Effects of arsenic partitioning and dynamics on the assessment of groundwater background levels

The research investigates the effect of arsenic (As) partitioning and dynamics on the assessment of the Natural Background Level (NBL) of this metalloid in selected target aquifers of the Emilia-Romagna Region, Italy. The application of global statistical methodologies highlighted that the analyzed groundwater bodies are characterized by distinct responses in terms of estimated NBLs. Estimated NBLs of target chemical species were found to (a) increase with the average depth of the investigated water bodies and (b) display different temporal dynamics within the observation time frame. Experimental activities on mechanisms influencing As NBLs highlighted a distinct correlation between temporal dynamics of aerobic/anaerobic conditions and As release and suggested that the high hot-spot As concentrations detected within Emilia-Romagna aquifers could be consistent with the localized occurrence of vegetal matter which releases arsenic as a consequence of redox changes. Geochemical modeling of experimental results evidenced that (a) organic matter strongly affect pH and redox conditions, thus influencing As speciation and mobility, (b) large dissolved As concentrations should be expected when the low crystallinity phases are subject to dissolution, (c) iron minerals appear to govern As dynamics for short time scales while Mn phases can contribute significantly to As release over long time scales of water/solid matrix interaction. It is concluded that estimates of NBLs of chemical species such as arsenic need to be performed by considering real field conditions to assure consistency with the hydro-geo-chemical behavior of the tested aquifer.

Il lavoro di ricerca è focalizzato sullo studio degli effetti del partizionamento e delle dinamiche di arsenico (As) sul livello di fondo naturale (NBL) di questo metalloide in corpi acquiferi della Regione Emilia-Romagna, Italia. L’applicazione di metodologie statistiche globali per la stima di NBL ha evidenziato il diverso comportamento dei corpi idrici sotterranei analizzati, in termini di NBL stimate. Quest’ultime sono risultate (a) in aumento con la profondità media dei corpi idrici indagati e (b) caratterizzate da diverse dinamiche temporali nel periodo di monitoraggio analizzato. Diverse attività sperimentali relative ai meccanismi che influenzano il NBL dell’As hanno evidenziato una netta correlazione tra le dinamiche temporali delle condizioni aerobiche/anaerobiche ed il rilascio di As ed hanno indicato che le elevate concentrazioni di As riscontrate negli acquiferi dell’Emilia-Romagna potrebbero essere coerenti con la presenza localizzata di sostanza vegetale che rilascia il metalloide a seguito delle dinamiche temporali delle condizioni redox. La modellazione geochimica dei risultati sperimentali ha evidenziato che (a) la sostanza organica influenza significativamente le condizioni redox e di pH, influenzando la speciazione e la mobilità dell’As, (b) elevate concentrazioni di As in acqua sono da aspettarsi quando le fasi a bassa cristallinità sono soggette a dissoluzione, (c) i minerali ferrosi sembrano governare le dinamiche di As per brevi tempi scala, mentre le fasi di Mn sembrano contribuire in modo significativo al rilascio dell’As su lunghi tempi scala d’interazione acqua/matrice solida. Si è concluso che le stime di valori di NBL di specie chimiche come l’arsenico devono essere effettuate tenendo conto delle reali condizioni di campo per garantire la consistenza delle stime con il comportamento idro-geo-chimico dell’acquifero in esame.