Ricerca di risorse nel sottosuolo

Regione Lombardia
Direzione Generale Territorio ed Urbanistica
A cura di: Fabrizio Berra, Daria Mazzoccola, Enrico Sciesa, Dario Sciunnach con la collaborazione di Simonetta De Donatis e Nicola la Rovere
Usi della carta geologica
- Ricostruzione della storia geologica di una regione
- Ricerca di risorse nel sottosuolo (minerarie, idriche,
idrocarburi, geotermiche)
- Costruzione di opere di ingegneria civile
- Gestione di cave, discariche
- Produzione di carte derivate (rischio sismico,
idrogeologica, ecc.)
- Pianificazione territoriale
Ricostruzioni geologiche
L’espansione dei ghiacciai
L’espansione dei ghiacciai
La storia recente del nostro pianeta (si parla grosso modo degli ultimi due milioni d’anni) è
stata caratterizzata da un rapido susseguirsi di glaciazioni, ossia di periodi della durata di
decine di migliaia d’anni in cui un clima prevalentemente freddo ha favorito l’espansione delle
calotte polari e dei ghiacciai montani.
L’estensione e la morfologia dei distretti un tempo occupati dai ghiacciai si possono ricostruire
grazie alla distribuzione sul territorio di quelle forme di erosione (valli con profili ad U, rocce
montonate, striature sui versanti in roccia) e di deposito (cordoni morenici, terrazzi, depositi da
acque di fusione) che sono determinate esclusivamente dall’azione dei ghiacciai.
La maggior parte degli elementi utili alla delimitazione delle aree un tempo occupate dai
ghiacci trova posto in una normale carta geologica, sulla quale dovranno essere riportate con
campi di colore la localizzazione e l’estensione dei depositi glaciali, con simboli la posizione di
strutture particolari (es. striature in roccia).
Le evidenze osservabili sul territorio testimoniano la sbalorditiva estensione raggiunta dai
ghiacciai alpini in Lombardia nel corso dell’ultima glaciazione: la distribuzione dei massi
ciclopici provenienti dalle Alpi Retiche (“massi erratici”) dimostra senza ombra di dubbio che i
ghiacciai lambivano gli ultimi rilievi delle Prealpi fino a quote attorno ai 1000 m (800 m circa
sopra il piano campagna attuale!), e che scaricavano i loro detriti fino all’altezza delle collinette
nei pressi di Cantù (CO), Giussano (MI) e Merate (LC).
Ricostruzioni geologiche
Le ricostruzioni paleogeografiche
Il ritrovamento di fossili in particolari
località ha permesso di ricostruire l’antica
geografia dei mari e delle terre emerse.
La correlazione tra sequenze
stratigrafiche di aree adiacenti
ha permesso la ricostruzione
di
antichi
bacini
di
sedimentazione nelle prealpi
lombarde.
Le ricostruzioni paleogeografiche
La paleogeografia è lo studio della successione di scenari geografici che si sono avvicendati in una data
regione nell’arco del tempo geologico. La ricostruzione delle varie tappe di questa evoluzione si basa
sull’interpretazione delle rocce sedimentarie, che possono essere attribuite ai rispettivi ambienti di
formazione grazie alla loro analogia con i sedimenti attuali e grazie al loro contenuto di fossili. A titolo di
esempio, successioni di conglomerati e arenarie di colore rosso si riconducono ad ambienti di pianura
alluvionale; calcari e dolomie a struttura massiccia, con resti di organismi costruttori, si deposero in
antiche scogliere coralline; calcari sottilmente stratificati con noduli di selce rappresentano le vestigia di
fondali marini profondi, su cui si deponevano “a pioggia” i guscio calcarei e silicei di organismi planctonici.
La paleogeografia può spingersi a ritroso nel passato fino ai sedimenti più antichi; non può però trarre
informazioni dalle sottostanti rocce plutoniche e metamorfiche, che testimoniano l’evoluzione della crosta
terrestre ma non serbano testimonianze dei processi in atto sulla superficie del pianeta. La mobilità della
crosta terrestre rende piuttosto comune il fatto che, in una data regione, ambienti assai diversi tra loro si
siano avvicendati nel tempo. Nelle Prealpi Lombarde, nell’arco di 300 milioni d’anni, si è passati da
ambienti di pianura alluvionale (Carbonifero-Permiano) a fondali marini dapprima poco profondi (in
condizioni climatiche tropicali durante il Triassico), poi abissali (Giurassico-Cretaceo), fino al
generalizzato sollevamento della catena alpina (Cretaceo-Terziario) e al ripristino di una nuova pianura
alluvionale pedemontana (Quaternario).
