24. Le risorse minerarie
Ci siamo finora occupati della Terra soprattutto dal punto di vista astronomico, geologico e geomorfologico; tuttavia, essa è anche un’importante fonte di risorse naturali utili all’uomo, sia per la sua sopravvivenza, sia per le sue molteplici attività. In questo capitolo descriveremo le risorse minerarie, cioè l’insieme delle sostanze minerali che vengono estratte dai rispettivi giacimenti, estensioni di crosta terrestre in cui uno o più minerali si trovano concentrati in quantità tale da rendere economicamente conveniente l’estrazione. In base al tipo di origine, si possono distinguere giacimenti magmatici, sedimentari e metamorfici. Quelle minerarie sono risorse non rinnovabili e le loro riserve sulla Terra non sono illimitate, per cui si pone oggi la necessità di un loro uso più razionale, in particolare praticandone il riciclo.
I giacimenti minerari
Si definisce giacimento un’estensione di crosta terrestre in cui uno o più minerali si trovano concentrati nelle rocce con abbondanza particolare. Si parla di giacimento minerario se tali minerali hanno applicazioni industriali e quindi un valore commerciale e se, inoltre, si verificano condizioni adatte al loro sfruttamento economico. Non tutti i minerali che costituiscono la crosta terrestre sono sfruttati dall’uomo, o perché sono estremamente rari, o perché il loro contenuto in elementi utili (in particolare metallici) è molto basso, tanto da rendere lo sfruttamento non conveniente sul piano economico. Per valutare l’opportunità di sfruttare un giacimento, si tiene conto innanzitutto del tenore del minerale presente, cioè della sua concentrazione nelle rocce: sono oggi disponibili tecnologie che rendono possibile lo sfruttamento di giacimenti con tenore del minerale utile molto basso (anche inferiore all’1%). Si prendono poi in considerazione anche altri fattori, quali la facilità di estrazione, le dimensioni del giacimento e la sua localizzazione, le richieste di mercato ecc. Le miniere sono l’insieme delle strutture destinate all’estrazione e alla separazione dei minerali da un giacimento nel sottosuolo o in superficie.
Genesi e classificazione dei giacimenti
In base alla loro origine, i giacimenti vengono classificati in: magmatici, sedimentari e metamorfici. Inoltre, i giacimenti minerari possono essere distinti in:
- primari: se i minerali si ritrovano nel luogo in cui si sono formati (genesi di origine magmatica), ulteriormente suddivisi in singenetici (quando l’origine del giacimento è contemporanea alla formazione della roccia) o epigenetici (quando il giacimento si è formato secondariamente)
- secondari: se i minerali sono stati rimaneggiati, cioè deposti in un luogo e trasportati e accumulati in un altro (genesi di origine sedimentaria e metamorfica).
Giacimenti magmatici
Derivano dal raffreddamento di masse fuse di origine magmatica. In base al tipo di giacitura geologica, si possono formare ammassi, o lenti, per il riempimento di cavità presenti nelle rocce da parte del magma, oppure filoni, per il riempimento di fratture. In base all’appartenenza a uno dei successivi stati di consolidazione e di differenziazione di un magma, si possono inoltre distinguere giacimenti:
- ortomagmatici: che si formano a elevate temperature, maggiori di 750 °C
- pegmatitici: legati a residui liquido-magmatici, ricchi di gas, con temperature comprese tra 750 e 550 °C
- pneumatolitici: derivati da gas e vapori di origine magmatica, con temperature di circa 550-400 °C
- idrotermali: derivati dalla precipitazione di minerali disciolti in soluzioni acquose circolanti in un magma, con temperature inferiori a 400 °C.
