2. - QUADRO CONOSCITIVO DELLAVALLE DELL'ARNO

2.1. - ASPETTI GENERALI

Il Fiume Arno nasce nell'Appennino tosco-emiliano dal versante meridionale del M.teFalterona (1654 m s.l.m.), da dove defluisce versosud-ovest, fino a sfociare nel Mar Ligure dopo untortuoso percorso di 242 km (fig. 2). L'Arno èuno dei più importanti fiumi d'Italia, sia perchérappresenta per estensione il quinto bacino idro-grafico nazionale e il settimo per lunghezza, siaper gli aspetti storico-culturali ad esso collegati. Ilbacino si estende su un'area che comprende pre-valentemente la Regione Toscana (98.4%), secon-dariamente la Regione Umbria (1.6%) bagnandole province di Arezzo, Firenze, Prato, Pistoia, Pisae molto marginalmente quelle di Siena, Lucca,Livorno e Perugia.

Il bacino imbrifero ha una superficie di 8228km2, di cui il 55.3% è a quote inferiori ai 300 ms.l.m., mentre il 30.4% è racchiuso fra 300 e 600m ed il 9.8% tra i 600 e i 900 m. Le maggiori alti-tudini di alimentazione sono localizzate nel trattoiniziale del corso, in particolare nel gruppo mon-tuoso del Falterona e del Pratomagno, con le vetterispettivamente di M.te Falco (1657 m) e delPoggio Uomo di Sasso (1537 m).

Il Capo d'Arno, situato a quota 1385 m s.l.m.,viene alimentato dalle numerose sorgenti presen-ti nell'area casentinese, le quali vengono raccoltein un alveo a carattere torrentizio fino in prossi-mità di Stia, località situata a quota 440 m s.l.m.Dopo il primo tratto montano, l'Arno lascia lostretto bacino del Casentino e si immette nellaPiana di Arezzo dove, a 60 km dalla sorgente,riceve le acque del Canale della Chiana.Proseguendo, e dopo aver disegnato un ampioarco, il corso naturale dell'Arno è interrotto dadue sbarramenti artificiali consecutivi che forma-no gli invasi di La Penna e Levane, entrambi sfrut-tati da piccole centrali idroelettriche. Quindi entranel bacino del Valdarno Superiore, dirigendosiverso nord-ovest e ricevendo in sinistra le acquedel Fiume Ambra. A Pontassieve, dopo avertagliato il proseguimento settentrionale della dor-sale del Pratomagno e dopo la confluenza indestra del Fiume Sieve, suo principale affluenteche raccoglie le acque del Bacino del Mugello,

13INDAGINE GEOCHIMICA ED ISOTOPICA NELLE ACQUE SUPERFICIALI DELLA VALLE DELL'ARNO

l'Arno volge verso est ed entra nella Piana diFirenze. Da qui, il fiume riceve in sinistra le acquedella Greve ed in destra quelle del Bisenzio edell'Ombrone Pistoiese. Quindi, dopo aver taglia-to anche la dorsale appenninica del M.te Albano,dopo Montelupo riceve da sinistra le acque dellaPesa, dell'Elsa, dell'Egola e dell'Era, mentre adestra le acque del Canale Usciana, emissario delPadule del Fucecchio, in cui confluiscono i tribu-tari della Valdinevole. Dopo Pontedera, ormai ral-lentato e contenuto in potenti argini di protezio-ne, l'Arno scorre disegnando una serie di ampimeandri. Da qui alla foce il reticolo idrograficodella piana di Pisa è in gran parte costituito dacanali artificiali, in parte drenati dal cosiddettoCanale Scolmatore, che ha il suo incile pressoPontedera e la sua foce poco a nord di Livorno,dopo un percorso di 28.5 km. Infine, dopo 242

km l'Arno sfocia nel Mar Tirreno a Marina diPisa, delimitando a nord la riserva naturalistica diSan Rossore (fig. 3).

2.2. - SUDDIVISIONE IDROGRAFICA

Il Bacino dell'Arno viene comunemente suddi-viso in sei sottobacini principali che, da est adovest sono: il Casentino, la Val di Chiana, la Val diSieve, il Valdarno Superiore, il Valdarno Medio ed ilValdarno Inferiore (fig. 3). La tabella 4 ne riassumealcune delle principali caratteristiche idrografiche.

Il sottobacino del Casentino comprende l'altobacino dell'Arno, da Capo D'Arno fino alla con-fluenza con la Chiana, ed è compreso tra la dorsa-le appenninica e quella del Pratomagno. Ha unasuperficie di 883 km2, con una pendenza media dei

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FIUME Ca2+ Mg2+ Na+ K+ Cl- SO42- HCO3

- SiO2 TDS

Africa:Reale 5.7 2.2 4.4 1.4 4.1 4.2 26.9 12 60.5

Naturale 5.3 2.2 3.8 1.4 3.4 3.2 26.7 12 57.8Asia:Reale 17.8 4.6 8.7 1.7 10 13.3 67.1 11 134.6

Naturale 16.6 4.3 6.6 1.6 7.6 9.7 66.2 11 123.5Sud America:

Reale 6.3 1.4 3.3 1 4.1 3.8 24.4 10.3 54.6Naturale 6.3 1.4 3.3 1 4.1 3.5 24.4 10.3 54.3

Nord America:Reale 21.2 4.9 8.4 1.5 9.2 18 72.3 7.2 142.6

Naturale 20.1 4.9 6.5 1.5 7 14.9 71.4 7.2 133.5Europa:

Reale 31.7 6.7 16.5 1.8 20 35.5 86 6.8 212.8Naturale 24.2 5.2 3.2 1.1 4.7 15.1 80.1 6.8 140.3Oceania:

Reale 15,2 3.8 7.6 1.1 6.8 7.7 65.6 16.3 125.3Naturale 15 3.8 7.6 1.1 5.9 6.5 65.1 16.3 120.3

Media Mondiale:Reale 14.7 3.7 7.2 1.4 8.3 11.5 53 10.4 110.1

Naturale 13.4 3.4 5.2 1.3 5.8 8.3 52 10.4 99.6

Tab. 3 - Composizione chimica media dei maggiori fiumi del mondo. Il termine “naturale” è riferito al valore corretto a menodel contributo antropico. Il termine “reale” è riferito al valore misurato includendo il contributo antropico. Le concentrazioni

sono espresse in mg/L (modificata da BERNER & BERNER, 1996).- Mean chemical composition of some major world rivers; "naturale" is referred to the natural concentra-tions corrected for pollution, whereas "reale" is referred to the actual concentrations, including pollution.

