Più di 500 anni fa, Leonardo da Vinci disegnò quella che chiamò "la turbolenza, " confrontando i vortici caotici in cima all'acqua che scorre con i capelli umani ricci. Si scopre che quei modelli influenzano una miriade di fenomeni, dal trascinamento delle ali di un aeroplano e dalla formazione della macchia rossa di Giove al fruscio delle foglie degli alberi.

Nuove scoperte saranno pubblicate venerdì sulla rivista Scienza aggiungere un altro all'elenco:l'eliminazione di un fertilizzante inquinante pervasivo dai corsi d'acqua.

"Ora possiamo calcolare un "limite di velocità" di turbolenza per la rimozione dei nitrati in qualsiasi flusso, ", ha affermato l'autore principale Stanley Grant, un professore di ingegneria civile e ambientale presso l'Università della California, Irvine. "Ciò significa che possiamo fornire una guida specifica su come adattare gli sforzi di ripristino per massimizzarne la rimozione e proteggere gli ecosistemi a valle".

Gli scienziati sanno da tempo che i fertilizzanti carichi di nitrati scorrono dalle fattorie e dalle strade della città nei corpi idrici, a volte creando gigantesche "zone morte" centinaia di miglia a valle. L'opinione prevalente è che le alghe ei batteri affamati nel sedimento di fondo controllano la velocità con cui i nitrati possono essere rimossi.

Ma un team internazionale di ricercatori ha pensato che anche la fisica potesse avere un ruolo. L'acqua agitata funge da scala mobile, molecole vorticose dell'inquinante giù ai letti dei torrenti in uno schema che è una versione verticale degli schizzi di tanto tempo fa di Leonardo.

Gli scienziati volevano sapere in che modo quell'azione influisce sull'eliminazione del contaminante. Hanno calcolato la velocità massima - o limite di velocità - alla quale la turbolenza sposta il nitrato nel sedimento e l'ha confrontata con le misurazioni pubblicate in precedenza sulla rimozione dei nitrati in 72 corsi d'acqua negli Stati Uniti.

"La risposta dipende da quanto è inquinato il torrente, " ha detto il co-autore Perran Cook, professore associato di chimica alla Monash University in Australia. "Nei ruscelli incontaminati, la velocità con cui la turbolenza trasporta il nitrato controlla la velocità con cui viene rimosso. Nei corsi d'acqua inquinati, l'opinione prevalente è corretta:i processi all'interno del sedimento vincono la giornata." In un ruscello pulito, il nitrato viene rimosso quando le alghe e i batteri nel sedimento lo assorbono, o, anche meglio, convertirlo in un composto gassoso innocuo.

"È un dono gigantesco. I flussi rimuovono gran parte del nitrato che gli lanciamo, quindi c'è stato molto interesse nel capire come funziona questo processo e come può essere reso più efficiente, " ha detto il co-autore Fulvio Boano, professore associato di idraulica al Politecnico di Torino.

Ma il processo può essere sopraffatto quando una quantità eccessiva di contaminante viene pompata in un corso d'acqua, permettendo ai nitrati di fluire nelle acque costiere. Una volta lì, può stimolare la crescita delle alghe, esaurire l'ossigeno, e portare alla formazione di gigantesche aree aride a valle, come l'area delle dimensioni del Connecticut al largo del delta del fiume Mississippi nel Golfo del Messico.

I risultati dello studio hanno importanti implicazioni per la gestione dell'inquinamento da nitrati vicino alla fonte, prima che fluisca verso ecosistemi sensibili.

"Gli stessi calcoli possono essere inclusi nei modelli di rete di flusso, che consentirebbe ai ricercatori di quantificare meglio gli impatti dell'inquinamento da nitrati a livello locale, scale continentali e persino globali, " ha detto il co-autore Morvarid Azizian, borsista post-dottorato in ingegneria civile e ambientale presso UCI.

"Questa è una foto che renderebbe orgoglioso anche Leonardo, " ha aggiunto Grant.