I passaggi laterali tra unità geologiche, evidenti in carta, riflettono antichi confini tra ambienti (es. linee di
costa, pendii sottomarini, etc.); il corretto tracciamento del loro andamento può fornire utili informazioni ai
fini della ricerca degli idrocarburi e della gestione delle risorse idriche.
Ricostruzioni geologiche
La storia della crosta terrestre
Lo studio dei minerali presenti nelle rocce metamorfiche consente di ricostruire le
condizioni di pressione e temperatura cui è stata sottoposta la roccia che li contiene.
Lo studio dei diversi minerali presenti consente di ricostruire la storia della roccia,
rappresentabile mediante appositi diagrammi.
Eclogite. I minerali presenti in questa
roccia indicano che essa si è formata
ad elevate temperature (> 550°C) e
pressioni (oltre 9 Kb), cioè sotto i 30 km
di profondità
La ricostruzione della storia
della crosta terrestre
La ricostruzione della storia evolutiva della crosta terrestre si avvale dello studio dei minerali presenti
nelle rocce metamorfiche. I diversi minerali presenti nelle rocce metamorfiche si formano infatti solo se la
pressione (e quindi la profondità nella crosta) e la temperatura dell’ambiente in cui si trova la roccia
presentano specifici valori. Lo studio della associazione di minerali (detta “facies”) consente pertanto di
risalire alle condizioni di temperatura e pressione in cui si è trovata la roccia in un determinato momento
della sua storia. Per interpretare il significato delle diverse associazioni mineralogiche, sono stati costruiti
dei diagrammi che in maniera immediata, una volta ottenuti i dati relativi ai minerali presenti, consentono
di riconoscere diversi campi, ognuno caratterizzato da particolari condizioni fisiche.
I diversi campi sono spesso indicatori di determinati contesti tettonici: lo studio delle rocce metamorfiche
e dei minerali che le compongono consente quindi di ricostruire la successione di episodi che ha portato
prima allo sviluppo dei processi metamorfici e successivamente all’affioramento di rocce che si sono
trovate in passato ad elevate profondità nella crosta terrestre. Lo studio dei processi metamorfici è
fondamentale per la comprensione delle strutture delle catene montuose, dove spesso sono presenti
masse rocciose provenienti dalle parti più profonde della crosta terrestre.
FACIES
4
5
8
3
1
2
6
TEMPERATURA (°C)
7
PROFONDITA’ (km)
PRESSIONE (kb)
9
1 - Zeoliti
2 - PrehnitePumpellite
3 - Scisti Verdi
4 - Scisti Blu
5 - Anfiboliti
6 - Hornfels
7 - Sanidiniti
8 - Granuliti
9 - Eclogiti
Diagramma
(detto
“griglia
petrogenetica”) che mostra le
diverse facies metamorfiche in
funzione
di
pressione
e
temperatura
Ricerca di risorse nel sottosuolo
Idrocarburi
Le strutture geologiche nel sottosuolo
formano trappole per olio e gas
Gas
Petrolio
Petrolio
Ricerca di idrocarburi
La ricerca degli idrocarburi rappresenta una delle principali applicazioni della geologia: essa non può
prescindere dalla conoscenza della geologia di un’area e tali informazioni sono fornite dall’analisi
bibliografica, dalla conoscenza delle caratteristiche delle rocce, dalla cartografia geologica regionale e
da un insieme di indagini più specifiche che vengono pianificate prima della esecuzione dei pozzi
(analisi geofisiche, analisi geochimiche, sondaggi, etc.).
Le informazioni raccolte sono finalizzate alla ricerca di quelle strutture (definite “trappole”) che
consentono la concentrazione di petrolio e/o gas in particolari siti. Le strutture più favorevoli sono
rappresentate pieghe anticlinali che presentano al nucleo livelli porosi compresi tra livelli impermeabili o
da strutture a faglie che isolano blocchi in cui è possibile la concentrazione degli idrocarburi. Gli
idrocarburi manifestano una tendenza a risalire verso la superficie, essi migrano attraverso gli strati
porosi sino al culmine delle struttura, dove restano intrappolati a causa della presenza di strati
impermeabili.
La ricerca di idrocarburi si basa essenzialmente su quattro fattori:
1) presenza di rocce sedimentarie, ricche di sostanza organica, favorevoli alla produzione di idrocarburi
(rocce madri);
2) presenza di rocce porose favorevoli alla “raccolta” degli idrocarburi (rocce serbatoio);
3) esistenza di una storia geologica regionale che permetta la creazione e la conservazione delle
caratteristiche chimico-fisiche necessarie perché gli idrocarburi siano utilizzabili industrialmente;
4) presenza di trappole strutturali in cui possa avvenire la raccolta e la concentrazione degli idrocarburi.
