IS-MARe
“Pianosa IS-MARe” è un progetto multidisciplinare di monitoraggio e studio dell’ecosistema marino e costiero dell’isola di Pianosa, che vorrebbe partire dalla situazione delle attuali conoscenze e studi pregressi disponibili sia della parte biologica che di quella geologica fisica e chimica dei fondali attorno all’isola di Pianosa, per proseguire e approfondire alcuni degli studi già avviati in passato, e per avviarne di nuovi, anche avvalendosi delle moderne tecniche disponibili al momento, sia tecnologiche (ROV, Multiscan, sonde multiparametriche) sia di analisi genetica delle popolazioni.
L’Istituto di Scienze Marine del CNR, ISMAR, che compie da anni studi in ambito marino in diversi ambienti, da quelli costieri a quelli oceanici, è attualmente uno dei tre istituti che gestiscono la Base di Ricerca Pianosa del CNR nell’Isola, ed è particolarmente interessato a mettere a disposizione le proprie competenze e tecnologie per affrontare alcune delle tematiche emergenti degli ultimi anni (cambiamento climatico, problema dell’inquinamento, ecc) impegnandosi con i propri mezzi e ricercatori in questa parte del mediterraneo, ossia le acque ed i fondali attorno all’isola, e le sue zone costiere, che presentano peculiarità uniche nel loro genere.
L’interesse dell’Istituto e del suo direttore nell’affrontare diverse tematiche marine, complementari fra di loro, ha portato all’ ideazione di questo progetto, a cui 20 e più ricercatori CNR-ISMAR hanno aderito, anche in collaborazione con altri Enti di Ricerca / Istituti del CNR che già da anni operano a Pianosa, come INGV, IGG, IBE, UNIPI ecc.
Abbiamo strutturato, per semplicità, il progetto dividendolo in TEMI diversi, ma molti di essi sono interconnessi, e tutti riguardano la parte di Pianosa che a che fare con il mare, da cui l’acronimo scelto per il nome del progetto.
TEMA 1)
Oggetto di indagine: Studio della Geodiversità marina dell’Isola di Pianosa
Ricercatori proponenti: Camilla Palmiotto, Francesca Ape, Francesca Alvisi, Valentina Ferrante, Maria Filomena Loreto, Roberta D’Onofrio (CNR-ISMAR) e Filippo Muccini (INGV e
CNR-IGAG)
Le piccole isole che circondano la penisola italiana fanno parte dell’eredità geologica del nostro territorio. La diversità geologica di un territorio influenza enormemente la sua biodiversità (Alahuhta et al., 2018; Palmiotto C., 2022; Tukianien et al., 2023). L’Arcipelago Toscano, riconosciuto nel 2003 dall’UNESCO come Riserva della Biosfera, e costituito da sette isole principali di origine differente, si presenta come un ottimo laboratorio naturale per lo studio della geodiversità ai fini di una migliore conoscenza del nostro territorio marino e della preservazione dell’ambiente che ci circonda.
Questo progetto si propone di studiare la geodiversità marina dell’isola di Pianosa, ad oggi ancora poco conosciuta, attraverso l’integrazione di dati geologici e geofisici pregressi con nuovi dati acquisiti tramite l’utilizzo della metodologia a basso impatto ambientale ROV (Remotely Operated Vehicle) a profondità < 100 m, e tramite campionamenti superficiali del fondale all’interfaccia acqua-sedimento. Poiché la varietà degli elementi geologici, determinando l’eterogeneità dell’ambiente fisico e del substrato disponibile per l’insediamento degli organismi, influenza la diversità biologica dei fondali marini, ci proponiamo perciò di investigare le comunità bentoniche che abitano i fondali costieri dell’isola e metterle in relazione con i dati geomorfologici acquisiti.
Gli obiettivi principali che il nostro gruppo di ricerca si propone sono: a) fornire una mappa della geo-diversità marina di Pianosa, utilizzando e valorizzando dati geofisici pregressi di batimetria regionale (EMODnet database) e di sismica a riflessione mono e multicanale (i.e., database Sparker ISMAR, progetto CROP, dati di simica ministeriale del database ViDEPI); 2) determinare il tipo e la morfologia del fondale di Pianosa in tre aree diverse tramite l’acquisizione di immagini e filmati ROV e investigare gli habitat presenti e le comunità associate nella colonna d’acqua e sul fondale marino. I filmati consentiranno di determinare la relazione tra la diversità geologica e quella biologica, e saranno messi a disposizione nell’ambito di progetti di divulgazione scientifica ed educazione ambientale nelle scuole (ad esempio, tramite il gruppo di divulgazione scientifica del CNR “Linguaggio della Ricerca”, di cui alcuni di noi fanno parte) e nei musei, per una migliore conoscenza dell’ambiente marino e per la sua preservazione; 3) determinare le caratteristiche sedimentologiche e micropaleontologiche dei fondali di Pianosa tramite il prelievo manuale di sedimenti superficiali (carote lunghe 15-20 cm) lungo transetti costa-largo posizionati lungo le stesse aree nelle quali viene acquisito il ROV; 4) studiare le comunità del meiobenthos (utilizzate come proxy per lo studio della biodiversità bentonica in relazione alla geodiversità dei fondali e del grado di impatto antropico).
