Impact of damming on water quality in tropical semiarid rivers

L'acqua dolce è la linfa vitale della civiltà umana, ma i fiumi che la trasportano sono raramente lasciati scorrere naturalmente. In tutto il mondo, specialmente nelle regioni calde e aride, le persone hanno costruito enormi dighe per conservare l'acqua per il consumo, l'agricoltura e l'industria. Quando un fiume viene fermato da un muro di cemento, diventa un lago, o bacino artificiale. Questa trasformazione cambia tutto riguardo all'acqua. L'acqua rallenta, si scalda e resta ferma per settimane o mesi. In questo stato di quiete, processi chimici e biologici invisibili prendono il sopravvento. La luce solare alimenta minuscole piante chiamate alghe, i batteri decompongono i rifiuti e i nutrienti come l'azoto e il fosforo passano da una forma all'altra. Per decenni, gli scienziati si sono chiesti come questi cambiamenti influenzino la qualità dell'acqua che alla fine esce dalla diga. Il bacino agisce come un enorme filtro, pulendo l'acqua mentre passa attraverso di esso? O diventa una fabbrica che rende l'acqua più sporca, più ricca di alghe e più inquinata? La risposta è cruciale per la gestione delle risorse idriche in un mondo che si riscalda, dove le siccità stanno diventando più lunghe e severe.

Nella regione semiarida del Brasile, un'ampia zona di terra calda e secca nel nord-est, i ricercatori si sono posti l'obiettivo di rispondere a questa domanda con un massiccio studio a lungo termine su otto diversi bacini artificiali. Questa regione è definita dalla sua lotta contro la scarsità d'acqua. I fiumi qui sono spesso stagionali, e i bacini sono l'unica cosa che tiene in vita città e fattorie durante i mesi secchi. Tra il 2015 e il 2019, l'area ha subito una delle peggiori siccità della sua storia. I livelli dell'acqua in questi bacini sono scesi così bassi che contenevano meno dell'uno per cento della loro capacità totale. È stato un esperimento naturale perfetto, seppur durissimo. Il team, guidato da Iran Eduardo Lima Neto, ha raccolto anni di dati forniti dalle agenzie statali. Hanno misurato quindici diverse proprietà dell'acqua proprio prima che entrasse nel bacino e subito dopo che ne uscì. Queste misurazioni includevano tutto, dalla temperatura e dal colore dell'acqua alla quantità di ossigeno, alla presenza di batteri e ai livelli di nutrienti che alimentano le alghe. Confrontando l'acqua in entrata con quella in uscita, potevano vedere esattamente cosa il bacino stesse facendo al fiume.

I risultati hanno sfidato un'ipotesi comune. Molte persone sperano che i bacini artificiali agiscano come impianti di trattamento naturali, ripulendo l'acqua dall'inquinamento e dai rifiuti organici mentre ristagna dietro la diga. Lo studio ha scoperto che, per la maggior parte delle cose misurate, i bacini non hanno fatto molto in nessuno dei due sensi. La temperatura dell'acqua, la salinità, la quantità di solidi disciolti e persino i livelli di batteri e fosforo sono cambiati pochissimo tra l'ingresso e l'uscita. I bacini non stavano agendo come filtri, né stavano agendo come grandi inquinatori per questi specifici fattori. L'acqua che lasciava la diga era, per la maggior parte, chimicamente simile all'acqua che vi entrava. Questa stabilità è rimasta valida anche durante l'estrema siccità, quando i bacini erano quasi vuoti. I ricercatori hanno scoperto che, sebbene i livelli dell'acqua fluttuassero selvaggiamente, l'effetto complessivo della diga su questi parametri rimaneva sorprendentemente costante nel lungo periodo.

Tuttove, la storia era molto diversa per un gruppo specifico di sostanze. Sebbene i bacini non pulissero l'acqua, ne cambiarono il carattere biologico in modo significativo. L'acqua che usciva dalle dighe conteneva sostanzialmente più azoto inorganico, solidi sospesi, ossigeno disciolto e torbidità rispetto all'acqua che vi entrava. Ancora più sorprendente, la quantità di clorofilla-a, un pigmento che indica la presenza di alghe, è aumentata del 130 percento. I bacini non stavano filtrando l'acqua; stavano alimentando una fioritura di vita vegetale microscopica. I ricercatori hanno determinato che ciò accadeva perché i bacini trattenevano il fosforo leggermente meglio di quanto trattenessero l'azoto. Questo squilibrio, combinato con l'intenso calore del sole tropicale, creava un ambiente perfetto per la rapida crescita delle alghe. Gli alti livelli di ossigeno disciolto misurati nell'acqua non erano un segno di salute incontaminata, ma piuttosto un segno di intensa fotosintesi durante il giorno, un processo che spesso porta a pericolosi cali di ossigeno durante la notte, quando le alghe muoiono e si decompongono.

Lo studio ha anche utilizzato modelli informatici per comprendere perché questi cambiamenti fossero avvenuti e per testare come diverse condizioni potessero alterare i risultati. Le simulazioni hanno confermato che il comportamento dei bacini era guidato da un equilibrio tra ciò che arrivava dal territorio circostante e ciò che accadeva all'interno dell'acqua stessa. I ricercatori hanno scoperto che i bacini non funzionavano come i grandi stagni ingegnerizzati utilizzati per trattare le acque reflue, che sono progettati per rimuovere i rifiuti. Inveve, questi bacini tropicali stavano semplicemente facendo transitare l'acqua permettendo ai processi biologici interni di prendere il sopravvento. L'aumento di alghe e nutrienti era in gran parte guidato dall'inquinamento proveniente dalla terra — erosione e sistemi di gestione dei rifiuti inadeguati che lavavano azoto e solidi nei fiumi — combinato con le condizioni calde all'interno del bacino che acceleravano la loro crescita. La siccità stessa ha cambiato il modo in cui l'acqua si comportava di anno in anno, ma non ha cambiato la natura fondamentale dei bacini. Essi rimanevano luoghi in cui l'acqua non veniva pulita, ma in cui l'equilibrio dei nutrienti si spostava a favore della crescita delle alghe.

Questa ricerca fornisce un quadro chiaro di ciò che accade all'acqua nelle regioni calde e secche del mondo quando viene trattenuta dietro una diga. I risultati suggeriscono che in questi ambienti, i bacini artificiali non possono essere affidati per risolvere i problemi di qualità dell'acqua causati dall'inquinamento terrestre. Essi non rimuovono la materia organica o i batteri che minacciano la salute umana, né eliminano i nutrienti che causano le fioriture algali. Invece, tendono a preservare la composizione chimica dell'acqua pur amplificando l'attività biologica. Per le comunità che dipendono da questi bacini, la lezione è che la gestione della qualità dell'acqua richiede di guardare a monte. Pulire l'acqua prima che raggiunga la diga è essenziale, perché la diga stessa non farà il lavoro. I bacini non sono la soluzione all'inquinamento; sono il palcoscenico su cui si consumano le conseguenze dell'inquinamento, risultando spesso in un'acqua più ricca di vita, ma potenzialmente più pericolosa per le persone che hanno bisogno di berla.