La realizzazione di pozzi petroliferi è una impresa estremamente costosa e pertanto, per ridurre i rischi
di fallimento, le fasi preliminari della realizzazione dei pozzi rivestono un ruolo fondamentale, sia in
termini economici che di sforzi umani: i finanziamenti che le compagnie petrolifere investono nella
pianificazione degli interventi (indagini di terreno, analisi di laboratorio etc.) sono ingenti e le risorse
umane coinvolte sono notevoli, con la presenza di professionalità differenti che interagiscono con
continuità.
Ricerca di risorse nel sottosuolo
Mineralizzazioni
Il filone mineralizzato viene dislocato
dalle faglie
Mineralizzazioni
La distribuzione geografica di concentrazioni di minerali utili dal punto di vista industriale (giacimenti) non
è legata al caso ma è controllata da fattori geologici. I minerali utili sono spesso associati a corpi rocciosi
ben definiti che possono avere geometrie differenti. La ricostruzione di queste geometrie e dei possibili
disturbi legati all'attività di pieghe o faglie è fondamentale per poter comprendere dove sia possibile
ritrovare i corpi rocciosi da cui estrarre i minerali.
Per ottenere questo risultato lo strumento essenziale è fornito dalla carta geologica: le ricerche minerarie
sono sempre precedute e accompagnate dalla realizzazione di carte geologiche sia di superficie (per
definire i settori in cui è più opportuno intervenire) sia in profondità, tramite sondaggi o rilievi lungo le
gallerie.
Le carte geologiche redatte per scopi giacimentologici (la giacimentologia è quella branca della geologia
che studia i giacimenti minerari) sono spesso realizzate a scale molto dettagliate, in quanto può capitare
che le rocce contenenti i minerali da estrarre siano rappresentate da filoni o livelli piuttosto sottili, che
devono pertanto essere individuati con estrema precisione prima di investire denaro nelle opere di
realizzazione dei cantieri.
La ricerca mineraria ha rappresentato per un lungo periodo una delle risorse del nostro paese, ma
durante gli ultimi anni le attività estrattive sono andate affievolendosi sia a causa dell'esaurimento dei
giacimenti più ricchi, sia per la possibilità di ottenere materie prime o prodotti economicamente più
convenienti da paesi esteri.
Le zone più ricche dal punto di vista minerario in Italia sono la Sardegna sud-occidentale, la Sicilia
(soprattutto per lo zolfo), la Toscana (Grossetano e Isola d'Elba) e da diversi settori dell'arco alpino. In
Lombardia l'attività mineraria era concentrata soprattutto nelle prealpi bergamasche, dove sono rimaste
attive per diversi anni miniere di piombo e zinco e di uranio e bario.
Costruzione di opere di ingegneria civile
Tunnel del San Gottardo
Profilo geologico galleria
Carta geologica
Opere di ingegneria civile
Prima di iniziare la realizzazione di un’opera di ingegneria civile (sia essa una galleria, una diga,
un ponte o altro) è indispensabile acquisire informazioni sulle caratteristiche geologiche dell’area
in cui l’opera viene realizzata, al fine di prevedere eventuali problemi specifici che potrebbero, a
breve o a lungo termine, avere conseguenze negative sulla stabilità o sulla durata dell’opera e
sulla incolumità pubblica. Una mancanza di studi adeguati può portare a conseguenze disastrose:
basti pensare alle centinaia di morti causati dalla tracimazione della diga Vajont causata dalla
frana del Monte Toc. Una più attenta analisi del territorio avrebbe evidenziato il problema,
permettendo di trovare soluzioni alternative e risparmiando la vita di molte persone.
Anche per la realizzazione di opere di ingegneria civile la conoscenza di base del territorio è
fornita dalla carta geologica, che in genere rappresenta la prima fase di studio. In base ai risultati
ottenuti, sarà poi possibile pianificare la raccolta di altri dati tramite la realizzazione di carte
tematiche o l’esecuzione di indagini mirate in quei settori che, sulla base delle informazioni
geologiche, si presentano critici per l’opera da realizzare.
Nel caso delle gallerie la prima analisi derivata dallo studio della carta geologica è
l’interpretazione di un profilo geologico lungo l’asse, che ha lo scopo di prevedere le possibili
difficoltà che si potranno incontrare lungo il tracciato, in modo da dimensionare gli interventi di
conseguenza. Un profilo geologico accurato può consentire di scegliere già in fase progettuale
strumenti di scavo differenti in funzione dei diversi corpi rocciosi da attraversare, ottimizzando
tempi e spese per l’opera.
