Dottoraando Tutore

Dott. Cinti DDaniele Prof. VVaselli Orlanndo Dott. Tassi Fran co

CCoordinattore

Proof. Rook Loorenzo

AAnni 2011/22013

INDICE

CAPITOLO1INTRODUZIONE4CAPITOLO2INQUADRAMENTOGEOLOGICO‐STRUTTURALEEDIDROGEOLOGICO6

CAPITOLO1INTRODUZIONE

IlDistrettoVulcanicoVicano‐Cimino(DVVC)èpartedelsettoreperi‐Tirrenicodell’Italiacentrale,un’areatermicamenteanomalachesiestendedallaToscanameridionalefinoalleareevulcanichedellaCampania(CampiFlegreieVesuvio),caratterizzatadallapresenzadiacquiferipressurizzaticontenentifluidicaldieun’abbondantefasegassosadominatadallaCO2(Barberietal.,1994eriferimentiinterni).L’emergenzainsuperficiedisorgentitermalieacqueminerali,nonchélapresenzadivasteareedidegassamentodiffuso,sonolegateafrattureefagliechedislocanol’interosettoreperi‐Tirrenicoinrispostaadunacomplessaattivitàtettonicaditipodistensivo(Minissale,2004eriferimentiinterni).

LapresenzadimanifestazionitermaliedacquemineralinelDVVCèstataampiamentedocumentatafindall’epocaetrusca,maèinepocaromanachesiebbeilmaggiornumerodiinterventiarchitettonici(strutturetermali,ville,stradedicollegamentoconlacittàdiRoma),dicuiancoraoggisiritrovanoabbondantirestienumerosetestimonianzediletteratiromani.Inepocamedievale,ancheDanteAlighiericitòilBullicame,toponimocheidentificalasorgenteprincipaledelbacinotermo‐mineraleviterbese,nellasuaoperaDivinaCommedia(InfernoXIV,76‐84):

«Tacendodivenimmola'vespicciafuordellaselvaunpicciolfiumicello,locuirossoreancormiraccapriccia.QualedelBullicameesceruscellochepartonpoitralorlepeccatrici,talperlarenagiùsengivaquello.Lofondosuoedambolependicifatt'era'npietra,emarginidallato»

Inepocarinascimentale,diversifuronoiponteficichefecerodelletermeviterbesiunalorometaprivilegiata(dacuiilnomediTermedeiPapi).VainfinecitatoMichelangeloBuonarroticheduranteunavisitaall’anticostabilimentotermaleromanodel“Bacucco”nefeceduedisegniapennachesonooggiespostipressoilmuseodiVicardeLilleinFrancia.Attualmenteilbacinotermaleviterbese,checostituisceunarisorsadirilevanteinteresseeconomicoesociale,èsededistabilimentitermaliediareetermalilibere(Chiocchinietal.,2001).Sempreall’internodelDVVCèpresente,nelterritoriodiNepi,unaltroimportantestabilimento,notofindall’EpocaRomanaconilnomediTermedeiGracchi,utilizzatoperl’imbottigliamentodiacqueminerali.

Sullasciadeirisultatiottenutidall’attivitàdiestrazionedifluidiidrotermaliperlaproduzionedienergiasvoltasinell’areageotermicadiLarderello,numerosisettoridellaToscanameridionaleedelLaziosettentrionalesonostatioggettodiapprofonditistudifinalizzatiaverificarel’esistenzadifluidi(qualifumaroleosorgentitermali)suscettibilidiunautilizzazioneperlaproduzionedienergiaelettricaechepotessero,quindi,rappresentareunavalidarisorsaalternativaaicombustibilifossili(CataldiandRendina,1973;Calamaietal.,1976;Cataldietal.,1978;Bertramietal.,1984;Calamaietal.,1985;Carellaetal.,1985;CavarrettaandTecce,1987;Cataldietal.,1995;Barellietal.,2000).AncheilDVVC,sindaiprimianni’50,èstatooggettoditaliindagini(Conforto,1952;1954a,b;Borghettietal.,1983),lequalihannoportatoallarealizzazionediperforazioniprofonde(finoa3000m)ealriconoscimentoditemperaturemoltopromettenti(>200°C).Tuttavia,nonostantelenotevolipotenzialitàevidenziatedaquestistudipreliminari,agliinizideglianni‘90l’esplorazionegeotermicadelDVVCvenneabbandonatasenzaunavalutazionedeipossibiliimpieghidirettidellarisorsa(riscaldamento‐raffreddamentodiambientitramitepompedicalore,usoneiprocessiindustriali,agricoliediallevamento,ecc.).

GlistudigeochimicieseguitisulleprincipalimanifestazionitermaliegassosedelDVVCsonostatiperlopiùprodottidurantelefasidell’esplorazionegeotermicadell’areaoppureinseritiincontestidicarattereregionale(Baldietal.,1973;Arnone,1979;Duchietal.,1985;Chiodinietal.,1995,1999;Minissaleetal.,1997a;Minissale,2004).Ricerchepiùrecentihannoinvecefocalizzatol’attenzionesullaricostruzionedell’assettoidrogeologicodelDVVC(Baiocchietal.,2006;Chiocchinietal.,2010)edelbacinotermaleviterbese(Piscopoetal.,2006;Baiocchietal.,2012)oppuresutematichedigeochimicaambientale(Vivonaetal.,2007;Angeloneeta.,2009;Preziosietal.,2010).