Concentrations are reported in mg/L (modified from BERNER & BERNER, 1996).

versanti del 7.3% nel primo tratto della sorgentesino a Stia, e dello 0.55% da Stia a Subbiano (BILLIet alii, 1989). Numerosi sono gli affluenti a carat-tere torrentizio che drenano questo sottobacino.

La Val di Chiana comprende un'area pianeggian-te con deboli rilievi morfologici, che si estende percirca 1368 km2 con un'altitudine media di 337m.s.l.m. (http://www.adbarno.it). Anticamentepaludosa, è stata bonificata prima dagli aretini nel1300 e successivamente dai Medici alla fine del'500. I lavori hanno portato alla sua suddivisionetra il Bacino dell'Arno e quello del Tevere median-te il Canale della Chiana. Il canale raccoglie tutte leacque del reticolo idrografico di questo sottobaci-no confluendo poi in Arno all'altezza di Ponte aBuriano (fig 3).

Il sottobacino del Valdarno Superiore è unalunga e stretta pianura racchiusa ad est dai rilievidel Pratomagno e ad ovest dai M.ti del Chianti. Lasua estensione è di 984 km2, con una pendenzamedia dell'Arno dello 0.25%. Nel tratto più meri-dionale sono ubicati gli sbarramenti idroelettricidi La Penna e Levane, a quota rispettivamente di206 e 169 m s.l.m., con capacità totali degli invasi,rispettivamente di 16 e di 4.9 milioni di m3

(AUTORITÀ DI BACINO DEL FIUME ARNO, 1998).Nel Valdarno Superiore non ci sono fiumi impor-tanti, l'unico affluente di un certo rilievo è ilFiume Ambra.

La Val di Sieve comprende un'area delimitatadalla dorsale Appenninica a nord ed i contraffor-ti del Mugello, con una superficie di 843 km2

15INDAGINE GEOCHIMICA ED ISOTOPICA NELLE ACQUE SUPERFICIALI DELLA VALLE DELL'ARNO

Fig. 2 - Ubicazione del Bacino dell'Arno (modificato da Atlante Geografico del Mondo, 1998).- Location of the Arno Basin (modified from Atlante Geografico del Mondo, 1998).

(http://www.adbarno.it). La sorgente da cui siorigina il Fiume Sieve (Capo Sieve) si trova nelComune di Barberino di Mugello sulle pendici delMonte Cuccoli ad una quota di 633 m s.l.m. Ilcorso della Sieve misura 60 km, con un'elevazio-ne media di 490 m s.l.m. (ARPAT, 1998). Lungoil corso si situa la diga di Bilancino, con una capa-cità di invaso di 84 milioni di m3 (AUTORITÀ DIBACINO DEL FIUME ARNO, 1998). La Sieve racco-glie numerosi affluenti prima di confluire in Arnoall'altezza di Pontassieve (Fig. 3); le sue portatepiù elevate possono superare i 1000 m3/sec.(ARPAT, 1998) e durante l'alluvione del 1966 laSieve scaricava in Arno le sue acque con una por-tata di 1340 m3/sec.

Convenzionalmente, il limite del sottobacinodel Valdarno Medio inizia a valle di Pontassieve(Fig. 3) e si estende su di una superficie di 1375km2. Al suo interno sono compresi i sottobacinidel Fiume Bisenzio e del Fiume Ombrone in rivadestra, e della Greve e dell'Ema in sinistra. IlFiume Bisenzio ha una lunghezza d'asta di 49 km

ed un bacino imbrifero di 242 km2, di cui 150 Km2

costituiscono la parte a nord di Prato (ARPAT,1998). Il suo regime è tipicamente torrentizio conuna portata media di 4.1 m3/anno (ARPAT, 1998).L'Ombrone Pistoiese si immette in Arno poco avalle del Bisenzio nei pressi del Comune diCarmignano; ha un'estensione di bacino di 489km2 ed una lunghezza dell'asta di 41 km. Il FiumeGreve prende origine da due sorgenti principali: laFonte di Poggio alle Coste e la Fonte del Topo,entrambe situate nel Comune di Greve in Chianti;ha un bacino imbrifero di 283 km2 con lunghezzadel corso di 45 km (ARPAT, 1998). La portatadella Greve presenta una grande variabilità tra ilperiodo di magra e quello di morbida: nel periodoestivo spesso il fiume in alcuni tratti risulta insecca, mentre nel periodo invernale si rileva unabuona portata. Il suo principale affluente, ilTorrente Ema, si origina nel Chianti dalle pendicidi tre poggi (Croce, Citerna e Tondo), ha una lun-ghezza di 27 km ed un'estensione del bacinoimbrifero pari a 121 km2 (ARPAT, 1998).

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Valdarno InferioreValdarno Inferiore

ValdarnoMedioValdarnoMedio

Sieve

ValdarnoSuperioreValdarnoSuperiore

Casentino

Valdichiana

Sieve

Arno

Arno

Ch

ian

a

Am

bra

Gre

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Bis

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zio

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brone

Pesa

Els

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Egola

Era

Nie

vo

le

Usciana Nave

di Rosano

Capo d’Arno

S.Giovanni

alla Vena

Scolmatore dell’Arno

Em

a

Levane

La Penna

Bilancino

Stia

Subbiano

PISA

PISTOIA

PRATO

Firenze

AREZZO

Ponte a

Buriano

PontassieveFornacina

Carmignano MantignanoGola della

GonfolinaEmpoli

Pontedera

Stazione idrometrica

Invaso artificiale

Limite sottobacino

L..di Montepulciano

L..di Chiusi

0 20 km

N

Fig. 3- Mappa del Bacino e sottobacini dell'Arno, tributari maggiori e principali città.- Map of the Arno Basin with the 6 sub-basins that characterize the area under study; the main cities and the major tributaries are also reported.