Giacimenti sedimentari
Si formano in prevalenza in superficie, ma possono generarsi anche in profondità per rideposizione di sostanze trasportate dalle acque superficiali percolanti nel sottosuolo. A seconda delle modalità di formazione, possiamo classificare i giacimenti sedimentari in tre categorie principali: detritici, chimici e organogeni. Nei giacimenti detritici la concentrazione di minerali utili è dovuta all’azione di trasporto e di deposito dell’acqua di ruscellamento superficiale, dei fiumi, delle acque marine o del vento. I luoghi in cui si formano i giacimenti corrispondono ai punti dove l’energia dell’agente di trasporto diminuisce: tanto più brusca e improvvisa è la caduta di energia, tanto più concentrato è il deposito che si genera. I giacimenti detritici più comuni e importanti sono quelli di natura alluvionale: i minerali adatti a concentrarvi si sono quelli pesanti, insolubili in acqua (al contrario, se fossero leggeri si depositerebbero con difficoltà e resterebbero mescolati ad altri minerali non pregiati di densità simile). I giacimenti chimici sono conseguenti al deposito di sostanze trasportate in soluzione, la cui concentrazione è dovuta, in genere, all’evaporazione dell’acqua. L’evaporazione può interessare bracci di mare che restano isolati dal resto degli oceani, laghi che si prosciugano per cambiamenti climatici ecc. Questi depositi sovente sono stratificati e variano di composizione dal basso verso l’alto (i primi a precipitare sono i sali meno solubili), raggiungendo talvolta grandi spessori. Si sono formati in questo modo i giacimenti di gesso (solfato di calcio biidrato) e di salgemma (cloruro di sodio). I giacimenti organogeni sono dovuti ad accumuli di sostanza organica, che successivamente subisce un processo di trasformazione (diagenesi): tra essi ricordiamo il carbone, il petrolio e il guano. Il carbone è una sostanza combustibile solida, composta in prevalenza da carbonio, che brucia con reazione fortemente esotermica. È derivata dalla lenta e più o meno prolungata trasformazione di residui vegetali rimasti coperti da materiale sedimentario; a seconda del crescente grado di trasformazione, i carboni si distinguono, nell’ordine, in torba, lignite, litantrace e antracite. Il petrolio è una complessa miscela di idrocarburi solidi, liquidi e gassosi e, in minor quantità, di composti ossigenati, solforati e azotati, che si presenta a temperatura ambiente come un liquido più o meno denso, oleoso, infiammabile, di colore variabile dal giallastro al nero. Si forma per decomposizione di sostanze organiche in rocce sedimentarie e, per effetto delle forti compressioni operate dal carico di sedimenti sovrastanti, si trasferisce in formazioni rocciose porose e permeabili. Il guano è una sostanza che si forma dalla decomposizione incompleta di escrementi di uccelli marini. È ricco di sali di fosforo, potassio e azoto e viene impiegato come fertilizzante; si forma in zone a clima caldo e asciutto, dando origine a depositi il cui spessore può superare i 20 m (quelli più antichi possono trasformarsi in vere e proprie rocce fosfatiche). Tra i giacimenti sedimentari si possono ricordare ancora i giacimenti biochimici, dovuti a processi in parte biologici e in parte chimici, e i giacimenti per concentrazione residuale, alla cui origine si ritrovano intensi processi di alterazione della roccia esposta agli agenti atmosferici. Per esempio, la bauxite, il minerale dal quale si estrae alluminio, è il prodotto tipico dell’alterazione delle rocce silicatiche in condizioni di clima tropicale o subtropicale (caratterizzato da una lunga stagione umida alternata a una secca). Con il passare del tempo i minerali più solubili vengono dilavati, mentre quelli di alluminio si concentrano progressivamente.
Mappa dei principali giacimenti di carbone nel mondo
Giacimenti metamorfici
Derivano dall’azione termica, dinamica o chimica del metamorfismo geologico, per esempio in occasione dei processi di formazione delle grandi catene montuose o a causa delle trasformazioni indotte da una massa magmatica. Esempi di giacimenti metamorfici sono quelli di talco e di grafite.