Inquestaricercavienepresentatoundettagliatosetdidatichimico‐fisiciedisotopicioriginalirelativoa333acque(fredde,termaliedassociateagas)e25emissionigassosecampionatenelDVVC.Gliobiettividellaricercapossonoessereriassuntineiseguentipunti:1)stabilirel’originedeifluidi,definendoiprincipaliprocessidiinterazioneacqua‐gas‐rocciaedindividuandoifenomenidimixinginrelazioneallecaratteristichechimico‐fisichedeifluidi,correlandoliconl’assettogeologico‐strutturaledelsubstrato,2)definirelecaratteristichechimico‐fisichedell’acquiferoprofondoentrocuiifluidiinessocontenutitraggonoorigineedesaminareglieffettideiprocessisecondarisulchimismoditalifluididurantelalororisalitaversolasuperficie,3)proporreunavalutazioneaggiornata,inbasealletemperaturedell’acquiferoprofondoealletecnicheattualmentedisponibili,sull’utilizzopiùidoneodelpotenzialegeotermicodell’areadistudio.Idatigeochimici,integratialleinformazionidisponibiliconcernentil’assettostratigrafico‐strutturale‐idrogeologico,sonovoltiadottenereundettagliatomodelloconcettualedellacircolazionedeifluidi.

CAPITOLO2INQUADRAMENTOGEOLOGICO‐STRUTTURALEEDIDROGEOLOGICO

2.1 EVOLUZIONEGEODINAMICADELMARGINETIRRENICOIlDVVCèubicatolungoilmargineperi‐tirrenicodell’Italiacentrale,unsettoreinteressato,apartiredalNeogene,daunaintensaattivitàtettonicaditipodistensivochesièimpostatasulleantecedentistrutturediraccorciamentorelativeallacatenaappenninica(Lavecchia,1988;Fig.2.1)echehaportatoallosviluppodisistemidifaglieadorientazioneNO‐SEeNE‐SO(Barberietal.,1994).L’instaurarsiditaleattivitàtettonicahacomportatounnotevoleassottigliamentocrostale(<25km;e.g.Scroccaetal.,2003)elaconseguenterisalitadellaMoho,unanomaloflussodicalore(localmente>200mW/m2;Cataldietal.,1995)el’innescodell’estesoedintensovulcanismo,tipicodituttalafasciaperi‐tirrenica.L’evoluzionegeodinamicadell’ItaliacentralehaavutoinizionelTriasMedioconladeposizionedisuccessionievaporiticheecalcareechehannoportatoallaformazionedellapiattaformacarbonaticaliassica(Praturlon,1993).Lasuccessivafasedirifting,chehadisarticolatolapiattaformanellegrandiunitàpaleogeografico‐strutturalidellaPiattaformaLaziale‐AbruzzeseedelBacinoUmbro‐Marchigiano,sièinterrottanelCretaceoSuperioreconl’iniziodiunregimeditipocompressivo.Leprincipalideformazionichehannointeressatol’AppenninocentralehannoprodottoraccorciamentiesovrascorrimenticonvergenzaprevalentementeorientataindirezioneNE.DalMioceneSuperiore,ilmargineoccidentaledellacatenaappenninicaappenaformatasièstatointeressatodaunatettonicaditipodistensivoallaqualeèseguital’aperturadelMarTirreno.Attualmenteduesonoimodelligeodinamicipiùaccreditatiperspiegarel’evoluzionedellacatenaappenninicaeilconseguentesviluppodelbacinotirrenico:nelprimomodellolaconvergenzatralaplaccaafricanaequellaeuro‐asiaticaèritenutaresponsabiledellasubduzionedellalitosferaPadano–Adriatica–Ionicaedellagenesidelbacinotirrenicoperestrusionelateraledelbloccoappenninico(Boccalettietal.,1984,1990;Mantovanietal.,1985);nelsecondomodello(slabretreatmodel;Fig.2.2)lasubduzioneelasuccessivaregressioneversoEdelsistemacatena‐avanfossahannofavoritolosviluppodiprocessidirisalita(upwelling)dimaterialeastenosfericoelarelativadistensionedelsettoretirrenico(Selli,1985;Lavecchia,1988;Locardi,1988;LocardieNicolich,1988;Lavecchiaetal.,1995;LavecchiaeStoppa,1996;Faccennaetal.,2001).ContemporaneamenteallagradualeaperturadelTirrenohannoavutoluogoimovimenticompressivi

nellezoneinternedellacatenasecondounmeccanismodithrusting.Quest’ultimoèstatoaccompagnatodacomplesserotazionidelfrontedellacatena,lacuiparteattivaèmigrataprogresssivamenteveersoE,mentrelepartiinattivedellaccatenasonostateframmmentatedaunatettonicaadistensivvaconfaglieenormaliadorientazioneNO‐SEesistemitrasveersalicoevioorientatiNE‐SO(Locardiietal.,19976;MarianiePrato,1988;Faccennaetal.,1994;Matteietal..,1996).

FIGGURA2.1:Schemastrutturaledell’Italiapeninnsulareedelbaacinotirrenico:1)frontedellacatenaappennninica,2)sovrasccorrimentiprinccipali,3)faglieestensionali,4))faglietrascorrrenti,5)assidellepieghe,6)diistrettivulcanicciitaliani,7)isobatedeellabasedelPlioocene(km),8)pprofonditàdelMMarTirreno(mm)(daTurcoeZuuppetta,1997)..

Questattettonicahacontribuitoalladisarticcolazionedelbasamentoocostituitoddalleunitàccarbonaticheecretaceoo–miocenichedeldominiopaleogeoggraficoumbrro–sabinoneelsettorepiùùorientale(Funicielloettal.,19766),daquelletriassico‐creetacichedellaaserieToscaananelsettoorepiùocciddentale(Bocccalettietal.,,

77 1984,Barchietal.,1998)edallasuccessionealloctonadeiflyschtolfetani(Fazzinietal.,1972),dandoorigineadunaalternanzadialtiebassistrutturali(horstegraben),questiultimiospitantibacinisubsidenti.LastrutturazioneeilriempimentodeibacinihannoavutoiniziosindalMioceneSuperioreconlaformazionedifagliebordierenonrotazionali,adirezioneprevalenteNO‐SEeconrigettididiversecentinaiadimetriemassimaestensioneindirezionecircaNE‐SO,lequaliinalcunicasisembrerebberoriattivarelepreesistentidiscontinuità(pianidithrust)legateallastrutturazionedellaCatenaAppenninica(Faccenna,1994).

FIGURA2.2:Ricostruzioneschematicadello“slabretreatmodel”(daFaccennaetal.,2001).

