifs) et isotopiques (δ18O, δ11B, δ2H, δ13C, δ34SSO4 et δ18OSO4).
L'étude a mis en évidence des aspects méthodologiques importants, concernant :
1. l'influence des processus biologiques sur le contenu des composés chimiques dissous dans les eaux
2. l'application des techniques isotopiques qui, non seulement, a permis de suivre les processus chimiques et physiques qui se développent à l'interface entre les différents compartiments, mais qui a permis aussi d'établir l'origine des divers éléments et d'effectuer des datations.
Notamment, on a mis en évidence les points suivants:
a. la distribution des éléments dans le système étudié est fonction de la présence et de l'intensité de l'activité biologique
b. la géochimie est importante pour tracer l'origine des eaux et des processus chimiques et physiques.
c. Les datations effectuées sur la matière organique des sédiments avec le 14C mettent en évidence la présence d'un pic de l'activité radioactive, qui correspond aux essais atomiques effectués dans les années '60. La profondeur, à laquelle on peut trouver ces évidences, varie selon les différents sites échantillonnés.
En conclusion, ce travail a permis de mettre en évidence l'influence de l'activité agricole sur la composition chimique de l'eau du lac, sur l'équilibre hydrodynamique et sur la composition du sédiment superficiel. En outre, les carrières, en relation à leur extension et profondeur, représentent une barrière hydraulique à l'intrusion de l'eau marine dans le lac ; la disparition de la stratification des eaux des carrières ou un éventuel remplissage de ces dernières pourrait devenir un problème très sérieux pour l'équilibre de l'écosystème palustre.
vi
Dans cette zone palustre, on retrouve de vieilles carrières (profondeur maximum : 30 m., superficie totale : 2,5 km2 ), témoignage d'une ancienne activité d'extraction de sable siliceux. Les principales sources polluantes sont représentées par les déchets urbains et industriels et par les eaux de drainage agricole ; au sein du bassin, il y a en effet 2 décharges et plusieurs entreprises agricoles.
Ce projet de recherche se propose d'étudier : 1) l'impact anthropique sur la chimie des eaux du bassin du lac de Massaciuccoli ; 2) l'apport de l'eau de mer, l'infiltration des eaux souterraines et le taux d'évaporation du lac ; 3) le rôle exercé par les anciennes carrières, et 4) le rôle des processus biologiques.
Les résultats ont été obtenus en appliquant des techniques géochimiques et en utilisant des traceurs chimiques (Br, B, Cl et des éléments nutritifs) et isotopiques (δ18O, δ11B, δ2H, δ13C, δ34SSO4 et δ18OSO4).
L'étude a mis en évidence des aspects méthodologiques importants, concernant :
1. l'influence des processus biologiques sur le contenu des composés chimiques dissous dans les eaux
2. l'application des techniques isotopiques qui, non seulement, a permis de suivre les processus chimiques et physiques qui se développent à l'interface entre les différents compartiments, mais qui a permis aussi d'établir l'origine des divers éléments et d'effectuer des datations.
Notamment, on a mis en évidence les points suivants:
a. la distribution des éléments dans le système étudié est fonction de la présence et de l'intensité de l'activité biologique
b. la géochimie est importante pour tracer l'origine des eaux et des processus chimiques et physiques.
c. Les datations effectuées sur la matière organique des sédiments avec le 14C mettent en évidence la présence d'un pic de l'activité radioactive, qui correspond aux essais atomiques effectués dans les années '60. La profondeur, à laquelle on peut trouver ces évidences, varie selon les différents sites échantillonnés.
En conclusion, ce travail a permis de mettre en évidence l'influence de l'activité agricole sur la composition chimique de l'eau du lac, sur l'équilibre hydrodynamique et sur la composition du sédiment superficiel. En outre, les carrières, en relation à leur extension et profondeur, représentent une barrière hydraulique à l'intrusion de l'eau marine dans le lac ; la disparition de la stratification des eaux des carrières ou un éventuel remplissage de ces dernières pourrait devenir un problème très sérieux pour l'équilibre de l'écosystème palustre.
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