Subsidenza della laguna di Venezia e evoluzione morfologica connessa a processi erosivi e deposizionali combinati a Relative Sea Level Rise
Dinamiche erosive e morfosedimentarie in laguna di Venezia
Produzione primaria, comunità microbica, bentonica, planctonica e nectonica lagunare
Tematica 3. Forme, habitat e comunità acquatiche lagunari
L’esercizio del sistema MOSE implica numerosi potenziali impatti sulla circolazione idrodinamica lagunare, sulle caratteristiche fisico-chimiche dell’acqua all’interno della laguna, sui regimi mareali, sullo scambio di sedimenti mare-laguna, sui processi ecologici e morfologici lagunari, sui cicli vitali degli organismi lagunari e, nel suo insieme, sulle comunità e l’ecosistema lagunari. In particolare, le variazioni della biodiversità che caratterizza la laguna e sostiene attività di pesca e acquacoltura importanti per l’intero alto-Adriatico sono intimamente connesse con i cambiamenti morfologici del sistema. È dunque centrale sviluppare metodi e applicazioni per un monitoraggio che possa valutare i cambiamenti simultaneamente in atto in termini di morfologia, habitat e comunità biotiche conseguenti l’esercizio del sistema MOSE. Questa tematica si propone quindi di sviluppare attività e ricerche volte a valutare i cambiamenti legati ai fenomeni di subsidenza, ai processi erosivi e deposizionali, alle variazioni dei flussi d’acqua, e le conseguenze a livello di habitat e di comunità acquatiche. Le attività svolte nel quadro della tematica 3 saranno volte a monitorare da un lato le variazioni delle morfologie lagunari per effetto di dinamiche di emersione/sommersione, di erosione/espansione laterale, e i processi erosivi/deposizionali in atto nei canali tidali ad esse attigui, dall’altro le variazioni a livello di comunità (microbiche, bentoniche, planctoniche e nectoniche) in relazione alle variazioni della morfologia lagunare e ai cambiamenti degli habitat. Infine verranno prodotti modelli predittivi di queste dinamiche. Da un punto di vista metodologico, si utilizzerà una combinazione di osservazioni di campo, rilievi batimetrici con strumenti multibeam ad altissima risoluzione, osservazioni telerilevate da veicoli aerei autonomi e da satellite.
I dati da remote sensing e da osservazioni dirette verranno integrati sviluppando metodi ad hoc, adatti ai caratteri di batimetria, topografia, distribuzione della vegetazione e delle alghe tipici della laguna di Venezia. Le comunità verranno studiate attraverso osservazioni di campo, rilevamenti acustici, analisi di laboratorio, attraverso diversi approcci. Verranno analizzate le comunità nel loro complesso, nella loro struttura funzionale e trofica e focalizzandosi su specie modello di rilevanza ecologica ed economica per la laguna di Venezia. I metodi sviluppati saranno quantitativi e ripetibili per poter essere utilizzati nel corso delle attività di monitoraggio previste e future. Le linee di ricerca sviluppate all’interno di questa tematica interagiranno con le altre tematiche da diversi punti di vista. Le comunità acquatiche e le loro variazioni verranno messe in relazione con le dinamiche di scambi laguna-mare (tematica 1), che influenzano la connettività fra i due ambienti e, di conseguenza, l’apporto di larve, giovanili e adulti da e verso la laguna. La comprensione delle variazioni a livello di habitat, specie e comunità acquatiche beneficerà dei risultati emersi dalla tematica 2, relativa all’apporto e all’effetto degli inquinanti sul sistema laguna. I dati raccolti nelle ricerche della tematica 3 costituiranno le basi per lo sviluppo della tematica 4 e, in particolare la modellizzazione delle reti trofiche e la mappatura dei servizi ecosistemici. Infine, le emergenti problematiche relative agli effetti dei cambiamenti climatici costituiranno tema di connessione fra la tematica 3 e la tematica 5.