IpiùvecchidepositidiriempimentodeibacinisonoattribuibilialMessinianoesonolocalizzatiprevalentementelungolafasciacostieradelmarginetosco‐laziale.Essisonocostituitiprincipalmentedaconglomeraticontinentaliesecondariamentedasequenzeditipolago‐mareedevaporitichecongessi,aventispessoricomplessivivariabilitra50e300m(BacinidiTarquiniaeRadicofani;Barberietal.,1994).

NonsonostatiriconosciutidepositimessianianiaSdeiMontiCeriti,mentreidepositipliocenicivengonodistintiintresequenzesedimentarie,procedendodaNOversoSE:ilBacinodelChianti‐Tevere,ilBacinoSiena‐RadicofaniequellodellaPianuraPontina(Locardietal.1976;FunicelloeParotto,1978;MartinieSagri,1993;Barberietal.,1994).Glispessoriditaliunitàsedimentarievarianoda500‐800m(BacinodelChianti‐Tevere)aoltre1000m(BacinodiSiena‐Radicofani).LesequenzesedimentariesopradescritterisultanointerrottedasistemidifaglietrasversaliNE‐SOchemostranounacinematicaspessocomplessa,datadallasovrapposizionedicomponentinormaliacomponentiditipoobliquootrascorrente.QuestestrutturevengonointerpretatecomesistemidifaglieditrasferimentogeneratidallostessocampodistresschehaoriginatoiriftprincipaliNO‐SE(Liotta,1991;Faccennaetal.,1994).Losviluppocontemporaneodeisistemiprincipalietrasversalièstatoriconosciutoinnumeroselocalitàdelmarginetirrenico(MarianiePrato,1988;DeRitaeGiordano,1996;Orsietal.,1996).

ApartiredalPlioceneInferiorevieneadistaurarsiunafasediintensaattivitàvulcanicachesidistribuiscediffusamenteeprevalentementelungotuttoilmargineperi‐tirrenico(DiGirolamo,1978;Peccerilloetal.,1984;DeRitaetal.,1993;Conticellietal.,2002;Aulinasetal.,2011).Questaattività,inizialmenteditipoanatetticoachimismoacido(ProvinciaMagmaticaToscana,da8,2a2,0Ma;Innocentietal.,1992)diviene,variandoneltempoenellospazionelladirezionedelfrontecollisionale,ditipoalcalino‐potassico(ProvinciaComagmaticaRomanaeDistrettoNapoletano,da1,0Maadoggi;Washington,1906;Beccaluvaetal.,1991;Fig.2.3).

2.2 ILMAGMATISMOPERI‐TIRRENICOSullabasedeidatigeochimiciepetrologicirelativiaiprodottivulcanicidelmarginetirrenicoorientalesonostatedistintedueprovincemagmaticheconcaratterigenetici,geograficietemporalidifferenti:laProvinciaMagmaticaToscanacaratterizzatadamagmidioriginecrostale,elaProvinciaMagmaticaRomanacontraddistintadamagmidioriginesub‐crostale(Fig.2.4).Tuttavia,comesottolineatodaSerrietal.(1993),taledistinzionesubasegeneticaappareormaisuperatainquantomolteroccedella

provinciatoscanaderivanodaanatessidimaterialecrostalenonprivodiinterazioniconmagmisub‐crostali(Aulinasetal.,2011).

FIGURA22.3:Distribuzionedeicomplesssivulcanicidelllapenisolaitaliana(daScroccaaetal.,2003).

FIGUURA2.4:MapppadilocalizzaziionedeicentrieeruttividellaPrrovinciaMagmaaticaToscanaeedipartedellaProvinciaMagmaticaaRomana(daDDinietal.,2009)).

IlmagmatismodellaProvinciaMagmaticaToscana(PMT)consisteprincipalmenteinmagmiacididitipoanatetticoassociatiamagmibasicididerivazionemantellicaeamagmiintermediconvalorideglialcalispostativersoilpotassio(sub‐seriealtainpotassioeshoshonitica;Peccerilloetal.,1987;Peccerillo,2005).LaPMTpresentaprodottiintrusivievulcanicilocalizzatiprincipalmentenellaToscanameridionalee,parzialmente,nelLaziosettentrionale.LedatazionigeocronologicheindicanochelelamproitidiSiscodellaCorsicasettentrionale(circa14Ma;Bellon,1981)hannorappresentatoilprimoeventomagmaticodell’areaperi‐tirrenica.Lefasisuccessivehannoportatoallamessainpostodicorpiintrusiviacidiperalluminosichecompongonoparzialmenteototalmentemoltedelleisoledell’arcipelagotoscanoedelleareediGavorranoeCampigliaMarittima(da8.4a4.3Ma;Westermanetal.,1993;Innocentietal.,1997).VulcanitimaficheaffioranoaCapraia(7Ma;Aldighierietal.,1998),vulcaniticonaffinitàlamproitichesihannoaOrciaticoeMontecatini‐ValdiCecina(4.1Ma;Peccerillo,2005),infineriolitisonostaterinvenutenelleareediSanVincenzo,Roccastrada,Tolfa‐Cerveteri‐Manziana(da4.7a2.1Ma;Ferraraetal.,1988;PoliePerugini,2003).L’attivitàsuccessivaèprogressivamentemigrataversoEedèrappresentatadaprodottiadaffinitàconlaserietoscanaeprodottitransizionaliversolaseriepotassicadellaProvinciaRomanaqualilevulcanitidiRadicofani(1.3Ma;Innocentietal.,1992),deiMontiCiminiediTorreAlfina(1.4‐0.8Ma;Nicoletti,1969;Conticelli,1998;Aulinasetal.,2011).