Il Valdarno Inferiore è caratterizzato sulla rivasinistra dalla presenza di grandi vallate in cui scor-rono i fiumi Pesa, Elsa, Egola ed Era, mentre sulladestra dalle estese pianure bonificate del cosiddet-to Padule di Fucecchio, le cui acque canalizzateconfluiscono in Arno tramite il Canale Usciana.Con una pendenza media di 0.03% (BORSELLI etalii, 1981), il Valdarno Inferiore si estende per 2767km2, rappresentando quasi 1/3 dell'intero Bacinodell'Arno. Il Fiume Pesa nasce alle falde del MonteS. Michele (Chianti), ha un bacino di forma forte-mente allungata, con una superficie di 339 km2 eduna lunghezza d'asta di 48 km. Il regime è decisa-mente torrentizio, con massimi di portata nelperiodo novembre-aprile, e minimi in agosto-set-tembre; nel tratto terminale del bacino, nel periodo

di magra, il fiume è spesso in secca. L'Elsa nascesulle falde del Monte Maggio ed ha una superficieimbrifera di 876 km2 e lunghezza d'asta di 72 km.Pur avendo una portata di magra estiva relativa-mente elevata, dovuta alla buona alimentazioneassicurata per il 12% da sorgenti perenni (LARUFFA & PANICHI, 2000), il regime del fiume ha uncarattere torrentizio. Confluisce in Arno poco avalle di Empoli, con una portata media annua sti-mata in 5.48 m3/sec (PULSELLI & BAGATO, 1976).L'Egola ha un bacino imbrifero di circa 113 km2 eduna lunghezza di 28.7 km; nasce a nord delComune di Montaione e confluisce in Arno dasinistra. L'Era, che sbocca in Arno in prossimità diPontedera, ha una superficie di bacino pari a 591km2 ed una lunghezza di circa 56 km. E' il più val-livo tra gli affluenti dell'Arno in questa parte delbacino, ed il suo regime è fortemente torrentizio,immettendosi in Arno con portate relativamentebasse, 0.3 m3/sec in agosto e 34 m3/sec in dicem-bre. Il Canale Usciana ha un bacino imbrifero di486 km2 e sfocia in Arno poco a est di Pontedera.Come detto, è un emissario artificiale realizzato nel1934 al fine di bonificare e regimare le acque delPadule di Fucecchio, che rappresentava la parte piùdepressa della Valle del Fiume Nievole. Nella parteterminale il Canale Usciana viene affiancato in sini-stra da due ulteriori canali: il Collettore el'Antifosso. Questi confluiscono nel CollettoreMaggiore, rispettivamente a monte e a valle delleparatoie “Le Cateratte”, poste in prossimità dellaconfluenza in Arno. Al fine di favorire il deflussodelle acque del canale anche durante le pienedell'Arno, è stata completata nel 1987 una dirama-zione dell'Usciana che porta direttamente al canalescolmatore di Pontedera, attraverso una botte asifone che sottopassa l'Arno (AUTORITÀ DI BACINODEL FIUME ARNO, 1998).

2.3. - LINEAMENTI STRUTTURALI

Il bacino di drenaggio del Fiume Arno, all'in-terno della catena nord Appenninica, è compostoda unità tettoniche prevalentemente sedimentariemessesi in posto durante il Miocene (TortonianoSuperiore) sotto un regime compressivo, seguitoda una fase distensiva tuttora in atto.

L'Appennino, in particolare quello settentrio-nale, costituisce un orogene strutturalmente com-plesso i cui primi movimenti sono iniziati nelCretaceo. In questo periodo, infatti, ebbe inizio lafase oceanica di convergenza durante la quale, inconseguenza dell'apertura dell'Atlantico Setten-trionale, l'Africa modificò la traiettoria del suomovimento di deriva da ESE a NNE, decisamen-

17INDAGINE GEOCHIMICA ED ISOTOPICA NELLE ACQUE SUPERFICIALI DELLA VALLE DELL'ARNO

Superficie totale del bacino 9.116 km2

Superficie dei sottobacini:

Casentino 895 km2

Val di Chiana 1362 km2

Valdarno Superiore 997 km2

Sieve 846 km2

Valdarno Medio 1375 km2

Valdarno Inferiore 3641 km2

Lunghezza asta principale 241Pendenza media asta 0.5-0.6%Quota media bacino 353 m.s.l.m.Superficie permeabile del bacino < 5%Superficie agraria utilizzata 431488 haSuperficie boschiva 350000 haSuperficie irrigata 25000 haFabbisogno idrico complessivo 600000000 m3

Fabbisogno idrico per uso industriale 305300000 m3

Popolazione (Istat 1991) 2581369Densità 314 ab/km2

Comuni ricadenti nel bacino 163Portata media a S. Giovanni alla Vena 90 m3/secPortata media a Nave di Rosano 50 m3/sec

Tab. 4 -Caratteristiche idrografiche del Bacino dell'Arnoe dei suoi sottobacini (da Autorità di Bacino del Fiume

Arno, 2001)- Hydrographic features of the main and secon-dary basins (from Autorità di Bacino del Fiume

Arno, 2001)

te verso l'Europa. Questo regime compressivoiniziale provocò la consunzione dell'OceanoLigure (un bacino oceanico orientato SW-NE cheseparava l'Europa e l'Iberia) fino alla sua totalechiusura e subduzione nell'Eocene Medio (e.g.SESTINI, 1970; BOCCALETTI et alii, 1971, 1980;1997; GIANNINI et alii, 1971; SERRI et alii 1993;ABBATE et alii, 1994; DI BUCCI & MAZZOLI, 2002;CERRINA et alii, 2004). Si venne così a formare, incorrispondenza del margine attivo europeo(Blocco Sardo-Corso), un impilamento per sotto-scorrimento verso ovest delle coperture oceani-che (Unità Liguri) e di parte del loro basamento.Nell'Eocene Medio-Superiore seguì quindi la col-lisione tra il Blocco Corso-Sardo e quelloAdriatico, che dette inizio alla fase ensialica del-l'orogenesi appenninica, sviluppatasi a spese delmargine continentale adriatico (Placca Adria). Inquesta fase si sviluppò una tettonica a thrust efalde, con sottoscorrimento verso ovest dellecosiddette Unità Sedimentarie Toscane prima equindi di quelle Umbro-Marchigiane poi, al di