TEMA 2)
Oggetto di indagine: Monitoraggio ad alta risoluzione spazio-temporale di aerosol in
ambiente marino tramite LIDAR
Ricercatori proponenti: Davide Dionisi CNR-ISMAR e Gian Luigi Liberti (CNR-ISMAR), e Luciano Massetti e Francesco Sabatini (CNR-IBE)
Il monitoraggio ad alta risoluzione spazio-temporale degli aerosol in ambiente marino, ed in particolare all’interfaccia aria-mare, rappresenta un’area di ricerca di crescente interesse scientifico a livello internazionale. I modelli atmosferici e/o accoppiati atmosferici/oceanici di prossima
generazione necessitano informazioni sugli aerosol per: la modellizzazione dei processi fisici in cui gli aerosol giocano un ruolo rilevante, l’inizializzazione dei modelli, la validazione dei risultati ottenuti da quest’ultimi e non ultimo l’eventuale validazione di prodotti satellitari. Tali misure si
collocano all’interno del più ampio scenario di studio del feedback degli aerosol marini sui cicli biogeochimici e sul clima, feedback che rimane altamente incerto a causa della complessa interazione degli aerosol. In particolare, è importante caratterizzare: in atmosfera, le interconnessioni tra gli aerosol, generati dagli ecosistemi marini, e le nubi, con l’obiettivo generale di ridurre le relative incertezze climatiche; in mare, le relazioni tra gli apporti atmosferici naturali e antropogenici, i cicli marini del carbonio e dell’azoto e i feedback climatici.
Lo strumento ideale per ottenere le caratteristiche spazio (3D) temporali degli aerosol (frequenza delle osservazioni comparabile alle scale temporali dei processi) è rappresentato da un sistema lidar multispettrale a scansione verticale ed orizzontale.
L’installazione di simili sistemi su navi e/o piattaforme oceaniche, per il monitoraggio in mare aperto, presenta notevoli difficoltà logistiche e per il processamento dei dati. Isole di dimensione ridotta, limitata attività antropica e limitato effetto sulla circolazione atmosferica (assenza di complessa topografia), rappresentano l’alternativa ideale per l’installazione di tale strumentazione.
In particolare, l’isola di Pianosa rappresenta un sito ideale sia per la misura di background dell’aerosol marino sia dell’interazione di quest’ultimo con quello continentale dipendentemente dalla situazione di circolazione. L’alternanza di tali situazioni, specifica della posizione geografica dell’isola di Pianosa, permette un campionamento di differenti scenari offrendo un’opportunità unica per lo studio dei processi.
Inoltre, la base CNR di Pianosa è situata in una posizione favorevole per il monitoraggio del vapor d’acqua atmosferico ed il legame con le precipitazioni intense e delle alluvioni nel Mediterraneo. Infatti, la disponibilità di umidità è un elemento chiave per la formazione delle precipitazioni intense nel Mediterraneo e diversi studi recenti hanno analizzato il ruolo del trasporto anomalo integrato di vapore acqueo verso la regione (e.g. Khodayar et al., 2018, Flamant el al., 2020).
Il sistema LIDAR proposto per l’istallazione sull’isola di Pianosa, permette l‘acquisizione dei profili verticali e/o orizzontali dei coefficienti di retrodiffusione e di estinzione del particolato atmosferico e delle nubi, del rapporto di depolarizzazione degli aerosol e del rapporto di mescolamento del vapore acqueo atmosferico. Il lidar multispettrale richiede una frequenza di manutenzione minima (una volta ogni uno o due mesi) in quanto la programmazione delle misurazioni e la fornitura dei prodotti viene gestita da remoto tramite un software di pianificazione avanzato che consente di
impostare misurazioni complesse (misurazioni giorno/notte, misurazione settimanale, misurazioni 24/7), il caricamento automatico dei dati di misurazione su server, la pre-elaborazione dei dati e genera avvisi automatici per la manutenzione del sistema.