Ilvulcanismoalcalino‐potassicodellaProvinciaMagmaticaRomana(PMR),chesecondoBarberietal.(1994)inizierebbelasuaattivitànelPleistoceneSuperiore,èpresentenelLazioconquattrodistrettivulcanicichesono,daNaS,ildistrettoVulsino(0.59‐0.44Ma;Cionietal.,1993),ildistrettoVicano(0.42‐0.09Ma;LaurenzieVilla,1987),ildistrettoSabatino(0.60‐0.43Ma;Cionietal.,1993)eilcomplessodeiColliAlbani(0.60‐0.02Ma;Scroccaetal.,2003).PiùaS,nellazonaacavallotraLazioeCampania,sicollocailvulcanismodeiMontiErnici(0.25‐0.15Ma;Scroccaetal.,2003)equellodiRoccamonfina(0.60‐0.15Ma;Scroccaetal.,2003).TaliareerisultanoallineatelungolestrutturedistensivedelmargineappenninicocondirezioneNO‐SE.Aquestesiaccompagnano,secondoSerrietal.(1993),ancheiprodottideldistrettoultra‐alcalinoUmbro‐Laziale(<0.60‐0.25Ma;StoppaeLaVecchia,1992),checomprendonoiterminikamafugiticidiS.VenanzoeCupaello,ancheessiallineatilungolastessadirezione.

LevulcanitidellaPMRcomprendonoroccesottosaturedapotassicheaultra‐potassiche(KeHK‐series,Appleton,1972;Serrietal.,1993).Ilcaratterefortementepotassicoditaliroccevienegeneralmenteimputatoallapresenzadiunasorgentemantellicametasomatizzatadacomponenticrostali, responsabili dell’arrichimento in K2Oeinelementiincompatibili(Thompson,1977;DiGirolamo,1978;Peccerillo,1985;Civettaetal.,1989;Barberietal.,1994).Secondoalcuniautori(MalinvernoeRyan,1986;Civettaetal.,1989;ConticelliePeccerillo,1992;Peccerillo,2005)lacomponentecrostalechecontaminailmantellovienetrasportatainprofonditàduranteiprocessidisubduzione.AlcunirisultatisperimentalisuggerisconochelaprofonditàdisegregazionedeidifferentimagmipotassicipuòcostituireilfattoreprincipaleneldeterminareiltenoreinpotassiodelleseriedellaProvinciaMagmaticaRomana(WendlandteEggler,1980),echeilgradodisottosaturazionecrescentedallaK‐serieallaHK‐seriedipendadallalocalizzazioneaprofonditàprogressivamentemaggioredellasorgente(PeccerilloeManetti,1985).

2.3 ASSETTOSTRATIGRAFICODELDISTRETTOVULCANICOVICANO‐CIMINOIlDVVCsitrovanelLaziosettentrionaleacirca60kmNOdiRoma.EssoècompresotraildistrettoVulsinoaNeildistrettoSabatinoaS,mentreaEèdelimitatodallavalledelTevereeadOdadepositidioriginesedimentaria.L’areadistudio,checopreunasuperficiecomplessivadicirca1400km2,comprendelezonediaffioramentodeidepositivulcanicidelDVVCe,limitatamentealsettore

occidentale,zonediaffioramentodeiprodottivulcanicidelDistrettoVulcanicoVulsinoedepositisedimentari(areediTuscania,MonteRomanoeBlera;Fig.2.5).

FIGURA2.5:Mappageologicaschematicadell’areadistudio.Legenda:piroclastiti(rosa),lavesottosature(arancio),lavesoprassature(marrone),calcari(azzurro),complessoflyschoide(verdescuro),argille,conglomeratiesabbie(verdechiaro,ocra),travertini(grigioscuro),depositialluvionali(grigiochiaro).

L’evoluzionegeodinamicadelsettoreperi‐tirrenicohaportatoallaformazionediunassettostratigraficocostituitodaunsubstratosedimentariosucuipoggianoiprodottidell’attivitàvulcanica.Idepositisedimentarisonocostituitidatrecomplessitettonicamentesovrappostiedinpartetrasgressivi:ilcomplessobasale,ilcomplessoalloctonoedilcomplessoneo‐autoctono.IlcomplessobasalecomprendeleformazionidelCalcareMassiccio,deiCalcariSelciferiedellaScagliaToscanacheaffioranoinlimitatefinestretettonichenellevicinanzedeicorpivulcanici.Ilcomplessoalloctonoèquellomaggiormenteestesoesisovrapponetettonicamentealcomplessobasale;èrappresentatoprevalentementedallecosiddetteUnitàLiguridis.l.,comprendentiiFlyschTolfetaniediPietraforte,costituitidaargille,argillescistose,scistiargillosi,marneecalcaridetritici(Baldietal.,1974;Bettellietal.,1980;Buonasorteetal.,1987).Ilcomplessoneo‐autoctonocomprendeiprodottidelciclosedimentarioprevalentementemarinodietàpliocenicaedepositiquaternaricostituitidaargille,marneargillelimoseesabbioseneilivelliinferioriedasabbie,ghiaieeconglomeratineilivellisuperiori.

Idepositivulcanicirappresentanoiprodottidell’attivitàdegliapparativulcaniciCiminoeVicanochedifferisconotralorointerminidietà,chimismo,tipologiadiattivitàemorfologia.IlvulcanoCiminoèquellopiùantico(1.35‐0.94Ma;Nicoletti,1969)edèconsideratopartedellaPMT,sebbenerappresentiinrealtàuncomplessoditransizionetralaProvinciaToscanaequellaRomana(Aulinasetal.,2011).Isuoiprodottisonorappresentatiinprevalenzadadomieignimbritiacomposizioneacida.LasuccessionedeglieventieruttivichehannocaratterizzatolastoriadelvulcanoCiminoèancoradibattuta.LardinieNappi(1987)individuanotrecicliprincipali:1)messainpostodiunaprimaseriedidomicuiseguel’eruzionediunaprimaignimbrite,2)messainpostodellasecondaseriedidomiseguitadaunasecondaignimbrite,3)edificazionedell’apparatoCiminoesuccessivaemissionedicolatelavichelatiticheeolivin‐latitiche.SecondoCimarellieDeRita(2006),ilcomplessodeidomiCiminisièevolutoinununicociclochehaprecedutolamessainpostodialmenodueunitàignimbriticheeruttateintempimoltovicinitraloro.Questesonostateseguitedallamessainpostodilavelatitichee,nellafasefinale,dilaveolivin‐latitiche.