sotto delle Unità Liguri già precedentementeimpilate. Le Unità Toscane (Falda Toscana eUnità Cervarola-Falterona) più profondamentesepolte acquisirono in questa fase un debole meta-morfismo in facies di Scisti Verdi (Unità ToscaneMetamorfiche) (BOCCALETTI et alii, 1980;CARMIGNANI et alii, 1978, 2004). Dopo le ultimefasi compressive del Tortoniano (Fase Toscana),che dettarono la struttura attuale dell'Appennino,iniziarono delle fasi disgiuntive (e.g. BONINI &SANI, 2002) da porre in relazione anche con l'aper-tura del Mar Tirreno. L'edificio strutturale appenaformatosi venne così interessato da dislocazioni inblocchi rigidi lungo sistemi di faglie dirette moltoinclinate, che portarono allo sviluppo di strutturead horst ed graben allineate in direzione appenni-nica (NO-SE), con associati fenomeni vulcanici divaria natura. In seguito a questa distensione si for-marono, anche in Toscana, una serie di depressio-ni tettoniche allungate in direzione appenninica,nelle quali si sono depositati sedimenti neoautoc-toni sia continentali che marini (CANTINI et alii,

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Fig. 4 - Principali caratteristiche strutturali nel Bacino dell'Arno. 1. Dorsali montuose principali. 2. Reticolo idrografico principale. 3. Bacino dell’ Arno (modificata da CANUTI et alii, 1994).

- Physiographic sketch of the drainage Basin of the River Arno showing the main ridges and valleys. 1 - main ridges; 2 - main rivers; 3 - Arno Valley watershed (modified from CANUTI et alii, 1994).

2001; ACOCELLA & ROSSETTI, 2002; BALESTRIERIet alii, 2003; CENTAMORE & NISIO, 2003). NelVillafranchiano, anche a seguito di rilevanti movi-menti isostatici, il mare si ritirò fino all'attualelinea di costa, con la formazione di depressioniintramontane delimitate da faglie dirette, parallelealla catena appenninica (fig. 4) come il Casentinoda cui l'Arno prende origine.

La ricostruzione delle successioni peleogeo-grafiche della catena lungo la trasversaleAppenninica permette di distinguere da ovest adest, al di sopra di un basamento ercinico meta-morfosato che affiora sulle Apuane e sui MontiPisani, i seguenti domini sedimentari (fig. 5):

1) Dominio Ligure, costituito da relitti di basa-mento oceanico e coperture sedimentarie pelagi-che e flysch scollati dal loro substrato;

2) Dominio Subligure, formato da una succes-sione sedimentaria profondamente tettonizzata;

3) Dominio Toscano, rappresentato da duesuccessioni strutturali diverse quali:

i) il Dominio Toscano Interno (Falda Toscana),che comprende i termini non metamorfici.

ii) il Dominio Toscano Esterno (ComplessoMetamorfico), caratterizzato da facies metamorfi-che, formazioni paleozoiche del basamento erci-nico e da una copertura mesozoica e terziaria;

4) Unità del Monte Cervarola, costituita esclu-sivamente da flysch del Miocene Medio;

5) Dominio Umbro-Marchigiano, che rappre-senta la zona più esterna della catena e costituisceuna successione sedimentaria scollata a livellodelle evaporiti triassiche.

2.4. - CARATTERISTICHE LITOLOGICHE DELBACINO DELL’ARNO

La complessa geologia della Toscana si rifletteanche nella grande varietà di formazioni geologi-che, prevalentemente sedimentarie, che affioranonel Bacino del Fiume Arno. Esse sono rappresen-tate prevalentemente da unità flyschoidi e arena-ceo-marnose della Serie Toscana o delle SerieLiguri, da argilliti a struttura caotica, sempre dellefalde liguri, e da depositi incoerenti (ghiaie, sab-bie, limi ed argille) dei cicli marini e fluvio-lacustripost-orogenici.

Le principali litofacies dei sottobacini, la cuicomposizione certamente influenza il chimismodelle acque che vi scorrono, possono essere rias-sunte nel modo seguente (http://www.adbarno.it,fig. 6 e fig. 7):

1) Casentino: è costituito da rocce arenaceequarzose-feldspatiche del Miocene Inferiore eMedio (Arenarie del Cervarola e M.te Modino) eda rocce pelitiche con intercalati livelli lapidei dietà Cretaceo Superiore-Eocene;

2) Val di Chiana: è dominata da depositi argil-losi pliocenici e sabbiosi neogenici e da sedimen-ti alluvionali più recenti, attribuibili alla dinamicafluvio-lacustre legata all'evoluzione recente delreticolo idrografico;

3) Val di Sieve: è caratterizzata principalmentedalla estesa presenza della Formazione Marnosa-Arenacea appartenente alla Serie Umbro-Romagnola e affiorante al suo margine nord-orien-tale a formare lo spartiacque appenninico principa-le col versante adriatico; al suo interno si trovanosedimenti lacustri e fluvio-lacustri del PleistoceneInferiore e Superiore. Secondariamente, nei rilievidell'alta Val di Sieve, affiora la Formazionedell'Alberese (Paleocene-Eocene Medio), costitui-ta da rocce calcaree e calcareo-marnose;

4) Valdarno Superiore: nei suoi rilievi orientaliprevalgono le arenarie turbiditiche quarzoso-fel-dspatiche della Formazione di M.te Modino -M.te Cervarola, mentre le aree di pianura sonocaratterizzate da argille siltose che giacciono sopra

19INDAGINE GEOCHIMICA ED ISOTOPICA NELLE ACQUE SUPERFICIALI DELLA VALLE DELL'ARNO

Fig. 5 - Successioni schematiche delle principali unità tettoniche dell'Appen-nino settentrionale (da http://www.adbarno.it).

- Main tectonic units in successions sketch of the Northern Apennines (free-of-chargedownloading from http://www.adbarno.it).

Flysch.

sedimenti pelagici.

Sedimenti di piattaformacarbonatica.

Depositi evaporitici.

Depositi continentali(“Verrucano”).

COMPLESSO METAMORFICOTOSCANO

Basamento continentale ercinico.

Basamento oceanico del DominioLigure-Piemontese.

Direzione trasporto.

LIGURIDI

FALDATOSCANA

Ava

mpa

ese

Adr

iati

co

OCEANO - MARGINE CONTINENTALE

DOMINIO

UMBRO-MARCH.