Questa configurazione consente di realizzare misure delle proprietà ottiche del particolato atmosferico e delle nubi, con le quali sarà possibile determinare le loro proprietà microfisiche e
dimensionali. Infine, tale sistema, se accoppiato con un fotometro, oltre ad espandere le capacità di osservazione e la copertura regionale del CNR, soddisfa i requisiti tecnici richiesti dall’infrastruttura di ricerca internazionale ACTRIS (Aerosol, Cloud and Trace Gases Research Infrastructure) con le associate garanzie di supporto nel mantenere standard di qualità, distribuire i dati e la conseguente visibilità a livello internazionale
TEMA 3)
Oggetto di indagine: Legami tra la dinamica spazio-temporale delle banquette di Posidonia oceanica e la variabilità della biodiversità associata: un approccio multidisciplinare.
Ricercatori proponenti: Lucia Bongiorni CNR-ISMAR, Serena Como CNR-IBF, Silvia Merlino CNR-ISMAR, Federica Rizzetto CNR-ISMAR
In Mediterraneo, la parte emersa e quella sommersa del sistema spiaggia sono coinvolti nello scambio di detrito di Posidonia oceanica (Simeone and De Falco 2012, Vacchi et al 2017).
Nonostante il contributo di questi depositi ai numerosi servizi ecosistemici forniti dalle coste (protezione contro l’erosione, contributo alle reti trofiche locali, sostentamento della pesca, mantenimento attività ricreative) (Boudouresque et al. 2016), poco si sa della dinamica spazio-temporale di questi depositi e delle conseguenze sulla biodiversità associata.
Questo in parte è dovuto al fatto che dinamica dei depositi e la (ri)colonizzazione da parte delle varie comunità associate sono aspetti che raramente sono considerati insieme perché appartenenti a discipline differenti (geomorfologia e ecologia) (Como et al. 2008, Simeone and De Falco 2012).
La tipica forma delle foglie e le modalità di accumulo conferiscono all’ammasso una struttura lamellare molto compatta ed elastica, facilmente deformabile dall’azione del moto ondoso. Di conseguenza la loro stabilità ed i loro trends evolutivi possono essere molto variabili. Accumuli particolarmente consistenti costituiscono delle vere e proprie formazioni “biogeomorfologiche” che possono avere spessore di diversi metri e svilupparsi per centinaia di metri in funzione delle caratteristiche morfologiche della costa (Boudouresque et Meinesz, 1982; Jeudy de Grissac et Audoly, 1985; Mateo et al., 2003; De Falco et al., 2003; 2008). I risultati ottenuti da ricerche pregresse hanno mostrato che la presenza di coste rocciose basse, cale, spiagge antistanti falesie e opere rigide di protezione possono costituire condizioni favorevoli allo sviluppo delle banquette (Marevivo, 2001; Bovina et al., 2008).
L’idea di base di questa attività è quella di associare l’analisi della dinamica spazio-temporale dei depositi di Posidonia oceanica nel sistema spiaggia emersa-spiaggia sommersa (condotta da ISMAR Lerici per mezzo di droni aerei) con un’analisi ecologica delle comunità di organismi nel sedimento
associato, utilizzando il metodo del metabarcoding del DNA ambientale (eDNA) finalizzato alla componente macrofauna (eventualmente sarà presa in considerazione anche a componente batterica). Lo scopo di questa attività è quello di porre le basi iniziali per investigare il legame tra i pattern di variabilità della biodiversità associata e la dinamica spazio-temporale di questi depositi, attraverso un approccio multidisciplinare. I risultati saranno interpretati alla luce (i) delle caratteristiche morfologiche locali, (ii) dei processi idrodinamici responsabili dello spiaggiamento delle foglie, (iii) dei fenomeni erosivi, (iv) della mobilizzazione dei sedimenti (Mateo et al., 2003) e (v) dei processi antropici agenti sulla costa. Lo studio potrà essere completato dall’interpretazione di fotografie aeree ad alta risoluzione scattate nei decenni precedenti (se disponibili) per identificare i processi morfodinamici agenti sul litorale ed i loro effetti sul lungo termine.
Sarà inoltre valuta la possibilità di effettuare stime di composizione biochimica della materia organica sedimentaria, e di attività batteriche extracellulari per caratterizzare i processi di decomposizione del detrito delle banquette e dei tassi riciclo del C oltre che stimare il Carbonio biodisponibile per le comunità esistenti.