IlvulcanodiVico(0.42‐0.09Ma;LaurenzieVilla,1987)èpartedellaPMRedècaratterizzatodaprodottidinaturaprevalentementeignimbriticatipicamentesottosaturiericchiinK2O.Nellasuaevoluzionesonostatedistintequattrofasiprincipaliconnesseacambiamentineltipodiattivitàvulcanica(BertagninieSbrana,1986;Perinietal.,2000):1)faseadattivitàesplosivaconeruzioniditipoplinianoesubordinateemissionidilavedacentridiversi,precedutedaeruzionilavicheditipotrachi‐basaltico,2)faseadattivitàlavicachehaportatoallacostruzionedell’edificiocentrale,3)faseadattivitàesplosivaconeruzioniditipoplinianoedemissionidiashflowsseguitidaripetuticollassicalderici,4)faseadattivitàesplosiva,idromagmaticaedeffusivaintracaldericafinalechehaportatoall’edificazionedelconodiMonteVenere.

2.4 ASSSETTOSTRUUTTURALEDELDISTRETTOVULCANNICOVICANO‐CIMINOL’asseettostrutturraledelDVVVCsicollocaainquellobenpiùampiodelmarrginetirreniccodell’Italiaacentralecaratterizzaato,comedeescrittoinprrecedenza,ddalladisarticolazionedelsubstratosedimentariooedallarelativaformmazionediuunaseriediigrabencollmatidanottevolispessoridisedimmenticlasticiineogeniccichesiaallunganoinndirezioneNNO‐SSEtrrastretteddorsali(horsst)costituittedaroccee

sedimenntarieemetaamorfichecoorrugatepree‐neogenichee.Inparticolare,l’areadistudiocorrrispondeallaaprosecuzzioneversoSSuddeigrabbendiSiena‐RRadicofaniedelPaglia‐Tevere(Fig.22.6).

FIGURA22.6:Schemadeeiprincipalibacinisedimentarii.Legenda:1)coomplessivulcanniciacidi,2)struutturebordiereedeiprincipalibacinisedimmentari,3)prinncipalistruttureecaldericheecrateriche(modificatadaBarbeerietal.,1994)).

Ilgrabeenprincipaleedell’areavicano‐ciminnaèdelimitatoadOdall’horstddiMonteRaazzano,cheesembrerrebberappresentarelaprosecuzionneversoSdell’horstddiMonteCeetona(Sollevvanti,1983;;Barberieetal.,1994),,mentreadEessoèdeliimitatodallaacatenaappenninicaeddall’horstdiOOrtecheèlaa

144 continuazioneindirezioneNOdell’altostrutturalemesozoicodelMonteSoratte(Toro,1978).L’horstdiMonteRazzanoècostituitodadepositiflyschoidipoggiantisuunsubstratorappresentatodaiterminipiùaltidellaseriemeso‐cenozoicatoscana.AnalogamenteterreniinfaciestoscanaaffioranoaNdell’areavicano‐ciminapressol’abitatodiGrotteS.StefanoeaSdellagodiViconeipressidellacittadinadiSutri(Figg.2.5‐2.6),incoincidenzaconaltistrutturali.AnchelamessainpostodeiprodottideicomplessivulcaniciCiminoeVicanoèstrettamenteconnessaall’assettostrutturaledell’area,comesievidenziadall’allineamentodeidomidell’attivitàciminalungoladirettriceNO‐SE(Fig.2.6).LostessocomplessoVicanosembraessersisviluppatoall’internodiungrabenallungatoindirezioneNO‐SEallaintersezioneconunsistemaadandamentoNE‐SO(lafagliaOrte‐Vico)cherivesteunruolodiprimariaimportanzanellarisalitadeimagmichealimentanoilvulcanostesso(Borghettietal.,1981;Sollevanti,1983).

IdatigravimetriciconsentonounamiglioredefinizionedellageometriadellestrutturedelDVVC(Toro,1978;Barberietal.,1994;Chiocchinietal.,2010).Inquestostudioèstataconsideratalamappadelleanomalieresiduali(Fig.2.7),ottenutapersottrazionegraficadeivaloridelcamporegionaledel1°ordinedaivaloridelleanomaliediBouguer,relativaallaCartaGravimetricad’ItaliainScala1:250.000pubblicatadall’ISPRA(http://www.isprambiente.gov.it),cherappresentailprodottopiùaggiornatoattualmentedisponibile.

FIGURA2.7:Mappadelleanomalieresiduedigravitàdell’areadistudio.TrattadallaCartaGravimetricad’ItaliaallaScala

1:250.000(http://www.isprambiente.gov.it).

Talemappaevidenziainmodochiarol’alternanzadiareecaratterizzatedavaloridigravitàresidualenegativiepositivi,adorientazioneprevalenteNNO‐SSE,corrispondentirispettivamentealleareebacinalidisedimentazioneneogenicaeaisettoridialtostrutturale.ProcedendodaEversoOlestrutturechevengonoevidenziatesono:1)l’horstdiOrte,adandamentoNO‐SE;2)ilgrabendiVico,adandamentoNO‐SE,all’internodelqualesiposizional’altogravimetricodiMonteCimino,diformasub‐circolare,dovutoprobabilmenteallamaggioredensitàdellevulcanitiacidedeldomoCiminorispettoalsubstratosedimentarioneogenico;3)l’horstdiGrotteS.Stefano;4)l’horstdiMonteRazzano,cheassumeunandamentocircaN‐Sfinoall’abitatodiVetrallaesiraccordaindirezioneSEconl’altodiSutri;5)l’horstdiVejanoe6)l’altodiMonteRomano,chesiposizionaall’internodiunavastaareadiminimogravimetrico.InFig.2.8lagravimetriavieneassociataaiprincipalielementitettonicichedislocanol’areavicano‐ciminasecondoduedirettriciprincipali:unadirettriceNO‐SE,corrispondenteallatettonicadistensivapost‐miocenicasucuisièprobabilmenteimpostatoilvulcanismoCimino(Borghettietal.,1981)eunadirettriceNE‐SOidentificabileconisistemidifagliechehannosubitomovimentifinoadepocherecenti.Alprimoandamentosonochiaramenteincluselefagliechebordanolestrutturedihorstegraben(Fig.2.9),mentrelasecondadirettriceèrappresentatadallefaglietrascorrentichedelimitanol’altostrutturalediOrtedallastrutturadeimontidiAmeliaedall’altostrutturalediMonteSoratte(Baldietal.,1974).DiparticolareimportanzasonoilsistemadifaglieOrte‐Vico,alqualeèpresumibilmenteconnessoilsistemadialimentazionedelvulcanismoVicanoechesembrerebbeinfluenzareanchelamorfologiadelfondodellago(Borghettietal.,1981),eilsistemapresentenelsettorediGrotteS.Stefano,associatoadunaestesaareadidegassamentodiffuso.

