Il trasporto delle acque sotterranee è il movimento di sostanze, in particolare contaminanti, nelle acque sotterranee. La zona delle acque sotterranee in cui si concentrano i contaminanti è chiamata pennacchio di acque sotterranee. I pennacchi hanno varie forme, dimensioni e velocità di trasporto. I diversi fattori che influenzano il trasporto delle acque sotterranee includono la geologia e l’idrologia della falda acquifera, nonché le proprietà fisiche, chimiche, biologiche e radiologiche dei contaminanti nelle acque sotterranee.
Le falde acquifere sono rocce sotterranee e formazioni di suolo sature d’acqua. Le acque sotterranee si muovono attraverso i pori tra il suolo e le particelle di roccia e attraverso crepe, fessure e fratture nella roccia dura. Il movimento dei contaminanti è fortemente influenzato dai tipi di rocce e terreni presenti. Importanti fattori geologici includono la consistenza e le dimensioni delle particelle e le caratteristiche fisiche dei pori e di altri spazi attraverso i quali viaggiano le acque sotterranee.
La permeabilità, o conducibilità idraulica, è la facilità con cui le acque sotterranee si muovono attraverso le formazioni sotterranee. Le particelle grandi e poco compattate, come le ghiaie e il substrato roccioso fortemente fratturato, sono più permeabili delle argille, delle particelle di limo compattate e della roccia solida. Le dimensioni, la distribuzione e l’interconnessione degli spazi aperti determinano in gran parte la facilità con cui le acque sotterranee e gli eventuali contaminanti in esse contenuti possono migrare da un luogo all’altro.
Le proprietà chimiche sono anche fattori importanti nel trasporto delle acque sotterranee. Alcuni contaminanti si dissolvono in acqua, mentre altri sono insolubili. Le sostanze disciolte infatti entrano a far parte della falda acquifera e non sono facilmente separabili da essa. Le sostanze insolubili si comportano in modo molto più indipendente. Possono essere molto densi e non facilmente trasportabili. Possono anche depositarsi all’interno dei pori o impigliarsi nei bordi frastagliati delle particelle. La natura chimica dei contaminanti e la temperatura e il pH delle acque sotterranee determinano in gran parte quali sostanze sono solubili o insolubili nell’acqua.
I contaminanti disciolti, o soluti, vengono trasportati insieme alle acque sotterranee mentre scorre. Questo processo di trasporto è chiamato avvezione. I contaminanti si muovono sostanzialmente alla stessa portata e nella stessa direzione delle acque sotterranee. Il trasporto avvezionale delle acque sotterranee è più comune negli acquiferi altamente permeabili con grandi reti di pori o spazi interconnessi.
I soluti si disperdono nelle acque sotterranee a causa della miscelazione meccanica e della diffusione molecolare. La miscelazione meccanica avviene come conseguenza naturale del movimento attraverso e intorno alle particelle di terreno e roccia. La diffusione molecolare è il mescolamento che avviene a livello molecolare tra alcuni composti e l’acqua. La dispersione diluisce gradualmente le concentrazioni di contaminanti e crea un pennacchio di forma ellittica in cui i contaminanti sono altamente concentrati vicino al bordo posteriore del pennacchio e diluiti verso il bordo anteriore.
Alcuni contaminanti, come i prodotti petroliferi, non si dissolvono facilmente nelle acque sotterranee. Invece, galleggiano in cima alla falda freatica o affondano sul fondo della falda acquifera, a seconda della loro densità. Possono subire una certa dispersione, ma i loro pennacchi si muovono molto più lentamente dei pennacchi di soluti e contaminanti che si disperdono facilmente nelle acque sotterranee.
Gli effetti che rallentano il trasporto delle acque sotterranee sono chiamati fattori di ritardo. Un importante fattore di ritardo è l’adsorbimento. Ciò si verifica quando i contaminanti si attaccano o si attaccano al suolo o alle particelle di roccia a causa di forze attrattive elettrostatiche. I composti che non sono facilmente disciolti o dispersi nelle acque sotterranee subiscono facilmente adsorbimento. Altri fattori di ritardo includono l’attrito dei pori e l’effetto filtrante che si verifica quando i contaminanti solidi e insolubili smettono di muoversi perché si depositano all’interno dei pori o si impigliano nel terreno frastagliato o nelle particelle di roccia.
Infine, i contaminanti possono subire trasformazioni fisiche, chimiche, biologiche o radiologiche che modificano la velocità di trasporto delle acque sotterranee. Un contaminante può cambiare fase, ad esempio, da liquido a gas. Anche le reazioni chimiche tra contaminanti e processi biologici e radiologici naturali possono convertire un composto in un altro. I composti appena creati possono muoversi più velocemente o più lentamente dei composti precedenti.