La fruibilità della base di ricerca Pianosa del CNR, e l’accesso ad alcune delle aree protette del litorale, permetterà di analizzare queste dinamiche in un sistema intatto (non disturbato dalle attività umane), fornendo così i valori di riferimento per i sistemi costieri antropizzati. Il proposal si pone come uno studio pilota, prevedendo l’analisi del sedimento di almeno una area di spiaggia emersa o sommersa con presenza di banquette e di 2 aree prive di banquette di controllo (18 campioni) per data di campionamento. Proponiamo di replicare il campionamento il almeno due date in due periodi dell’anno scelti in funzione del ciclo stagionale di formazione delle banquette (banquette mature e banquette in fase tardiva). Il numero definitivo dei campioni da prelevare e delle repliche del campionamento sarà tuttavia definito in base alle informazioni geomorfologiche (da valutare ad esempio in base alle fasi evolutive della formazione dei depositi, etc), ai fondi disponibili per le analisi e alle direttive del Parco dell’Arcipelago Toscano in merito
TEMA 4)
PROGETTO LIA-POL - Low Impact Approaches to study absorption of POLluants by plastic items in the sea and their dispersion on the coast.
Oggetto di indagine: Indagare l’incidenza dell’impatto antropico “esterno” (non dovuto a fonti interne di inquinamento) sull’ecosistema dell’isola, con focus sui marine litter e inquinamento chimico/fisico da microplastiche e POPs.
Ricercatori CNR proponenti: Silvia Merlino CNR-ISMAR, Marco Bianucci CNR-ISMAR, Marco Paterni CNR-IFC. Altri istituti soggetti coinvolti: INGV, IGG, Istituto Zooprofilattico; CNR-IPCF
Il progetto si articola in due parti:
1) La realizzazione di un esperimento volto a studiare il procedere della degradazione sia di plastiche standard che di bioplastiche/plastiche compostabile in mare, oltre che dell’accumulo di inquinanti presenti in mare (in particolare idrocarburi) all’interno della matrice polimerica di tali plastiche, disponendo in mare una speciale gabbia metallica contenenti “resin pellets”, di dimensioni contenute (un metro di lunghezza per 40 cm circa
di larghezza e 15 di spessore). La gabbia è già stata testata nel Golfo della Spezia con un esperimento simile durato tre anni, ma in tal caso principalmente dedicato a studiare i meccanismi di degradazione di tali polimeri, a cui era stata affiancata una seconda gabbia posta a 500 metri di profondità in un mooring collocato nel canyon marino di Rio Maggiore (DeMonte et al. 2021). La nostra attuale proposta prevede l’installazione di due gabbie, una ancorata di nuovo nel golfo della Spezia, ed una installata a Pianosa. La scelta dell’isola è dovuta alla sua eccezionale situazione ambientale, e all’alto grado di protezione di cui gode e quindi alla lontananza delle sue acque da fonti di inquinamento, in special modo idrocarburi. L’impatto sull’ecosistema che avrebbe tale gabbia sarà minimo, date le dimensioni ridotte e la bassa interazione con l’ambiente. Il sito individuato come il migliore, per basso impatto ambientale e protezione dalle eventuali mareggiate, è quello nella Baia dei Turchi, in corrispondenza del muretto sotto la costruzione collocata nella zona del cimitero (vedere foto allegata). In tale sito sarebbe facile poter recuperare periodicamente i campion del materiale da analizzare. L’esperimento sarebbe il primo di questo genere ad essere svolto all’interno del bacino del Mediterraneo, essendoci al momento in letteratura solo pochissimi studi di questo tipo realizzati in situ, di cui l’unico di lunga durata effettuato nelle acque del Pacifico (Rochman et al. 2014). Il confronto fra i risultati ottenuti con tale esperimento condotto nelle acque di Pianosa con quelli provenienti dalla gabbia “gemella” (golfo della Spezia) fornirà informazioni preziose sui meccanismi di accumulo degli inquinanti all’interno delle microplastiche presenti in diverse tipologie di ambienti marini costieri (Rochman et al. 2014; Giugliano et al. 2024, submitted) e di diversi gradi di antropizzazione.
