Dinamiche idrologiche e biogeochmiche in un bacino d'alta quota (Pian del Nivolet, AO)

This thesis has the aim of drawing a more exhaustive picture of the activities carried out within the ECOPOTENTIAL project inside the Gran Paradiso National Park. The study area is the Nivolet creek's catchement, located in Valsavarenche (AO), where the project decided to create an "Earth Critical Observation Zone". This basin extends over 20 square kilometer, developing from about 1950 m.s.l.m up to a maximum altitude of just over 3400 m.s.l.m. Given the considerable elevation, the catchement is dominated by rocks, whereas only a quarter of the total surface of the basin is vegetated. Vegetation consisting of alpine meadows, predominantly, shrubs, whereas only a little area is covered by larch woods. The main issues dealed with within this Critical Zone are the study of the carbon cycle and the hydrological cycle. Firstly, the soil developed in the area was studied in order to define its chemical and physical properties, which are essential for a better understanding of both the biogeochemical cycles. For what concerns the carbon cycle, efforts have been made to define the carbon balance of the same ecosystem during the 2018 hydrological year. This objective has been achieved through the instalation of an Eddy Covariance station in the terminal portion of the catchment. The study of the hydrological cycle of the basin required the assessment of water supply to the system, through the measurement of rainfall and the execution of periodic measures of SWE (Snow Water Equivalent), and of the outputs from the system through the realisation of hydrometric measurements. The achievement of these preliminary objectives was necessary to investigate the generation of the outflow, during the several months of monitoring, trough the use of environmental tracers, such as electrical conductivity and the isotopic composition of the various components of the hydrological cycle. This with the aim of evaluating the proportions of the different outflow sources inside the water of the Nivolet creek and in one its little tributary, during the different seasons. In addition to the variation of these two environmental tracers, the variation of cation and anion concentrations as well as of the carbon and nitrogen present in the water of each component of the system was also monitored. Such monitoring has highlighted very well the role of meteoric precipitation in re-establishing for many chemical elements the outputs that occur from the system due to the effect of leaching. Moreover, the focus has been put on the snowmelt process in the basin, wich represents not only the main mechanism for generating the outflow, but also the main process through which the chemical elements reach the hydrographic network. Finally, by applying modeling tools, we tried to hypothesise the evolution of the hydrological cycle under the effect of climate change using different emission scenarios.

La suddetta tesi ha avuto come obiettivo quello di tracciare un quadro più esaustivo possibile delle attività svolte nell'ambito del progetto ECOPOTENTIAL all'interno del Parco Nazionale del Gran Paradiso. L'area di studio è il bacino del torrente Nivolet, sito nel comune di Valsavarenche (AO), dove il progetto ha deciso di creare una ¿Earth Critical Observation Zone¿. Tale bacino si estende per oltre 20 km2, sviluppandosi da circa 1950 m.s.l.m fino a raggiungere una quota massima di poco superiore ai 3400 m.s.l.m. Stante la notevole elevazione, il bacino risulta essere dominato dalle pietraie e dai ghiaioni, mentre solamente un quarto della superficie complessiva del bacino risulta essere vegetato. Vegetazione costituita da praterie alpine, in grande prevalenza, vaccinieti ed, infine, solo in minima parte da boschi di larice. Le principali tematiche affrontate all'interno di tale Critical Zone sono lo studio del ciclo del carbonio e del ciclo idrologico. In primis, si è proceduto alla caratterizzazione del suolo evolutosi nell'area di studio, al fine di definirne le proprietà tanto chimiche quanto fisiche, le quali sono indispensabili ad una migliore comprensione di entrambi i cicli biogeochimici. Per ciò che concerne il ciclo del carbonio, gli sforzi sono stati rivolti alla definizione del bilancio del carbonio della prateria alpina nel corso dell'anno 2018. Al fine di giungere a tale obiettivo, il progetto ECOPOTENTIAL ha installato una stazione Eddy Covariance nella porzione terminale del bacino. Lo studio del ciclo idrologico del bacino ha previsto, invece, la valutazione degli apporti idrici al sistema, tramite la misurazione delle precipitazioni e l'esecuzione di periodiche misure di SWE (Snow Water Equivalent), e degli output dal sistema tramite la realizzazione di misure idrometriche. Il raggiungimento di tali obiettivi preliminari è stato necessario per giungere all'indagazione dei meccanismi di generazione del deflusso, nel corso dei diversi mesi di monitoraggio. A tal fine si è ricorso all'utilizzo di traccianti ambientali, quali la conducibilità elettrica e la composizione isotopica delle diverse componenti del ciclo idrologico. Oltre alla variazione di tali due traccianti ambientali, si è monitorato anche la variazione delle concentrazioni di cationi, anioni nonché del carbonio e dell'azoto presenti all'interno dell'acqua, evidenziando il ruolo delle precipitazioni meteoriche nel ristabilire per molti elementi chimici gli asporti che si verificano dal sistema per effetto dei fenomeni di lisciviazione. Inoltre, è stato messo in luce come il processo di fusione nivale rappresenti nel bacino non solo il principale meccanismo di generazione del deflusso ma anche il principale processo attraverso il quale gli elementi chimici raggiungono il reticolo idrografico. Infine, applicando strumenti modellistici, si è cercato di ipotizzare l'evoluzione del ciclo idrologico sotto l'effetto del cambiamento climatico utilizzando scenari emissivi differenti.