Le miniere
La preparazione di una miniera è preceduta da una fase di prospezione, cioè un’esplorazione indiretta del sottosuolo eseguita con diversi metodi (sismici, gravimetrici, elettrici o magnetici), che permette di localizzare i giacimenti eseguendo delle misurazioni sulla superficie del suolo e anche nel sottosuolo, lungo pozzi e gallerie. Segue, quindi, una fase di ricerca, per determinare le caratteristiche e le dimensioni del giacimento, la natura e le proprietà dei minerali contenuti. Si sceglie quindi il metodo di coltivazione, cioè di sfruttamento e di estrazione, più adatto, a seconda che si tratti di giacimenti costituiti da filoni, strati o ammassi. Si sistemano poi le vie di accesso: il pozzo principale di estrazione, le varie gallerie di carriaggio per il trasporto dei minerali al pozzo principale, le gallerie di direzione che seguono il giacimento, le gallerie di servizio e quelle di ventilazione. Contemporaneamente si organizzano i vari cantieri di coltivazione nel sottosuolo, i sistemi di ventilazione, le installazioni per l’energia elettrica e per la distribuzione dell’aria compressa, necessarie per far funzionare le attrezzature per l’abbattimento dei minerali. Per il trasporto dei minerali nel sottosuolo sono usati vagoncini che scorrono su binari, veicoli gommati o su nastri trasportatori. Per la discesa e la salita dei materiali vengono impiegati dei montacarichi collegati alla zona di arrivo dei vagoncini o ai nastri trasportatori e, in superficie, a treni, nastri trasportatori o autocarri. Il sistema di ventilazione della miniera può essere a tiraggio naturale, tramite un camino verticale, se la miniera è poco profonda, oppure a tiraggio forzato, mediante ventilatori che fanno fluire l’aria fresca dal pozzo principale ai vari cantieri, dove – oltre ad asportare i fumi degli esplosivi impiegati per l’abbattimento delle rocce, i gas prodotti dalla combustione dei motori e il pulviscolo formatosi nelle lavorazioni – impedisce il formarsi di concentrazioni pericolose di gas esplosivi (grisou). Per il prosciugamento delle acque, che continuamente penetrano in miniera, si ricorre al loro sollevamento meccanico con pompe adeguate, installate al livello più profondo. In superficie vengono di solito installati gli impianti per la compressione dell’aria, i generatori di corrente per alimentare i vari dispositivi elettrici, le apparecchiature per la preparazione meccanica dei minerali (impianti di flottazione, laverie gravimetriche, forni di calcinazione ecc.), l’officina meccanica di manutenzione e i servizi di trasporto dei minerali.
Il petrolio
Il petrolio è una complessa miscela di idrocarburi naturali solidi, liquidi e gassosi, contenente anche piccole quantità di composti organici ossigenati, solforati e azotati. Il petrolio è il combustibile di origine fossile attualmente più sfruttato dall’uomo, non solo per ricavarne carburanti per autotrazione e combustibili, ma anche per estrarne derivati utilizzati come prodotti di partenza per la fabbricazione di materie plastiche. Il petrolio si è formato in seguito a trasformazioni subite da materiali biologici, per esempio, plancton e animali marini, che si sono depositati insieme a sedimenti minerali. L’ambiente di accumulo ideale è dato da bacini tranquilli: lagune, paludi litoranee, bacini salmastri costieri, in cui l’assenza di eccessivi movimenti e di norma il maggior calore dell’acqua favoriscono lo sviluppo di protozoi, molluschi e altri organismi. Alla loro morte, questi si depositano sul fondale, dove vengono sepolti da veli di argilla impermeabile. Si formano così ambienti isolati dall’esterno, in cui la decomposizione è incompleta. Questo fango, chiamato sapropel, diventa il costituente fondamentale della roccia-madre. Il peso dei sedimenti e le reazioni chimiche che cominciano a instaurarsi all’interno della roccia-madre trasformano il sapropel in una miscela di idrocarburi gassosi e liquidi. Dopo la formazione, il petrolio generalmente migra dalla roccia-madre alle rocce-serbatoio, dove può venire bloccato da una copertura di rocce impermeabili che ne ostacola l’ulteriore migrazione. Il petrolio può giungere spontaneamente in superficie, ma di solito viene estratto dal sottosuolo tramite trivellazioni che si sono spinte fin oltre gli 11.000 m di profondità.
Mappa dei giacimenti petroliferi nel mondo
L’esaurimento delle risorse minerarie
Le risorse minerarie sono non rinnovabili, cioè non possono essere ricostituite via via che vengono consumate o, meglio, non possono essere ricostituite con la stessa velocità con cui vengono consumate. Infatti, per la loro rigenerazione sono richiesti periodi lunghissimi: basti pensare, per esempio, ai tempi richiesti per la formazione dei giacimenti di carbone e di petrolio che stiamo sfruttando attualmente. Le riserve di tali risorse, cioè le quantità presenti in giacimenti sfruttabili con le tecnologie di cui oggi disponiamo, non sono illimitate e, supponendo che i consumi proseguano ai livelli attuali, esse potrebbero esaurirsi in tempi relativamente brevi. Pur tenendo conto che le riserve totali stimate sono superiori a quelle attualmente sfruttabili con le tecnologie disponibili, si impone in ogni caso come obiettivo prioritario un uso più razionale delle risorse minerali, sia attraverso la riduzione dei consumi, sia attraverso il recupero e il riciclo dei materiali metallici usati.
| Miniere | I | II |
|---|---|---|
| alluminio | 256 | 805 |
| rame | 41 | 277 |
| cobalto | 109 | 429 |
| molibdeno | 67 | 256 |
| nichel | 66 | 163 |
| gruppo del platino | 225 | 413 |
| carbone | 206 | 3226 |
| petrolio | 35 | 83 |