2) Lo studio della dinamica di deposizione dei rifiuti, attraverso survey con droni aerei e post processing delle ortofoto. L’idea di base è quella di utilizzare strumenti e/o metodologie a basso impatto ambientale e possibilmente low cost per il monitoraggio e l’acquisizione dati sui litorali, con particolare attenzione alla zona di interazione terra-mare e ai processi derivanti dall’impatto antropico, già sperimentate in precedenza in aree diverse maggiormente antropizzate. Negli anni passati, tale approccio è stato utilizzato per studiare gli spostamenti di oggetti provenienti dai fiumi (foce dell’Arno e del Serchio) e la dinamica del loro accumulo sulle zone del parco di San Rossore, tramite a ripetuti survey condotti con droni aerei, in diverse stagioni ed in diverse aree, e quindi il post-processing delle ortofoto acquisite, durante il quale vengono poi estratte le informazioni sulla tipologia del rifiuto, dimensione, posizione GPS ecc, necessarie alla comprensione dei meccanismi di deposizione, a loro volta utili per una più efficacie pianificazione della loro rimozione.
La attuale proposta di sperimentare tale approccio anche a Pianosa si basa sui risultati ottenuti e pubblicati (Merlino et al. 2020; Merlino et al. 2021; Andriolo et al. 2021), che attestano come tale metodologia si sia dimostrata uno strumento valido per ottenere dati attendibili in modo rapido e non invasivo, e quindi particolarmente adatta alle peculiarità dell’isola. Inoltre, essa si pone come naturale prosecuzione di quanto già fatto, in termini di monitoraggio marine litter, negli anni dal 2014 al 2018 nell’isola, sempre da parte di ISMAR, utilizzando protocolli standard di raccolta manuale, anche coadiuvati dalla Citizen Science, grazie al coinvolgimento di associazioni di volontari e studenti di scuola (Giovacchini et al, 2018).
Il progetto LIA-POL è stato presentato nel 2023, come progetto congiunto e prosecuzione di SELF-isole del futuro assieme ad IGG, approvato ed inserito all’interno del piano d’azione
MAB Unesco-isole di toscana (https://www.isoleditoscanamabunesco.it/wp-content/uploads/2021/10/Piano-dAzione-Riserva-della-Biosfera-Isole-di-Toscana.pdf)
TEMA 5)
Oggetto di indagine: Studio della Ecologia fuNzionale e dElla Connettività delle foreste di gorgonie intorno all’Isola di PianosA (SENECA)
Ricercatori proponenti: Roberta Sciascia, CNR-ISMAR, in collaborazione con: Laboratoire
d'Ecogéochimie des Environnements Benthiques (LECOB-CNRS) di Banyuls-sur-mer
Le gorgonie rosse (Parauricea Clavata), presenti nel Mediterraneo nord-ovest, sono di fondamentale importanza sia scientifica che economica. Queste formazioni coralligene sono una specie bandiera e fungono da indicatori ambientali e di biodiversità marina. Sono inoltre preservate per il loro valore turistico legato alle immersioni ricreative.
Esplorando la loro distribuzione spaziale nel nord-ovest del Mediterraneo e la composizione demografica delle popolazioni, è possibile fornire indicazioni per la creazione di nuove aree marine protette o per estensione di quelle esistenti, in linea con gli obiettivi di protezione stretta del 10% dello spazio marino entro il 2030.
L’isola di Pianosa si trova in una zona cruciale per la connettività delle popolazioni del nord-ovest del Mediterraneo, e in un’area in cui immersioni scientifiche hanno evidenziato la presenza di Gorgonie Rosse (es. Est della Corsica, Calafuria, Isola di Cerboli). Tuttavia, la presenza nei fondali nell’isola non è stata mai confermata.
Proponiamo quindi di effettuare delle immersioni per verificare la presenza di gorgonie rosse e raccogliere dei campioni da cui effettuare analisi genetiche per studiare la popolazione e le sue possibili connessioni a popolazioni limitrofe.
I campioni raccolti e le analisi genetiche aprono la strada a studi di connettività, anche modellistici, per valutare quanto le diverse popolazioni presenti in una diversa zona siano tra loro connesse e quali siano i fattori che influenzano le connessioni o l’isolamento delle popolazioni.
Contestualmente alle immersioni proponiamo di effettuare dei campionamenti tramite sonar multibeam, di cui il CNR-ISMAR, possiede grandi competenze. Questi campionamenti permetterebbero di caratterizzare il fondale marino per poi effettuare studi di habitat suitability e verificare l’esistenza di zone in cui nuove colonie di gorgonie rosse si potrebbero insediare.
L’attività si svolgerebbe in collaborazione con il Laboratoire d’Ecogéochimie des Environnements Benthiques (LECOB-CNRS) di Banyuls-sur-mer che ha una lunga esperienza in analisi genetica e studi di connettività di popolazione bentoniche, in particolare gorgonie rosse, e con cui il CNR- ISMAR di Lerici collabora nell’ambito numerosi progetti di ricerca