Linea di ricerca 3.1. Subsidenza della laguna di Venezia e evoluzione morfologica connessa a processi erosivi e deposizionali combinati a Relative Sea Level Rise
La perdita di quota altimetrica rispetto al medio mare è uno dei processi con potenziale maggiore impatto per le aree costiere di pianura. Oggi più che mai è necessario un continuo aggiornamento delle conoscenze del processo di subsidenza, che nell’area veneziana è particolarmente complesso per la specificità dell’ambiente di transizione e la variabilità del sottosuolo. Pur non avendo magnitudo considerevoli come in altre aree nel modo, nel territorio attorno alla laguna di Venezia la subsidenza è comunque molto preoccupante data la peculiarità l’elevazione del territorio ben al di sotto del medio mare e la peculiarità dell’ambiente lagunare. La subsidenza costiera, fortemente eterogenea sia a scala locale che regionale, e l’eustatismo hanno portato a una perdita altimetrica rispetto al medio mare variabile da 30 cm a oltre 60 cm nell’ultimo secolo. Quantificare e monitorare la subsidenza è inoltre fondamentale per conoscere l’evoluzione delle morfologie lagunari sotto la forzante del “relative sea level rise” (Rizzetto et al., 2011) e per indirizzare la progettazione delle opere e gli interventi per la salvaguardia di Venezia e della laguna (Carbognin et al., 2010; Tosi et al., 2012). Lo scopo della ricerca proposta è la quantificazione e caratterizzazione dell’attuale subsidenza della laguna di Venezia, individuandone le forzanti geologiche e antropiche, e prevedendone la possibile evoluzione nei prossimi decenni in considerazione dei processi erosivi, deposizionali e del RSLR (Relative Sea Level Rise). Le attività della Linea 3.1 sono strutturate in 3 WPs coordinati rispettivamente da ISMAR-CNR (WP 1), OGS (WP 2) e DICEA-UNIPD (WP 3), ciascuno con obiettivi specifici, ma strettamente interconnessi. L’attuale subsidenza sarà misurata attraverso le analisi interferometriche utilizzando le immagini acquisite dai sensori satellitari SAR (radar ad apertura sintetica) in banda C e banda X, ad esempio SENTINEL 1 e COSMO-SkyMed, con risoluzioni spaziali rispettivamente di circa 20 e 3 m. Questa tecnica oggi, supportata da un’adeguata calibrazione dei data set interferometrici, consente di ottenere movimenti del suolo con precisioni millimetriche (Tosi et al., 2013) e informazioni sui movimenti del suolo in aree costiere di transizione molto eterogenee (Tosi et al., 2016), sempre più accurate, sia in barene (naturali e artificiali, e.g., Da Lio et al., 2018), sia in siti interessati da interventi e opere per la salvaguardia di Venezia come le bocche di porto, il centro storico, i litorali, le isole e il margine lagunare.
Particolari metodi di elaborazione dei dati interferometrici, ad esempio l’integrazione dei prodotti multi-banda, già sperimentati nell’area costiera veneta, permetteranno di migliorare ulteriormente la conoscenza della subsidenza e vulnerabilità dell’area costiera (WP 1). Recentemente, è stato dimostrato che il principale contributo alla subsidenza naturale nell’area lagunare veneziana è dato dalla compattazione dei depositi olocenici (Tosi et al., 2013) che, essendo molto eterogenei, determinano una forte variazione spaziale della subsidenza, giocando un ruolo fondamentale in molti processi ambientali idrogeologici. La presenza di fortissime variazioni litologiche sia laterali che in profondità saranno risolte per mezzo di specifici rilievi sismici ad altissima risoluzione. Questi, in combinazione con dati di carota esistenti, permetteranno di definire la distribuzione di corpi sedimentari sabbiosi e pelitici nel sottosuolo lagunare, che corrisponderà a variazioni laterali degli ambienti sedimentari ed in ultima istanza di elementi geomorfologici, fondamentali per comprendere le cause della forte eterogeneità dei tassi di subsidenza causata, per esempio, dalla compattazione differenziale dovuta alle differenti litologie presenti (WP 2). Tali informazioni saranno utilizzate per implementare un modello di simulazione della subsidenza olocenica in grado di ricostruire l’evoluzione del bacino lagunare in funzione dell’apporto di sedimento, della consolidazione e dell’innalzamento del livello relativo del mare (sea level rise + subsidenza). Il modello prenderà in considerazione la variabilità del sottosuolo olocenico fornite da WP 2. Si svilupperà un innovativo modello 2D/3D a griglia adattativa in grado di simulare le grandi deformazioni che caratterizzano la consolidazione naturale dei terreni superficiali. Specifiche prove di carico saranno condotte in sito per caratterizzare la compressibilità del terreno lagunare. Saranno prelevati alcuni campioni a diverse profondità per analisi granulometriche e datazioni C14 con cui definire i tassi di sedimentazione olocenica. Il modello sarà calibrato sulle misure di subsidenza fornite da WP 1 e quindi applicato in fase previsionale per definire il trend evolutivo nei prossimi decenni (WP 3). Infine, la Linea 3.1 intende anche proporre delle azioni sinergiche e di coordinamento con gli Enti preposti al controllo della subsidenza costiera, che dovranno essere attentamente valutate e predisposte in forza di aggiornate conoscenze tecniche-scientifiche.