DOMINIO

LIGURE

DOMINIO

SUB-L

IGURE

DOMINIO TOSCANOInterno Esterno

sedimenti marini e continentali

ciottoli, ghiaie e sabbie del Pliocene Superiore edel Pleistocene Inferiore;

5) Valdarno Medio: è costituito da litologiedella Formazione del “Macigno” (OligoceneMedio-Superiore) e della Successione Toscananon Metamorfica e da depositi scistosi, marnoso-calcarei ed arenacei, appartenenti alle formazionialloctone del Complesso Ligure, rappresentate dalGruppo Alberese/Pietraforte-Unità di M.Morello, che caratterizzano i rilievi che circondanola città di Firenze; come in altri sottobacini, le areeintramontane e le conoidi del Bisenzio edell'Ombrone, nonché la piana alluvionale in pros-simità di Firenze, sono formate da depositi allu-vionali recenti sovrimposti ai sedimenti pliocenici;

6) Valdarno Inferiore: nel sottobacino affiora-no numerosi litotipi, tra gli altri, le formazioni

paleozoiche metamorfiche dei M.ti Pisani delmassiccio omonimo, con al di sopra ancora roccemetamorfiche del Verrucano s.l. (filladi, quarziti econglomerati quarzosi); seguono quindi le succes-sioni della Serie Toscana. Nella parte sommitaledell'alta Val di Nievole è presente il “Macigno”.Limitate estensioni di rocce mesozoiche affioranonell'alta Valle del Cascina e nella zona diMontecatini Terme, mentre rilevanti porzioni dicalcari triassici si ritrovano localmente nell'alta Vald'Elsa. Infine, le formazioni litologiche maggior-mente diffuse del Valdarno Inferiore sono rap-presentate dalle successioni marine del PlioceneInferiore e Medio (argilloso-limose), del PlioceneSuperiore (sabbie marine gialle) e dai depositieolici olocenici, legati alla dinamica costiera delbacino (sabbie costiere).

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Fig. 6 - Carta Litologica del Bacino dell'Arno (da http://www.adbarno.it).- Lithological map of the Arno Basin (free-of-charge downloading from http://www.adbarno.it).

21INDAGINE GEOCHIMICA ED ISOTOPICA NELLE ACQUE SUPERFICIALI DELLA VALLE DELL'ARNO

Fig.7 - Legenda delle unità litologiche del Bacino dell'Arno (http://www.adbarno.it).- Legend of the lithological units of the Arno Basin (free-of-charge downloading from http://www.adbarno.it).

Discariche e terreni di colmata.

Depositi dovuti alla gravità.

Depositi alluvionali e alluvioni terrazzate conoidi.

Depositi palustri e torbosi.

Depositi di spiagge ed eolici.

Depositi fluviali e fluvio-lacustri: ciottoli, sabbieprevalenti, argille in subordine.

Depositi lacustri: argille, argille lignifere, sabbiefini argillose.

LITOLOGIA DEI COMPLESSI LACUSTRI E FLUVIALIDEL VILLAFRANCHIANO E POSTVILLAFRANCHIANO

LITOLOGIA DEI DEPOSITI SUPERFICIALI LITOLOGIA DELLA SERIE UMBRO-ROMAGNOLA

LITOLOGIA DELL’UNITÀ DI M. MODINO- CERVAROLA E DELLA SERIE TOSCANA

LITOLOGIA DELLE SCAGLIE TETTONICHEMETAMORFICHE DEL GRUPPO DELLA MONTAGNOLA

SENESE E DEL MONTE PISANO

LITOLOGIA DELLE SUCCESSIONI MIO-PLIO-PLEISTOCENICHE

LITOLOGIA DEI COMPLESSI TOSCO - EMILIANI

LITOLOGIA DEI COMPLESSI LIGURI

Sabbie, sabbie argillose.

Calcari detritici organogeni.

Conglomerati e brecce.

Argille, marne, argille con lenti di gesso e salgemma,molasse e molasse marnose.

Arenarie quarzose-feldespatiche.

Arenarie turbiditiche e marne.

Marne siltose e siliti

Arenarie quarzose-feldspatiche, alternate ed argilli.

Argilliti.

Calcareniti e calciruditi.

Calcari marnosi; marne e argilliti.

Calcari e calcari litografici, calcari selciferi, calcari marnosi.

Radiolari e argilliti silicee.

Brecce poligeniche.

Calcari, calcari marnosi e marne.

Calcare cavernoso e brecce poligeniche.

Scisti cloritici e sericlitici; micascisti e filladi; conglomeratiquarzoso-micacei.

Arenarie quarzose-feldespatiche.

Calcareniti, brecciole poligeniche.

Argilliti e calcari, marne, argilliti varicolori, livellidi brecce.

Arenarie quarzose-feldespato-calcaree.

Arenarie micacee e scisti ardesiaci.

Scisti sericitici, calcescisti e cipollini.

Metacalcari con selce, marmi.

Metabrecce calcaree e poligeniche.

Metaradiolariti con intercalazioni di metacalcarei,scisti diasprigni, calcescisti.

Dolomie, calcari dolomitici.

Quarziti e quarziti sericitiche, metaconglomerati.

Filladi sericitiche e cloritiche

Filladi ricche di brecce, brecce e conglomerati.

Calcari marnosi, marne, arenarie calcaree.

Arenarie e conglomerati ofiolitici e/o poligenici.

Calcari, calcari marnosi, calcareniti.

Radiolariti.

Ofioliti.

Sabbie e molasse glauconitiche.

Terre rosse residuali.

Travertini.

2.5. - CARATTERISTICHE PLUVIOMETRICHE EDIDROGEOLOGICHE

Le caratteristiche idrografiche del Bacino delFiume Arno sono ricostruibili dai dati e dalle ela-borazioni del Servizio Idrografico Italiano(Sezione di Pisa) e dell'Autorità di Bacino.

Il reticolo idrologico principale degli affluentidell'Arno e dei loro tributari, escludendo cioè ilcosì detto “reticolo minore”, presenta una lun-ghezza complessiva di circa 3280 km di aste, cor-rispondente ad una densità di reticolo principaledi 0.36 km/km2.

