Profili verticali della concentrazione di microplastiche lungo la colonna d'acqua

La contaminazione del comparto marino da parte delle microplastiche (MP) è un problema ambientale ormai noto. La loro presenza è infatti stata rilevata in mari e oceani, in prossimità delle coste come in zone offshore, nello strato marino superficiale così come in zone profonde e sui fondali. Nonostante siano numerosi gli studi che affrontano il problema con approccio sperimentale (Kukulka et al., 2012; Song et al., 2018; Li et al., 2020), tramite campagne di misura, o, diversamente, dal punto di vista modellistico (Onink et al., 2022), attraverso simulazioni numeriche, questo rimane ad oggi questione aperta a causa delle varie forzanti in gioco e dei diversi fenomeni fisico-chimico coinvolti. Diffusione e trasporto in un bacino reale dipendono infatti in primo luogo dalla circolazione idrodinamica dello stesso. Questa è a sua volta caratterizzata da moti con scale spaziali e temporali variabili con effetti dispersivi che tendono a sovrapporsi. Inoltre, sono determinanti natura e posizione delle sorgenti da cui il contaminante viene immesso nel bacino. Un ulteriore aspetto di cui tener conto, in particolare volendo focalizzare l’indagine sulla distribuzione delle MP lungo la colonna d’acqua, è rappresentato dalle caratteristiche fisiche delle MP. Densità, forma e dimensioni dei frammenti concorrono infatti nel determinare la velocità verticale, diretta verso il fondo o la superficie, di settling o rising, che assumono le MP e, di conseguenza, in sovrapposizione con l’effetto delle correnti verticali, il loro moto verticale. In particolare, questo aspetto risulta ad oggi problema aperto e in corso di indagine, dal punto di vista sia sperimentale che numerico. Nel primo caso risulta infatti ancora scarso il numero di campionamenti effettuati a diverse profondità e quindi potenzialmente in grado di rilevare MP caratterizzate, in ragione di diverse caratteristiche fisiche, da diverse velocità di settling o rising. Al contempo, risulta non sufficiente la disponibilità di campagne effettuate con una frequenza utile a cogliere la stagionalità dei fattori idrodinamici, quali, ad esempio, lo spessore dello strato mescolato o mixed layer depth (MLD). Per colmare tali lacune, è ampiamente utilizzato l’approccio modellistico. Ad oggi, sono proposti diversi approcci per stimare la velocità verticale delle MP (Waldschläger et al., 2019) e realizzati studi condotti simulando singoli rilasci di particelle con diverse caratteristiche fisiche e diverse velocità verticali (Onink et al., 2022). Rimane comunque oggetto di indagine una rappresentazione completa dei vari aspetti, densità e tipologia di polimero, forma e dimensioni, che caratterizzano le MP disperse nei bacini reali. La mancanza di tale informazione è legata alla difficoltà di reperire dati riguardo carichi, natura e caratteristiche delle MP emesse dalle sorgenti reali e si riflette evidentemente sulla rappresentazione di quest’ultime nei modelli numerici. Nel presente lavoro si è inteso focalizzare l’attenzione sul ruolo della velocità verticale delle MP nel determinare la distribuzione verticale lungo la colonna d’acqua. Allo scopo sono presentati i profili verticali di concentrazione ricavati dalle simulazioni condotte con un modello di dispersione lagrangiano 3D sviluppato per indagare, a scala di bacino, la dispersione di MP con diverse caratteristiche fisiche. Il modello, in fase di continuo sviluppo, utilizza come input i campi di velocità calcolati da un modello idrodinamico euleriano ed implementa una parametrizzazione della diffusività turbolenta verticale già oggetto di precedenti lavori. Nella versione attuale, oltre a consentire la modellazione di fenomeni quali spiaggiamento e risospensione da costa e deposizione sul fondo, implementa un metodo originale di rappresentazione della velocità verticale di settling/rising delle MP. Questa è considerata utilizzando una PDF, probability density function, di tale grandezza per caratterizzare le MP emesse dalle sorgenti simulate.