Nelle caso di opere di ingegneria civile, il denaro ed il tempo spesi nella fase iniziale di raccolta
dati e realizzazione della cartografia geologica sono in genere significativi, ma la possibilità di
prevedere le difficoltà geologiche legate all’opera facilita il calcolo dei tempi e dei costi di
realizzazione dell’opera.
Gestione di cave e discariche
Discarica
Cava di quarzo
Cave
Secondo la normativa italiana, le cave sono da intendere come siti estrattivi di materiali inerti ad uso
edilizio e industriale; sono generalmente a cielo aperto e si distinguono dalle miniere esclusivamente
per la natura dei materiali estratti.
Possiamo distinguere in prima battuta cave in roccia e cave in terreni; nelle prime, di solito intagliate nei
versanti delle montagne, si estraggono materiali lapidei da costruzione, da rivestimento e da sottofondo,
rocce abrasive e refrattarie, ma soprattutto rocce calcaree e dolomitiche necessarie per la produzione di
calce e cemento.
Nelle cave in terreni, intagliate nei depositi alluvionali di pianura ma talora anche in collina, si
estraggono sabbia e ghiaia, che in genere trovano impiego come inerti da calcestruzzo e terreni di
sottofondo, ma anche limi e argille, che si usano per la cottura dei laterizi e per la realizzazione di
sottofondi e diaframmi impermeabili.
La carta geologica rappresenta uno strumento fondamentale per una corretta gestione di entrambi i tipi
di cava. Consente infatti di stimare l’andamento in superficie, in profondità ed il volume della roccia o
del terreno che si intende cavare; permette di prevedere, nel caso di cave in roccia, la distribuzione di
aree fratturate in cui i materiali possono presentare caratteristiche non ottimali; fornisce utili indicazioni
per il piano di coltivazione, anche alla luce di possibili interferenze con la stabilità dei corpi geologici
adiacenti ed in vista del piano di recupero dell’area di cava una volta cessata l’attività.
Discariche
Secondo la normativa vigente (“Decreto Ronchi”), con il nome di discarica si intendono siti di
conferimento e di accumulo, a carattere temporaneo o definitivo, di rifiuti di varia natura.
La tradizionale distinzione in rifiuti urbani, speciali e tossico-nocivi (D.P.R. 915/82) è stata semplificata e
ridotta ad una distinzione tra rifiuti urbani e speciali; ciascuna di queste due categorie si suddivide
ulteriormente in due, a seconda che i rifiuti siano pericolosi o non pericolosi. Tutti i tipi di rifiuto, oltre a
porre problemi geotecnici di stabilità delle scarpate nel caso di accumuli sviluppati al di sopra del piano
campagna, possono interferire con il sottosuolo e in particolare con la circolazione delle acque
sotterranee. Le acque meteoriche tendono a saturare la massa di rifiuti, solubilizzando da questa
sostanze nocive e trasportandole mediante percolazione fino ai corpi idrici sotterranei. Quest’ultimo
aspetto è particolarmente grave data la fondamentale importanza che le sorgenti e le falde acquifere
rivestono per la collettività.
Anche in questi casi, la carta geologica è uno strumento fondamentale per la prevenzione o la bonifica.
Infatti la conoscenza della stratigrafia del sottosuolo e delle strutture sepolte guida la ricostruzione della
circolazione sotterranea e fornisce utili indicazioni per ubicare al meglio i siti di discarica e dimensionare
gli interventi atti a salvaguardare le acque sotterranee.
Produzione di carte derivate
Carte tematiche
Carta litologica
Carta geomorfologica
Carta della propensione al dissesto
Le carte tematiche
A ben vedere, la carta geologica stessa è una carta tematica in cui rocce, terreni, forme e strutture
che caratterizzano il territorio sono rappresentate attraverso il filtro concettuale esercitato da
presupposti teorici condivisi dalla comunità scientifica. Tuttavia, quando si parla di carte tematiche, si
intende di solito indicare una serie di carte che derivano dalla carta geologica (“carte derivate”), o che
utilizzano informazioni contenute nella carta geologica integrandole con i risultati di indagini
specifiche.
I tematismi geologici più comuni sono:
-Carta litotecnica. Le rocce e i terreni vengono rappresentati non seguendo i criteri della
litostratigrafia, ma in funzione delle loro caratteristiche fisiche e meccaniche. In genere si
ottiene per accorpamento delle unità rappresentate nella carta geologica, e rispetto a
questa presenta minore dettaglio: infatti, unità litostratigrafiche distinte per sottili differenze
di facies possono presentare caratteristiche meccaniche del tutto confrontabili. Richiede in
genere l’esecuzione di prove specifiche in sito e in laboratorio per meglio caratterizzare
dal punto di vista fisico i materiali in gioco.