Durante il trentennio 1960-1991, il deflussomedio annuo, misurato alla stazione di SanGiovanni alla Vena (Pisa), è stato di 2574 milionidi m3 (fig. 8). L'elevato valore totale di questaquantità d'acqua è tale da poter soddisfare, poten-zialmente, tutte le utenze: potabili, agricole eindustriali dell'intero bacino. In realtà, tale poten-zialità è limitata dalla non omogenea distribuzio-ne delle portate durante l'arco dell'anno, in conse-guenza delle scarse precipitazioni estive, ed anchedall'elevata presenza nel bacino di rocce a bassapermeabilità, che non facilitano un'efficace infil-trazione nel sottosuolo di una parte consistentedegli afflussi meteorici invernali e primaverili.

Sulla base della permeabilità, le rocce che affio-rano nel bacino possono essere così suddivise(AUTORITÀ DI BACINO DEL FIUME ARNO, 2001):

- rocce praticamente impermeabili: 14.5%- rocce a permeabilità bassa: 29.0%- rocce a permeabilità medio bassa: 31.1%- rocce a permeabilità medio alta: 23.5%- rocce a permeabilità alta: 1.9%.La prevalenza di rocce a bassa permeabilità in

parte delle aree montane del bacino e la scarsapresenza di sorgenti perenni importanti, rendonoil regime del fiume fortemente torrentizio, alme-no nelle aree montane, e quindi strettamente lega-to al regime delle piogge. Nel periodo autunnale eprimaverile, quando le precipitazioni sono più fre-quenti ed abbondanti, l'acqua piovana si convertein massima parte in ruscellamento superficiale(runoff), determinando forti e rapide variazioni diportata nel regime dei corsi d'acqua.

Le precipitazioni medie all'interno del Bacinodell'Arno sono di circa 1000 mm l'anno. Notevolisono le variazioni in aree aventi caratteristichediverse per quota topografica, distanza dal mareed esposizione dei versanti, con valori fino a 2500mm in alcune zone dell'Appennino tosco-ligure, evalori >600 mm per ampi settori del ValdarnoInferiore (fig. 9). Le maggiori precipitazioni siregistrano in corrispondenza dello spartiacquecon il Fiume Serchio e nei corsi d'acqua del ver-

sante adriatico, ovverosia, negli alti bacini delPescia, Nievole, Ombrone e Bisenzio, oltre all'al-to Bacino della Sieve, alle alture del Pratomagno edella dorsale del Monte Falterona (Casentino). Leprecipitazioni più scarse sono presenti nelle zonecollinari del Chianti, nel Valdarno medio e infe-riore e nella Val di Chiana.

Dai valori di afflusso e di deflusso riportati intabella di fig. 8, si distinguono chiaramente le diffe-renze degli apporti meteorici tra le aree che raccol-gono le acque degli affluenti di destra e di sinistradell'Arno. I tributari forniscono valori di deflussi insintonia con le caratteristiche geologiche ed idro-grafiche delle aree già descritte. I deflussi più eleva-ti sono quelli dovuti al Fiume Sieve (a Fornacina446x106 m3/anno) per i tributari di destra, mentresono quelli del Canale della Chiana (a Pratantico246x106 m3/anno) per quelli in riva sinistra.

Analizzando ulteriormente i dati delle precipi-tazioni in funzione dei deflussi (fig. 10) si eviden-zia altresì che Canale della Chiana (a Pratantico),Sieve (a Fornacina) ed Elsa (a Castelfranco) costi-tuiscono i sottobacini con i più forti scompensi.In linea generale, le minori differenze fra afflussie deflussi si hanno nei bacini di quota più alta inquanto le elevate acclività favoriscono il ruscella-mento, favorito anche dalle più basse temperatu-re a cui è legata una minore evapotraspirazione;quanto detto è ulteriormente confermato daivalori misurati lungo il corso principale dell'Arno(fig. 11), dove gli afflussi e i deflussi risultanomolto simili a Stia, in prossimità della sorgente,rispetto a S. Giovanni alla Vena in prossimità dellafoce.

2.6. - L’IMPATTO ANTROPICO NELLA VALLEDELL’ARNO

La struttura fisiografica attuale della Valledell'Arno è il risultato non solo della natura deiterreni e della morfologia del bacino stesso, maanche della prolungata ed intensa attività antropi-ca, e quindi del tipo di utilizzazione che si è fattadel territorio (e.g. agricoltura, industrializzazione,urbanizzazione). Infatti, i dati raccolti nel 1999 dalCentro Tematico Nazionale per le Acque Internee Marino-Costiere (CTN-AIM; BUCCI et alii, 1999)sui principali agenti inquinanti territoriali prove-nienti da varie sorgenti, sia naturali che antropi-che, e che restano registrati nei parametri delleacque superficiali di scorrimento, confermanoche il Bacino dell'Arno è caratterizzato da unaeccessiva attività antropica, in termini di caricoinquinante pro-capite, pari a quella che si avrebbein un territorio abitato da circa 8500000 abitanti

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23INDAGINE GEOCHIMICA ED ISOTOPICA NELLE ACQUE SUPERFICIALI DELLA VALLE DELL'ARNO

Fig. 8 - Carta delle stazioni di misura per deflusso e afflusso per il periodo 1960-1991 (dati da Autorità di Bacino del Fiume Arno, 2001).- Map of the runoff and rainfall stations since 1960 to 1991 (data from Autorità di Bacino del Fiume Arno, 2001).

Valdarno InferioreValdarno Inferiore

ValdarnoMedioValdarnoMedio

Sieve

ValdarnoSuperioreValdarnoSuperiore

Casentino

Valdichiana

Sieve

Arno

Arno

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Capo d’Arno

Scolmatore dell’Arno

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Pescia

0 20 km

N

Sigla Bacino Area (km2) Afflussi (10

6m

3/anno) Deflussi (10

6m

3/anno)

A Arno a Stia 60.2 72.88 47.43

B Arno a Subbiano 704.62 856.64 542.04

C Canale della Chiana 1258.18 1004.62 246.29

D Sieve a Fornacina 809.13 917.82 446.44

E Sieve a Bilancino 150.42 190.48 92.84

F Arno a Nave di Rosano 4124.98 4006.87 1724.86

G Bisenzio a Gamberame 150.83 213.84 117.78

H Bisenzio a Praticello 59.62 95.73 51.47

I Elsa a Castelfiorentino 798.31 667.37 64.43

L Greve 116.06 98.84 25.01

M Pesa 113.28 99.62 38.13

N Nievole 39.34 52.38 18.4

O Era 335.31 296.92 107.56

P Arno a S.Giovanni alla Vena 8202.04 7954.18 2573.84

equivalenti (Ab.Eq.: concetto convenzionale cheesprime il carico inquinante dovuto a utenzeurbane, industriali ed agricolo-zootecniche in ter-mini di BOD: quantità di ossigeno richiesta dai microorganismi aerobi per degradare le sostanzeorganiche in acqua), mentre invece la popolazioneche insiste nell'area è di soli 2.5 milioni. La distri-buzione del carico inquinante per area geograficae per origine è riassunta nello schema di fig. 12.