Linea di ricerca 3.2. Dinamiche erosive e morfosedimentarie in laguna di Venezia
La laguna di Venezia è caratterizzata dalla presenza di importanti strutture morfologiche come le reti di canali a marea, le piane subtidali, i bassofondali e le barene, che evolvono nel piano orizzontale e verticale in funzione dell’interazione tra processi fisici (quali le correnti di marea, le onde da vento, la disponibilità di sedimento e il tasso di incremento del medio mare relativo) e processi di natura biologica (legati ad esempio alla presenza di vegetazione sommersa sui fondali della laguna e di vegetazione alofila sulle superfici di barena). I meccanismi di retroazione positiva e negativa tra processi di natura fisica e biologica sono fortemente influenzati dalle pressioni antropiche. Una gestione sostenibile del sistema lagunare veneziano, e delle attività ad esso legate, richiede di osservare, descrivere e predire, attraverso un approccio integrato, i processi erosivi e deposizionali che determinano l’evoluzione delle morfologie lagunari e degli ecosistemi ad esse legati. Il problema è di assoluta rilevanza e attualità, alla luce del degrado morfologico che ha caratterizzato la Laguna in particolare nell’ultimo secolo, e che potrebbe essere fortemente influenzato dalle attività legate all’utilizzo e alla gestione del sistema MOSE. Lo scopo della ricerca è quello di analizzare l’evoluzione dei pattern bio-geomorfologici che caratterizzano le tipiche morfologie lagunari, ed in particolare le superfici di barena e le reti di canali a marea che le incidono, attraverso un approccio innovativo ed interdisciplinare che integra osservazioni in campo ottenute tramite analisi di dati telerilevati e raccolti in situ, con i risultati della modellazione matematica. Tale approccio permetterà di stimare i processi erosivi e deposizionali che caratterizzano le morfologie lagunari, monitorandone lo stato attuale e l’evoluzione, e di mettere a punto modelli biomorfodinamici in grado fornire previsioni sull’evoluzione di tali morfologie in risposta alle variazioni delle forzanti naturali ed antropiche.
Le attività della Linea 3.2 sono strutturate in tre Work Package, coordinati da ISMAR-CNR (WP 3.2.1 -Analisi di dettaglio dei processi erosivi in zone critiche tramite remote sensing), UNIPD (WP 3.2.2 -Analisi in situ per la stima delle caratteristiche del suolo, della vegetazione e dei processi erosivi-deposizionali) e UNIVE (WP 3.2.3 -Modello ecogeomorfologico), ciascuno dei quali è caratterizzato da obiettivi specifici, ma strettamente interconnessi. Il WP 3.2.1 si occuperà del monitoraggio delle morfologie di fondo dei canali a marea analizzati grazie alla mappatura morfobatimetrica ad alta risoluzione con strumentazione acustica (multibeam echosounder) e della mappatura delle barene oggetto di studio grazie a fotogrammetria da drone e rilievo Lidar da drone (UAV), al fine di studiare la loro evoluzione morfologica nel tempo. Il WP 3.2.2 si occuperà, invece, della raccolta di osservazioni in situ per caratterizzare i processi di trasporto, erosione e deposizione dei sedimenti sulle superfici di barena e nei canali a marea, da una parte, e le caratteristiche dei suoli di barena e di bassofondale, dall’altra. Le indagini in situ saranno volte anche alla caratterizzazione della distribuzione spaziale della vegetazione alofila e delle sue caratteristiche, in funzione della quota del suolo. Il WP 3.2.3, infine, integrerà le misure e i dati raccolti nei WP 3.2.1 e 3.2.2 per sviluppare e testare un modello ecogeomorfologico spazialmente esplicito per l’evoluzione accoppiata della quota delle barene e della loro vegetazione alofila.