-Carta geomorfologica. Gli elementi geologici che forniscono indicazioni sull’evoluzione
delle forme del territorio (“dinamica geomorfologica”) vengono enfatizzati su questa carta
tematica, che assegna grande risalto agli alvei fluvio-torrentizi in erosione o in
sovralluvionamento, alle scarpate attive da riferire a processi erosivi in atto, alle frane, ai
conoidi alluvionali, a quelle forme di rilascio (selle, contropendenze, trincee) che possono
indicare deformazioni gravitative dei versanti, etc. Tutte queste informazioni trovano di
solito spazio anche sulla carta geologica, che viene in questo caso “alleggerita” di altri
temi grafici non pertinenti.
Le esigenze della pianificazione portano alla realizzazione di carte tematiche sempre più specifiche,
ad es. carte del rischio in aree dissestate, carte dell’accelerazione superficiale in aree sismiche, carte
delle penalità a fini edificatori, etc.
Produzione di carte derivate
Carte idrogeologiche
Carta degli spessori dei corpi poroso-permeabili
Carta idrogeologica
Un tipo molto importante di carta tematica, che in genere richiede sostanziali approfondimenti
d’indagine rispetto alla carta geologica, è la carta idrogeologica. In questa carta si evidenziano le
caratteristiche del suolo in funzione della circolazione idrica sotterranea: si tratta,
comprensibilmente, di uno strumento fondamentale per ricostruire l’andamento delle falde
acquifere, per individuare le loro aree di alimentazione, per circoscrivere zone di maggiore o
minore vulnerabilità delle falde rispetto all’inquinamento e in generale per gestire correttamente le
risorse idriche sotterranee.
La carta geologica fornisce indicazioni utili alla costruzione della carta idrogeologica in quanto
permette di delimitare arealmente corpi rocciosi e coltri di terreno con diverse caratteristiche di
permeabilità. Rocce e terreni ad elevata permeabilità tendono a convogliare per percolazione le
acque meteoriche verso serbatoi sotterranei (“ricarica”), mentre rocce e terreni a bassa
permeabilità le indirizzano verso il sistema di deflusso superficiale (ruscellamento diffuso e
incanalato, torrenti e fiumi).
I dati che non risultano dalla carta geologica, e sono invece necessari per la costruzione dalla
carta idrogeologica, sono i dati di soggiacenza (profondità dal piano campagna) delle acque
sotterranee: questi dati si ottengono interpolando le quote della falda acquifera misurate nei pozzi
esistenti o in sondaggi attrezzati con appositi strumenti (piezometri) che sono in grado di
registrare le oscillazioni della superficie piezometrica nel tempo.
Pianificazione territoriale
I colori in carta rappresentano porzioni di territorio che necessitano
di diversi gradi di approfondimento o di intervento (opere di
mitigazione del rischio) in base alle caratteristiche geologiche
(“classi di fattibilità geologica delle previsioni urbanistiche”)
Pianificazione territoriale
La pianificazione territoriale passa attraverso l’approvazione, da parte degli enti pubblici territorialmente
competenti, di specifici atti amministrativi che suddividono in dettaglio il territorio individuandone le
destinazioni d’uso previste nel futuro.
La pianificazione si attua in ambito comunale (piani regolatori), di comunità montana, provinciale (piani
territoriali di coordinamento provinciale), regionale (piani paesistici).
La carta geologica può fornire utili indicazioni ai fini della pianificazione a tutti questi livelli. In territorio
montano, infatti, guida la delimitazione di aree soggette a frane, sprofondamenti, erosione o
sovralluvionamento; in pianura consente di individuare aree esondabili o aree nelle quali la falda
acquifera si presenta particolarmente vulnerabile all’inquinamento. Nelle aree così delimitate è
consigliabile non prevedere nuovi interventi edificatori, oppure – nel caso in cui il grado di pericolosità
stimato non sia proibitivo – prevederne attenendosi a specifiche modalità di costruzione e ricorrendo ad
interventi di difesa o di mitigazione della pericolosità ambientale.
Una recente legge regionale della Lombardia (L.R. 41/97) impone a tutti i Comuni l’esecuzione di studi
geologici, estesi a tutto il loro territorio, proprio per valutare la compatibilità delle loro previsioni
urbanistiche con i fattori di pericolosità ambientale presenti sul territorio.