CTD

Acronimo di “Conductivity, Temperature, Depth“, la conducibilità dell’acqua di mare è la capacità di trasmettere elettricità. Poiché dipende dalla salinità, ovvero dalla quantità di sali inorganici disciolti, la sua misurazione viene utilizzata per la stima della salinità stessa. La temperatura è una caratteristica dell’acqua di mare che varia in funzione della profondità, della stagione e della latitudine. Considerando che la pressione a livello del mare è pari ad 1 atm e che questa varia di circa 1 atm ogni 10 metri di profondità, la misura della profondità viene utilizzata per calcolare la pressione dell’acqua di mare.

La misurazione di conduttività, temperatura e profondità avviene tramite sonde multiparametriche [foto] che sono dotate di sensori specifici per ciascun parametro. Tali strumenti vengono immersi da un’imbarcazione a varie profondità e forniscono un profilo verticale per ciascuno di essi.

Salinità, temperatura e pressione sono legate tra loro dall’equazione di stato dell’acqua di mare. La variazione dei valori di queste tre variabili è significativa nel determinare la circolazione delle masse d’acqua e la distribuzione degli organismi.

FLUORESCENZA

La fluorescenza è una forma di luminescenza determinata dall’emissione di radiazioni luminose da parte di sostanze solide, liquide e gassose.

La fluorescenza in acqua di mare viene misurata attraverso un sensore connesso ad una sonda multiparametrica [foto] .

Si è visto che la misura della fluorescenza è un metodo più preciso per la misurazione della produzione primaria del fitoplancton rispetto alla determinazione della clorofilla a. Rappresenta un indice della biomassa fitoplanctonica che permette di definire il livello trofico di un corpo idrico e di prevedere quindi eventuali condizioni anossiche vicino al fondo.

TORBIDITA’

La torbidità è la misura della presenza di materiale organico e inorganico in sospensione.

La torbidità viene misurata con un apposito sensore connesso ad una sonda multiparametrica [foto] .

Poichè la torbidità modifica le proprietà fisiche e chimiche dell’acqua, soprattutto a livello di penetrazione della luce, ha dirette conseguenze sulla produzione primaria del fitoplancton.

NUTRIENTI

Sotto tale denominazione vanno i composti dell’azoto e del fosforo in forma disciolta; questi composti sono costituiti da nitrati, nitriti, sali d’ammonio e fosfati. Tra essi, spesso, viene compreso anche il silicio in quanto entra nella composizione dei frustuli di diatomee, gusci e spicole di silicoflagellati e radiolari.

La misurazione della loro concentrazione avviene in campioni di acqua prelevati da un’imbarcazione tramite la bottiglia Niskin ed analizzati in laboratorio con apposita strumentazione.

Sono sostanze chimiche che favoriscono la crescita di micro- e macroalghe e delle fanerogame marine. Una scarsa concentrazione di nutrienti costituisce un fattore critico o limitante per la loro crescita.

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DOC, CDOM, FDOM

Il carbonio organico disciolto (DOC) svolge un ruolo importante nel ciclo del carbonio in mare, ed è una delle tre principali riserve di materiale organico del pianeta. Esso rappresenta la frazione più abbondante della sostanza organica disciolta (DOM), ovvero una miscela di composti organici che è la principale fonte di carbonio, azoto e fosforo per i batteri eterotrofi e risulta di estrema importanza anche nella produzione primaria delle microalghe. La sostanza organica disciolta cromofora (CDOM), cioè la frazione colorata, assorbe la luce sia nel visibile che nell’ultravioletto (UV) e ne riemette una parte sotto forma di fluorescenza. La frazione fluorescente (FDOM) rappresenta la porzione di origine biologica e il fitoplancton è sicuramente una delle sue fonti principali.

Il DOC viene misurato con analizzatori di carbonio. La CDOM e la FDOM con metodiche di spettroscopia.

La determinazione quantitativa della sostanza organica dà informazioni sullo stato trofico dell’ambiente marino. La CDOM, essendo influenzata dall’eutrofizzazione, risulta un buon indice dell’immissione in mare di nutrienti di origine terrestre e può a sua volta influenzare significativamente la penetrazione della luce in profondità. L’analisi della FDOM dà indicazioni circa l’origine del carbonio organico.

POC

Il Carbonio è l’elemento chimico più frequente nella costituzione di tutti composti organici e quindi anche nella composizione degli esseri viventi. Si può quindi affermare che tutte le forme di vita di questo pianeta hanno a che fare con la chimica del carbonio, di conseguenza i cicli con cui questo elemento viene usato e riciclato negli ecosistemi sono di basilare importanza per tutti gli esseri viventi uomo compreso. Il carbonio organico particellato (POC) rappresenta la frazione particellare del carbonio organico presente in acqua di mare.

Le determinazione del POC viene effettuata mediante un analizzatore elementale CHN [foto] .

La determinazione del POC, insieme al DOC, dà informazioni sullo stato trofico dell’ambiente marino.

δ 13C (POC)

Il δ 13C è il valore del rapporto fra gli isotopi stabili non radioattivi del carbonio presenti in un campione.

Le misure vengono effettuate in laboratorio con spettrometria di massa isotopica.

La misurazione dei valori dell’isotopo stabile δ 13C consente di interpretare l’origine della sostanza organica sia nella colonna d’acqua che nel sedimento, nonché le relazioni trofiche negli ecosistemi e l’andamento del ciclo del carbonio nel tempo.

INQUINANTI MICROBIOLOGICI

L’inquinamento microbiologico in mare è una diretta conseguenza dello sversamento di reflui urbani o da allevamenti animali non adeguatamente depurati.

L’individuazione dei batteri avviene in laboratorio secondo metodiche standardizzate di filtrazione ed isolamento.