Come riportato dal sito ufficiale dell'Autorità diBacino del Fiume Arno (http://www.adbarno.it),la capacità effettiva di depurazione di tale carico,ad opera degli impianti esistenti, è stimabile perun corrispondente pari a circa 5000000 Ab.Eq.anche se, di fatto, l'abbattimento reale che si ottie-ne, è stimato per 4000000 Ab.Eq. ben al di sotto,quindi, di quanto sarebbe necessario per avereuna sufficiente qualità ambientale.

2.7. - LE PRINCIPALI FONTI DI INQUINAMENTOLUNGO IL CORSO DELL’ARNO

Come è logico aspettarsi, le principali fonti diinquinamento da attività antropica si concentranonelle aree più produttive e popolose della RegioneToscana e, quindi, principalmente lungo la Valledell'Arno, specialmente nelle aree urbane, ed inmisura minore nelle aree sottese dai sottobacini.Infatti, dal rapporto CTN-AIM (BUCCI et alii,1999) sui principali corpi idrici nazionali, si rilevacome nel Casentino l'Arno riceva solo modestiapporti di inquinanti di origine civile dai principa-li torrenti quali lo Staggia, l'Archiano, il Corsalonee la Chiassa. La maggior parte dell'inquinamentodi origine agricolo-zootecnica proviene dall'areadella Val di Chiana, ove la scarsa presenza diimpianti depurativi determina un'ampia diffusio-

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Fig. 9. Distribuzione delle precipitazioni (in mm) nel Bacino dell'Arno (da PRANZINI, 1994).- Average (in mm) rainfall in the Arno Basin (from PRANZINI, 1994).

ne areale del carico inquinante (fig. 12). Il contri-buto più elevato proviene dalla Provincia diArezzo, dove è concentrato il 50% degli alleva-menti di suini dell'intero Bacino dell'Arno, mentregli allevamenti di bovini sono distribuiti per il25% nelle province di Arezzo, Firenze e Pisa.Come riportato da TOGNOTTI et alii (1998), ilcomprensorio aretino risulta particolarmentecompromesso dal punto di vista ambientale inquanto in questa area si trovano anche ingentiscarichi derivanti dalle industrie galvaniche colle-gate alle attività orafe della zona, con forte impat-to sull'ambiente fluviale.

Procedendo lungo il corso principale troviamoil Fiume Sieve con i suoi affluenti che esercitanouna pressione ambientale valutata pari a circa80000 Ab.Eq. derivante, anche dai recenti lavoriper la realizzazione della linea ferroviaria ad altavelocità Firenze-Bologna, consistente in escava-zioni e scarichi dalle opere di cantieri.

Proseguendo, a valle di Firenze si trovanonumerose attività del comprensorio tessile, cheesercitano un carico inquinante pari a 1400000Ab. Eq. (di cui 1100000 depurati), e del compren-sorio del cuoio, quest'ultimo con un contributoinquinante di 3200000 Ab. Eq. (di cui 3000000depurati). Le attività tessili sono prevalentementelocalizzate nell'area pratese, mentre il comprenso-rio del conciario è concentrato nel ValdarnoInferiore, in prossimità dei comuni diCastelfranco di Sotto, S. Croce sull'Arno (dove sieffettua la concia al cromo), S. Miniato (dove siutilizza la concia al vegetale con tannini),Montopoli e Fucecchio. All'interno di questodistretto industriale un ruolo importante è quindirivestito dai bacini del Bisenzio, dell'Ombrone edal Canale dell'Usciana, che drenano gli scarichi diqueste importanti aree industrializzate, influendopesantemente sul carico dell'Arno stesso a valledella loro confluenza. Inoltre, alle acque del fiumeOmbrone si aggiungono anche quelle dell'area traAgliana e Pistoia, dove è molto diffusa, e nota ascala nazionale, l'attività vivaistica, con evidentiproblemi di inquinamento connessi al massicciouso di concimi e fitofarmaci. Le acque delBisenzio e dell'Ombrone pistoiese, che raccolgo-no i reflui industriali, unitamente ad alcuni degliscarichi civili della città di Prato, vengono peròtrattate dall'impianto di Baciacavallo a sud diPrato, mentre altri scarichi vengono depurati dagliimpianti di Calice e di Poggio a Caiano (fig. 12).

Il Canale Usciana, che accoglie le acque delTorrente Pescia, il corso d'acqua più importantedel bacino, veicola i reflui depurati dell'impiantosituato in località Veneri, impianto che in partetratta anche i prodotti derivanti dalle industre

25INDAGINE GEOCHIMICA ED ISOTOPICA NELLE ACQUE SUPERFICIALI DELLA VALLE DELL'ARNO

Fig. 10 - Diagramma a barre delle misure di afflussi e deflussi medi annui(periodo '60-'91) per alcuni degli affluenti principali (dati da Autorità diBacino del Fiume Arno, 2001). Per la localizzazione dei siti di misura, vedi

figura 8- Bar diagrams for some main tributaries of the runoff and rainfall year averages valuesduring 1960-1991(from Autorità di Bacino del Fiume Arno, 2001). The location of

the measuring sites is reported in figure 8

Fig. 11 - Diagramma a barre delle misure di afflussi e deflussi medi annui(periodo '60 - '91) per alcuni siti lungo il corso del Fiume Arno (dati daAutorità di Bacino del Fiume Arno, 2001). Per la localizzazione dei siti di

misura vedi figura 8- Bar diagrams for Arno River of the mean annual runoff and rainfall values from1960 to 1991(from Autorità di Bacino del Fiume Arno, 2001). The location of the

measuring sites is reported in figure 8

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Fig. 12 - Carico inquinante complessivo stimato nel Bacino dell’Arno (da BUCCI et alii, 1999; http://www.adbarno.it).Anthropogenic load in the Arno Basin (from Bucci et alii 1999 http://www.adbarno.it) .

locali. Più a valle il canale riceve gli scarichi depu-rati degli impianti gestiti dal Consorzio Conciariodi Fucecchio e dalla Società Aquarno; a questi siaggiungono i reflui derivanti dall'impianto civiledi S. Maria a Monte. Poco prima di immettersi inArno, l'Usciana riceve anche le acque del CanaleAntifosso, nel quale convergono gli scarichi depu-rati dell'impianto di Castelfranco che tratta liqua-mi civili ed industriali (fig. 12).