Linea di ricerca 3.3. Produzione primaria, comunità microbica, bentonica, planctonica e nectonica lagunare
L’imminente regolazione dei flussi di marea in laguna richiede una verifica dello stato attuale della trofia del bacino lagunare e delle varie componenti della catena trofica, dai batteri alla comunità nectonica, prima e dopo l’entrata in servizio del MOSE, durante i periodi di chiusura più o meno estesi alle bocche di porto lagunari. Chiusure anche brevi possono infatti favorire il ristagno di nutrienti o sostanze tossiche soprattutto nelle aree più confinate con impatti imprevedibili sullo stato ecologico e sul biota lagunare. Questa linea di ricerca si propone di studiare le varie componenti biologiche e i fattori (trofia, tassi di sedimentazione, etc.) che possono influire sul loro stato di salute. La linea è estremamente vasta è viene suddivisa in 5 Work Packages (WP). WP 3.3.1. Aggiornamento della trofia, della speciazione e produzione primaria delle macrofite, impatto dei tassi di sedimentazione e dei processi di erosione/sedimentazione in laguna di Venezia. Verranno individuate 2 stazioni in tre direttrici, dalla bocca di porto di Lido, Malamocco e Chioggia alla gronda lagunare, su cui monitorare mensilmente i parametri fisico-chimici, i nutrienti nella colonna d’acqua, la percentuale di copertura e la biomassa delle macroalghe, le specie dominanti e la presenza delle fanerogame. Inoltre, in primavera ed autunno verrà effettuata la lista completa delle macrofite ed applicato l’indice MaQI (Macrophyte Quality Index) per la determinazione della qualità ambientale. In ogni stazione verrà determinata la produzione primaria usando le misure di biomassa e i rapporti Produzione/Biomassa (P/B). Questi dati raccolti su base temporale verranno poi estrapolati a tutto il bacino lagunare utilizzando i dati raccolti in circa 90 stazioni distribuite in tutta laguna e campionate in primavera ed autunno con finanziamenti dell’ARPAV. Inoltre, in ogni stazione verrà prelevato il sedimento superficiale (5 cm) ed ogni due mesi i campioni verranno analizzati per determinarne le concentrazioni di nutrienti, la frazione fine, la densità ad umido e a secco, l’umidità e la porosità. In ogni stazione verranno rilevati i tassi di sedimentazione con trappole di sedimentazione ed ogni due mesi verranno determinate la granulometria e gli stessi nutrienti determinati nei sedimenti superficiali. In ogni stazione trimestralmente verranno rilevati i livelli di erosione e sedimentazione a livello millimetrico. WP 3.3.2. Valutazione delle variazioni nella struttura funzionale e trofica della comunità nectonica degli habitat di basso fondale della laguna di Venezia e valutazione della connettività mare-laguna. Gli habitat di basso fondale della laguna di Venezia svolgono diverse importanti funzioni nei confronti della fauna nectonica (pesci, crostacei decapodi e molluschi cefalopodi): aree di pascolo, aree riproduttive e aree elettive di nursery. La modifica o alterazione degli habitat lagunari di basso fondale e gli effetti potenzialmente negativi sulla connettività biologica mare-laguna, come conseguenza della modificata connessione con il mare legata al funzionamento del sistema di paratie mobili (MOSE), potrebbero quindi avere importanti ripercussioni sui popolamenti nectonici lagunari. Verranno effettuati campionamenti di fauna nectonica in differenti sotto-bacini lagunari, lungo tre transetti dalle bocche di porto alla gronda lagunare. Saranno analizzate le variazioni nella struttura tassonomica e funzionale di questa componente biologica. Verranno indagate le relazioni fra le variazioni della struttura tassonomica e funzionale del popolamento nectonico e le principali caratteristiche degli habitat. Verranno effettuati campionamenti di ittioplancton e di giovanili lungo tre transetti mare-laguna in differenti sotto-bacini lagunari. I dati ottenuti saranno integrati con serie pregresse di dati analoghi per evidenziare le dinamiche evolutive nello spazio e nel tempo delle componenti ittioplancton (uova e larve) e giovanili, alla luce dell’entrata in funzione del sistema di paratoie mobili. WP 3.3.3. Specie modello ittiche lagunari e marino-costiere. Fra le specie ittiche della laguna di Venezia, ci si attende che alcune possano risentire maggiormente delle modifiche legate al funzionamento del sistema MOSE. In questo progetto, il go, Zosterisessor ophiocephalus, e il latterino, Atherina boyeri, che costituiscono una quota importante del pescato lagunare e che utilizzano aree a fanerogame e aree con macrolaghe per la riproduzione, verranno usate come specie modello per valutare gli effetti delle variazioni a livello di ecomorfologia lagunare sul ciclo biologico e, in particolare, sulla riproduzione.