La misura della concentrazione di microorganismi indici di contaminazione fecale (i.e. Escherichia coli ed Enterococchi intestinali), di per sé normalmente non pericolosi per la salute umana, consente di allertare sull’eventuale presenza di patogeni batterici o virali che rappresentano una seria minaccia igienico-sanitaria.

BIOMASSA E ABBONDANZA BATTERICA

Le comunità batteriche marine rivestono un ruolo importante nel ciclo del carbonio e dei nutrienti perché sono coinvolte in numerosi processi dalla formazione della sostanza organica alla cattura del carbonio.

La stima dell’abbondanza batterica viene effettuata in laboratorio con la tecnica dell’epifluorescenza, un particolare metodo di microscopia a fluorescenza, largamente utilizzato nell'ambito della biologia.

La valutazione quantitativa della componente batterica dell’acqua di mare consente di avere informazioni sul flusso del carbonio e dei nutrienti che entrano nella componente biologica e quindi nella rete trofica.

STRUTTURA DELLA COMUNITÀ BATTERICA

La composizione delle comunità microbiche cambia con la profondità, la stagione, e le condizioni dell’ambiente.

I cambiamenti della struttura di tali comunità vengono studiati con metodiche molecolari.

Studiare i mutamenti della struttura serve a evidenziare i cambiamenti delle condizioni chimico-fisiche dell’acqua di mare, nonché le variazioni nell’utilizzo della sostanza organica e nella sua rimineralizzazione.

FITOPLANCTON

Negli ecosistemi acquatici il fitoplancton ricopre un ruolo fondamentale, rappresentando il primo anello della catena trofica. Secondo l’Ecologia classica è costituito da organismi vegetali in genere microscopici ed è il principale responsabile dei processi fotosintetici e della produzione della sostanza organica necessaria per gli stadi successivi della catena alimentare.

I campioni di acqua di mare vengono prelevati con retini trascinati da un’imbarcazione per valutazioni qualitative, mentre si utilizza la bottiglia Niskin, calata verticalmente dall’imbarcazione, per lo studio quantitativo. In laboratorio si procede alla sedimentazione del campione raccolto ed all’identificazione e quantificazione dei taxa tramite microscopi a rovesciamento [foto] o microscopia elettronica a scansione e trasmissione.

Poiché la densità fitoplanctonica presenta variazioni stagionali strettamente correlate alla quantità di radiazione solare, alla disponibilità di macronutrienti (principalmente azoto e fosforo) e alla efficienza degli organismi che si cibano di alghe planctoniche, lo studio qualitativo e quantitativo del fitoplancton può essere un utile indice per la loro valutazione.

ZOOPLANCTON

Lo zooplancton [foto] funge da trait d’union tra i livelli trofici di base della catena alimentare marina (i.e. fitoplancton e batteri), produttori di sostanza organica, e i livelli superiori (i.e. pesci). Partecipa anche al ricircolo dei nutrenti algali.

I campioni di acqua di mare vengono prelevati con bottiglie o retini [foto] idonei che vengono immersi dall’imbarcazione. L’identificazione tassonomica degli organismi (analisi qualitativa) avviene in laboratorio mediante stereoscopio [foto] o, per analisi più dettagliate, microscopia elettronica. La stima della biomassa viene effettuata con metodi volumetrici o biochimici.

La composizione qualitativa e quantitativa di tale categoria di organismi fornisce indicazioni precise sullo stato di salute degli ecosistemi.

METALLI

I metalli presenti in mare derivano essenzialmente dalle attività svolte dall’uomo sulla terra, in particolare le attività industriali. I cosiddetti metalli pesanti (es. zinco, cromo, nichel, mercurio, piombo) sono tossici per gli organismi marini sia vegetali che animali, e si accumulano nella catena alimentare.

La quantificazione dei metalli in traccia nell’acqua di mare viene effettuata in laboratorio con metodiche di spettrofotometria o gas-cromatografia.

La quantificazione di tali metalli dà informazioni sull’eventuale rischio per la salute degli organismi.

INQUINANTI ORGANICI

Gli inquinanti organici (es. diossine, PCB, idrocarburi, IPA) derivano oltre che dall’immissione di reflui inquinati e dal dilavamento di suoli contaminati, anche dall’atmosfera e vengono trasportati per lunghi tratti a partire dalla zona di origine prima di essere deposti in mare.

I campioni raccolti, adeguatamente trattati, vengono analizzati in laboratorio con metodi di gas cromatografia accoppiata a spettrometria di massa

La pericolosità degli inquinanti organici è legata alla loro tossicità, biodisponibilità e persistenza nell’ambiente. I disturbi che causano sono di vario tipo ed entità, a seconda del grado di accumulo, e vanno dall’interferenza sui cicli vitali di microrganismi animali e vegetali agli effetti negativi sulla fisiologia dell’uomo. Queste sostanze possono essere oltre che tossiche, anche mutagene e cancerogene.

MICROPLASTICHE

Le microplastiche (<5mm) sono il risultato del processo di degradazione degli oggetti di plastica di uso comune che vengono incautamente riversati in mare.

Lo strumento utilizzato per il campionamento è un retino Manta [foto] , che, trascinato da un’imbarcazione, raccoglie il materiale nei primi centimetri della colonna d’acqua e lo trattiene in un bicchiere raccoglitore finale. Il materiale raccolto viene suddiviso per forma e colore in laboratorio tramite l’utilizzo di uno stereomicroscopio [foto] e successivamente quantificato in relazione al volume di acqua filtrato durante il campionamento.

Visto il loro potenziale impatto ecologico sugli organismi di plancton e necton che le ingeriscono e le accumulano, si è reso necessario introdurre il monitoraggio delle microplastiche che si accumulano sulla superficie.