FIGURA2.8:Mappadelleanomalieresiduedigravitàedeiprincipalielementistrutturalidell’areadistudio.VengonoancheindicateletraccedeiprofilidiinterpretatividiFig.2.9(modificatadaChiocchinietal.,2010).

FIGURA2.9:ProfilidiFig.2.8.Legenda:1)vulcaniti,2)depositicontinentaliemariniplio‐pleistocenici,3)flyschtolfetano,4)unitàcarbonatiche,5)substratometamorfico,6)faglienormali(modificatadaChiocchinietal.,2010).

Laprresenzadiuunbasamenttodisarticolaatovieneevvidenziataanchedallaccartadelleisopachedeiisedimenntineogenicii(Fig.2.10),dallaqualeesipossonoointuiregliandamentiddelleprincippalidirettriciitettonichheadandammentoappennninicochehannoregolatolastruttturazionedeeibacinisubbsidentieloosviluppoodelvulcanissmovicano‐ccimino(Barberietal.,19994).

FIIGURA2.10:Isoopachedeidepositineogenici(modificatadaBarberietal.,11994).

Ulterioriindicazioonisullanaturadelsubsstratoprovenngonodairissultatidiunaaprospezionnemagneto‐‐telluricaeseguitaneelLaziosetttentrionale((Capuanoetal.,1997).Taleprospeezionehaevvidenziatolaapresenzaadiunostrratoaltamennteresistivooaldisottodellacoperrturavulcanica,interpreetatoconlaapresenzaadelleformazioniflyschoidie/ocarbbonatiche,ilcuiandameentoinprofoonditàèmosstratoinFig..2.11a.Innoltre,sullabbaseditalepprospezioneedidatigraavimetricieaaeromagnetici(LaTorreetal.,1981))èstatoccostruitounmodellointeerpretativoddellastrutturracrostalealdisottodellasuperficierelativoallaamorfologgiaeaglispeessoridellevvarielitologiee(Fig.2.11b)).

FIGURA22.11:a)Profondiitàdeltettodelllostratoresistiivocomeindicaatodaidatimaggneto‐tellurici;b)ricostruzioneedelsubstratolungoillprofiloAA’sullabasedeidatiigravimetrici,aaeromagneticieemagneto‐telluurici(modificataadaCapuanoeetal.,1997).

2.5 STRATIGRAFIEDEIPOZZITraleinformazionirelativeallanaturadelsubstratodiparticolareinteressesonolestratigrafiedeipozziprofondichesonostatiperforatinelDVVC.Iprimisondagginell’areavennerorealizzatidallaSocietàTernineiprimianni’50(Conforto,1952;1954a,b)esuccessivamentedall’INPSneglianni1960e1961(CalamitaeBuri,1963).Daiprimianni’70sonostatecondottecampagneesplorativedallajoint‐ventureENEL‐AGIPperscopidiricercageotermicachehannoportatoallarealizzazionedinumerosi

pozzettiesplorativiedalcunipozziprofondi.L’ubicazionedeisondaggiricadentinell’areadistudioèriportatainFig.2.12,mentreinTab.2.1sonoriportatiidatidisponibilirelativialleperforazioni.

FIGURA2.12:Ubicazionedeisondaggiperforatinell’areadistudio.