La corvina, Sciaena umbra, specie che produce suoni legati alla riproduzione e che abita soprattutto i moli foranei delle bocche di porto, verrà invece usata per valutare l’impatto del rumore legato al funzionamento del MOSE stesso. Le due specie modello lagunari, go e latterino, verranno studiate attraverso: 1) la raccolta di campioni mensili dal pescato lagunare per l’analisi della struttura e dinamica di popolazione; 2) campionamenti diretti durante la stagione riproduttiva per quantificare nel latterino densità delle uova, nel go densità dei nidi e dimensioni dei riproduttori; 3) analisi di laboratorio di fecondità e fertilità. Al termine del progetto, i dati verranno analizzati in relazione a: distribuzione della vegetazione; risultati relativi al tema di connettività e genetica; eventi di funzionamento del MOSE. La corvina verrà studiata attraverso registrazioni acustiche alle tre bocche di porto. Al termine del progetto ci si attende di avere una stima della densità della specie e di caratterizzare il paesaggio sonoro subacqueo con le sue componenti “biofoniche” (suoni di origine biologica) e “antropofoniche” (rumore di origine antropica, quali il rumore da natanti o di altra origine antropica). WP 3.3.4. Comunità lagunari: caratterizzazione delle comunità di microrganismi, comunità bentonica di fondi molli, comunità planctonica. La presente ricerca indagherà sulle conseguenti risposte delle comunità microbiche, planctoniche e bentoniche al mutato idrodinamismo e sulla riduzione dei ricambi idrici e connettività idraulica della laguna di Venezia. Si studieranno quindi alcuni processi funzionali delle comunità connessi ai principali driver abiotici in relazione al funzionamento del MOSE, utilizzando diversi approcci metodologici. Ad indagini relative alle risposte delle componenti planctoniche e bentoniche lagunari in situazioni di stress, si affiancheranno una serie di attività all’interno di enclosures. Verranno caratterizzati sedimenti in aree a scarso ricambio idrico ed alta sedimentazione e la valutazione della richiesta di ossigeno da parte della comunità bentonica, identificate le componenti microbiche responsabili della degradazione della sostanza organica e, quindi, caratterizzati gli ambienti confinati dal punto di vista della vulnerabilità alla riduzione dell’idrodinamismo, stimati alcuni parametri funzionali delle comunità affiancando a tecniche classiche, tecniche di biologia molecolare mirate all’identificazione di geni (e funzioni) la cui espressione cambia nelle differenti condizioni, andando quindi ad individuare eventuali cambiamenti nella composizione della comunità. WP 3.3.5. Biogenic reefs lagunari: caratterizzazione oyster reefs. Il destino della laguna di Venezia è di essere sempre più separata dal mare, fino alla possibile completa chiusura qualora si verificassero gli scenari di innalzamento del livello marino delineati dal l’IPCC. Evidenze prodotte da ISMAR-CNR tramite la mappatura morfometrica di dettaglio hanno confermato la presenza di strutture biogeniche a reef, ossia basse “scogliere” prodotte da alcuni invertebrati marini, che possono rivestire una fondamentale importanza nella ecologia lagunare. I reef infatti forniscono il substrato adatto per molte specie che non avrebbero potuto insediarsi in aree costituite da sedimenti molli con un forte aumento della biodiversità. La operatività del MOSE potrebbe impattare significativamente i reef, in quanto un idrodinamismo alterato potrebbe influenzare negativamente lo sviluppo dei reef biogenici profondi con ripercussioni sulla biodiversità lagunare. La presente attività di ricerca ha come obiettivi la valutazione della presenza dei reef biogenici in laguna di Venezia, specialmente lungo il gradiente estuarino Dese/Mare, nei canali di cui si dispone la morfo-batimetria di dettaglio, la caratterizzazione ecologica dei reef e il contesto nel quale si sviluppano. Le attività da svolgere riguarderanno l’individuazione di alcuni reefs, la caratterizzazione delle biocostruzioni e l’individuazione dei principali componenti della comunità, lo studio delle dinamiche riproduttive ed insediative di C. gigas, e l’indagine sui fattori ambientali influenti sulla sopravvivenza della specie, il supporto all’habitat mapping e ai modelli di habitat suitability.