Tra gli affluenti di sinistra dell'Arno i maggiorapporti in termini di contributi antropici sonoquelli dovuti ai fiumi Pesa, Elsa, Egola e Era. Traquesti il Fiume Pesa, grazie agli impianti di depu-razione dei centri abitati e alla buona ossigenazio-ne delle acque a regime torrentizio, presenta con-tributi inquinanti provocati dagli scarichi civili eproduttivi piuttosto limitati, valutabili in 60000Ab.Eq. Il Bacino dell'Elsa, che contribuisce conun carico pari a 250000 Ab.Eq., è caratterizzatoda una variegata attività industriale nel distrettoPoggibonsi-Certaldo-Castelfiorentino e da un'an-cora rilevante produzione agricola di pianura.L'area intorno ad Empoli rappresenta un'altradelle aree industriali regionali: con le attività pro-duttive del mobile, del comparto delle vetrerie, deicolorifici, della ceramica, dell'industria alimentaree della chimica secondaria. Inoltre, l'attività agri-cola rappresenta un fattore di pressione ambien-tale importante, a causa dell'alto impiego di pro-dotti chimici nelle aree coltivate a mais, girasole,etc. Il Torrente Egola, pur attraversando un terri-torio prevalentemente collinare e scarsamenteantropizzato tra Empoli e Pontedera, veicola inArno scarichi non depurati provenienti da alcunefrazioni dell'alta valle nonché dai paesi diMontaione e Gambassi, per un totale di circa100000 Ab.Eq.

Infine, il Fiume Era costituisce l'ultimoaffluente di sinistra dell'Arno, sul cui territorio visono centri importanti, quali Pontedera, Ponsaccoe Volterra. A parte un quartiere di Pontedera, cheveicola acque depurate, tutti i rimanenti paesi pro-ducono scarichi non depurati per un carico com-plessivo pari a circa 60000 Ab.Eq.

3. - CAMPIONAMENTO E METODOLOGIEANALITICHE

3

presente studio sono statieffettuati quattro campionamenti delle acquedell'Arno, dei tributari principali e di alcuni secon-dari, seguendone la direzione di flusso (est-ovest),in diversi periodi dell'anno. Il lavoro di campagna

stato eseguito nei periodi maggio-agosto 2002(da qui in poi denominato come 0), gennaio-feb-braio 2003 (denominato 1), maggio 2003 (deno-minato 2) ed ottobre 2003 (denominato 3).

Il primo campionamento, effettuato in periododi magra, si è concluso con un totale di 203 pre-lievi di acqua così suddivisi: i) 50 lungo il FiumeArno e ii) 153 fra gli affluenti maggiori e minori(fig. 13). I risultati delle analisi chimico-fisicheeffettuate sono stati utilizzati per la definizionedelle caratteristiche chimiche generali, nonché perla selezione di una serie di siti da considerarsicome punti di monitoraggio sui quali operare uncontrollo geochimico stagionale. Tale controllo èstato effettuato nei restanti tre dei quattro cam-pionamenti suddetti, in 50 siti, suddivisi tra astaprincipale (25) e tributari maggiori (25), ed hariguardato i due intervalli stagionali di “magra” e di“morbida” (fig. 13). I campioni dei tributari sonostati prelevati in prossimità dell'area di sorgente(campione di “testa”) ed alla confluenza conl'Arno (campione di “coda”), mentre per il FiumeArno è sempre stato campionato invece il puntosuccessivo all'immissione del rispettivo affluenteprincipale.

Questo schema di campionamento ha permes-so un controllo geochimico sulle acque dell'interobacino, dalle aree sorgive a quelle terminali, rilevan-do le eventuali variazioni dei sottobacini principalie l'influenza che questi apportavano all'asta princi-pale. Inoltre, per confrontare la composizione iso-topica (δ2H e δ18O in H2O) dell'Arno e dei suoiaffluenti principali, secondari e di alcune sorgenti,sono stati effettuati ripetuti prelievi in 61 postazio-ni dislocati nell'intero bacino per un totale di 150misure. Sono stati infine effettuati dei campiona-menti mirati e/o speditivi in siti selezionati fra i 50punti di monitoraggio suddetti, e finalizzati ad ana-lisi isotopiche di: 48 siti per δ13C in DIC (DissolvedInorganic Carbon) effettuando, solamente in questocaso, campionamenti ripetuti nel mese di settembreed ottobre 2003 per un complessivo totale di 61misure; 11 siti per δ15N e δ18O in NO3

-; 22 siti per87Sr/86Sr e 4 siti per δ11B.

Tutti i campioni sono stati prelevati nella partecentrale del rispettivo alveo fluviale, onde evitare iprocessi di “sponda” e di “letto”. Per ogni punto diprelievo sono state raccolte due aliquote di acqua:la prima, utilizzata per la determinazione delle spe-cie anioniche e di sodio, potassio e boro, è stataconservata “tal quale” in bottiglie di polietilene da250 mL; la seconda, acidificata (0.2%) con acidonitrico suprapur concentrato, è stata raccolta incontenitori di polietilene da 50 mL, previa filtra-zione in-situ mediante filtri con membrana di cel-lulosa da 0.45 μm (Sartorius), applicati a siringhe di

27INDAGINE GEOCHIMICA ED ISOTOPICA NELLE ACQUE SUPERFICIALI DELLA VALLE DELL'ARNO