IsondaggieseguitidallaSocietàTerni,spintiaprofonditàcompresetra135m(pozzoBacucco)e590m(pozzoBagnaccio),hannoindividuatoaldisottodellacoperturacostituitadallevulcanitivicanelitologieditipocalcareo‐pelitico‐calcareniticoattribuibilialleUnitàLiguridis.l.,adeccezionedelpozzoS.SalvatorechepresentatralevulcanitieleUnitàLiguridis.l.unlimitatospessore(27m)diargillepliocenicheecalcariabriozoidelMiocene(Chiocchinietal.,2001).Unitàriferibilialleserietosco‐umbro‐marchigiana(calcari,calcarimarnosi)sonoindividuabilisolonelpozzoBagnaccioaldisottodelleUnitàLiguridis.l.allaprofonditàdi490m.Deiduesondaggieseguitidall’INPS,denominatiGigliolaeUlivetoeprofondirispettivamente69e93m,soltantoilsecondohaintercettatoleUnitàLiguridis.l.aldisottodellacoperturacostituitadallevulcanitivicane.Perquantoriguardaisondaggieseguitidallajoint‐ventureENEL‐AGIP,iprimipozzettiesplorativinelDistrettoVulcanicoVicano‐Ciminorisalgonoallafinedeglianni’60mentreiprimipozzidiproduzione,eseguitiadOdellagodiVico,sonodatati1971(Vico1)e1973(Vico2)eprofondirispettivamente1101e972m.Questihannointercettatounitàriferibilialdominiotosco‐umbro‐marchigianorispettivamenteaprofonditàdi685e390mel’acquiferotermalealleprofonditàrispettivamentedi714e390m.Letemperaturemassimemisurateall’internodeiduepozzisonostaterispettivamentedi63e61°C.Nel1989èstatorealizzatounterzopozzo(Vetralla1,profondità2898m),nellevicinanzedeidueprecedenti,conl’obiettivodiraggiungereunsecondoreservoirgeotermicoatemperaturamaggioremache,contrariamentealleattese,haprodottosolounmodestoincrementoditemperatura(circa110°Cafondopozzo;Buonasorteetal.,1995).DaunpuntodivistastratigraficoilpozzohaintercettatoformazionicarbonatichedellaSerieToscanadallaprofonditàdi718meleanidrititriassicheda1072mfinoafondopozzo.Unquartopozzo(Cimini1,profondità3000m)èstatoperforatonel1984aNEdellagodiVico:essoharivelatolapresenzadiunreservoircarbonaticodibassapermeabilitàallaprofonditàdi2580meunatemperaturadi218°Callaprofonditàdi2153m.IlpozzoFerento1èstatoperforatonel1989almarginetraidepositidelDVVCequellidelDistrettoVulsinoaN.Questoharaggiuntolaprofonditàdi678msenzatuttaviaintercettareleformazionicarbonatichedeldominiotosco‐umbro‐marchigianonériportarealtetemperature.ASdelDVVC,nell’areadicontattoconidepositidelDistrettoVulcanicoSabatino,sonostatiperforatiipozziSabatini6eSabatini7.Iduepozzihannorivelatotemperature,rispettivamente,di161°C(a1470m)e60°C(a1140m)all’internodeiflyschelapresenzadifluidinelleformazionicarbonaticheaprofonditàrispettivamentedi1920e1315m.SemprenelsettoremeridionaledelDVVC,magiàall’internodeidepositidelDistrettoVulcanicoSabatino,sonostatiperforatiipozziSabatiniSH2eSabatini2.Ilprimohaincontratotemperatureafondopozzo(2499m)di290°Cmasenzaintercettarel’acquiferogeotermico(Calamaietal.,1985).Tuttavia,l’esistenzadiunapervasivaalterazioneidrotermalealdisottodeiflysch,apartiredallaprofonditàdi1140m,sembraindicarecheinpassatonelsettoredovevaesserepresenteunanotevolecircolazionedifluidi(CavarrettaandTecce,1987).IlpozzoSabatini2èprofondo2700mmentrenonsihannoinformazionirelativeallapresenzadiunacquiferotermale.

TABELLA2.1:Elencodeisondaggiperforatinell’areadistudio.LecoordinatesonoespressenelsistemaUTM.IdatisonostatitrattidaBuonasorteetal.(1991),Barberietal.(1994)edallinkseguente:

http://unmig.sviluppoeconomico.gov.it/unmig/geotermia/pozzi/dettaglio.asp?cod=136

TABELLA2.1(continua)

CAPITOLO3RICOSTRUZIONEDELL’ASSETTODELSUBSTRATO

3.1 COSTRUZIONEDEIPROFILITUSCANIA‐GROTTES.STEFANOEVETRALLA‐ORTELacostruzionediprofiligeologiciriveste,neglistudidigeochimicadeifluidi,notevoleimportanzainquantopermettedisviluppareunmodelloconcettualerelativoallacircolazionedeifluididalleareediricaricadegliacquiferifinoallezonediemergenzainsuperficie.NelcasospecificodelDVVC,lacostruzionediprofiligeologicisièrivelataun’operazionepiuttostocomplessaenonprivadipuntiinterrogativi,acausadellamancanzadiprofilisismiciedellapresenzadiunnumeroesiguodiperforazioniprofonde.Lasceltadellaposizionedelletraccedeiprofilièstatafattatenendoconto,inprimoluogo,delladistribuzionedelleperforazioniprofondee,secondariamente,delleareediemergenzainsuperficiedeifluididiorigineprofonda(acquetermaliegas).Questeultimesono,infatti,notoriamenteassociatealineedidebolezzadellacrosta(fratture,faglie),lequalipermettono,appunto,larisalitaditalifluididallelorozonediorigineversolasuperficie.InFig.3.1sonoindicateletraccedelleduesezioniA‐BeC‐D.LaprimatracciapartedallazonadiTuscania,incorrispondenzadiun’areadidegassamentodiffusoassociataall’emergenzadimanifestazionitermali,prosegueindirezioneNEversoilbacinotermaleviterbese,intercettandoilpozzettoesplorativon.22(profondità162m;Tab.2.1),eterminaincorrispondenzadell’areadidegassamentodiffusodiGrotteS.StefanointercettandoilpozzogeotermicoFerento1(profondità678m;Tab.2.1).LasecondatracciapartedalpozzogeotermicoVetralla1(profondità2898m;Tab.2.1),prosegueindirezioneNEattraversandoillagodiVico,intercettailpozzogeotermicoCimini1(profondità3000m;Tab.2.1),lepropagginimeridionalideiMontiCimini,letermediOrtee,infine,l’areadidegassamentodiffusodenominataMontecchie,adEdelfiumeTevere.Idatigeologici,gravimetriciedipozzoutilizzatiperlacostruzionedeiprofilisono:1)Cartegeologicheetematiche:‐CartageologicadellaRegioneLazio,scala1:100.000;‐Cartadelleisopiezedegliacquiferivulcancilaziali(Capellietal.2005),scala1:200.000;‐Mappadelleisobatedellabasedellevulcaniti(Barberietal.,1994);

‐Mappadelleisopachedeisedimentineogenici(Barberietal.,1994);2)Gravimetria:

IdatisopracitatisonostatidapprimageoreferenziatiinunSistemaInformativoGeografico‐Territoriale(GIS)esuccessivamenterielaboratiattraversoladigitalizzazionedellecontourlines,lacreazionedellerelativesuperficivettorialielaconversioneditalisuperficiinformatoraster.Lasottrazionetralasuperficierelativaallamappadelleisopachedeisedimentineogeniciequelladelleisobatedellabasedellevulcanitièstatautilizzataperricavareleisobatedellabasedeisedimentineogenici.PerquantoriguardalatracciaA‐Bsièpreferitoutilizzarelastratigrafiadelpozzettoesplorativon.22rispettoaquelladelbenpiùprofondopozzogeotermicoBagnaccio(profondità590m;Tab.2.1),inquantoquest’ultimoèrisultatoesseredidifficileinterpretazione.

IprofiliinterpretativirelativialletracceA‐BeC‐DdiFig.3.1sonomostratiinFigg.3.2e3.3,nellequalivengonoanchemostratiiprofilidigravitàequellirelativialletemperaturealleprofonditàdi1000,2000e3000m.Leprincipaliosservazionirelativeaidueprofilipossonoriassumersiin:1)presenzadiunbasamentosoggiacentelevulcanitidisarticolatoinaltiebassistrutturali(horstegraben)cheseguonoprincipalmentedirettriciappenninicheedanti‐appenniniche;2)presenzadiintrusionivulcaniche(domideiMontiCimini)chesisonomessiinpostodeformandoesollevandoilprecedentesubstrato;3)presenzadiduesistemiacquiferoospitatirispettivamentenelleformazionivulcanicheeinquellecarbonatico‐evaporiticheeseparatidaformazioniacomportamentopocopermeabile;4)presenzadisuperficididiscontinuità(fratture,faglie)chedislocanoleroccedelbasamentopre‐vulcanico,delimitandoglialtistrutturalisepolti,echerappresentanoleviepreferenzialiperlarisalitadeifluididiorigineprofondaversolasuperficie.

FIGURA3.2:ProfilointerpretativorelativoallatracciaA‐BdiFig.3.1.Vengonoanchemostratiiprofilidigravitàequellirelativialletemperaturealleprofonditàdi1000,2000e3000m.FIGURA3.3:ProfilointerpretativorelativoallatracciaC‐DdiFig.3.1.Vengonoanchemostratiiprofilidigravitàequellirelativialletemperaturealleprofonditàdi1000,2000e3000m.

CAPITOLO4METODI

4.1 INTRODUZIONEL’areadistudiocopreun’estensionedicirca1400km2 edinteressa,dalpuntodivistaamministrativo,iterritoridi28comunidellaprovinciadiViterbo.All’internodiquest’areasonostatiraccoltidatichimico‐fisiciedisotopicirelativamentea333campionidiacque(provenientidasorgentitermaliefredde,pozzitermali,pozziadusodomestico/irriguo,pozziperapprovvigionamentoidricoedaacqueassociateagasgorgogliante)e25gas.L’ubicazionedeisitidicampionamentoèmostratainFig.4.1.Lasceltadeisitidicampionamentoèstataeffettuatasullabasedelleinformazionidiletteratura(Chiodinietal.,1995,1999;Duchietal.,1985;DuchiandMinissale,1995;Minissaleetal.,1997;Minissale,2004;

Vivonaetal.,2007;Cintietal.,2011),nonchéattraversonotiziederivantidacontattidiretticonsocietàdigestionedelservizioidrico,ufficitecnicicomunali,guardaparcoeprivaticittadini.

FIGURA4.1:Ubicazionedeisitidicampionamentonell’areadistudio.

4.2 METODOLOGIEDICAMPIONAMENTOEDANALISIDELLEACQUEPerognicampionediacquasonostateeseguitemisureinsituditemperatura,conducibilitàelettrica,pH, Eh e prelievi per analisi delle concentrazioni dello ione bicarbonato (HCO3 ‐)tramitetitolazioneconacidocloridrico(HCl0.05M).Icampioniperleanalisidilaboratoriosonostatifiltratia0.45 μm(perleanalisideglianioni),filtratia0.45 μmeacidificaticonHCl6M(perleanalisideicationi),filtratia0.45 μme acidificati con HNO34M(perleanalisideglielementiintracce)econservatiinappositiflaconiinpolietilene.Lafiltrazionesièresanecessariapersepararedallasoluzioneilmaterialesolidosospeso,mentrel’acidificazione,abbassandoilpH(~2),evital’eventualeprecipitazionedimetallipermettendodipreservarelaconcentrazioneoriginariadeicationiancheperacqueadelevatatemperatura,cheinseguitoalraffreddamentodivengonosoprassature.Tuttavia,lecondizionidisoprassaturazioneinspecifici sali non sono determinate solamente da variazioni di temperatura, ma anche da perdita di CO2 (chedeterminaprecipitazionediCaCO3,dacuilanecessitàdianalizzarelespeciecarbonatichedirettamenteincampagnaoentropocheoredalprelievo)eaumentidiEhperingressodiossigenoatmosferico(chepuòfavorirelaprecipitazionediidrossididiFeedialtrimetalliditransizione).Perquelcheriguardaleanalisidilaboratorio,glielementimaggiori(anioni:SO42‐, Cl‐, NO3 ‐,F‐, Br‐;cationi:Na,K,Mg,Ca)sonostatianalizzatiincromatografiaionica(DionexDX500ePortlabS001.2)pressoillaboratoriodiGeochimicadeiFluididell’INGVdiRoma.Leanalisideglielementiintracce(Al,As,B,Fe,Li,Mn,Sr,U,V,ecc.)sonostateeseguiteinspettrometriadimassa(ICP‐MSAgilent7500ce),mentrel’analisidellasilicetramiteICP‐OES(HoribaJobinYvonmod.Ultima2)suuncampionediluito(1:10).EntrambeleanalisisonostateeseguitepressoilaboratoriINGVdiPalermo.Ilbilanciotraanioniecationi(definitocomeparametrodielettroneutralità;AppeloePostma,1993),cioèladifferenzatralasommatoriadeglianioniedeicationidivisoperlasommatoriadellesomme,èsempre<5%.L’erroreanaliticoperleanalisidelletracceè<10%.I prelievi per le analisi dei gas disciolti (He, H2,O2,N2,CH4,CO2,Ar)sonostaticondottisecondoilmetodopropostodaCapassoeInguaggiato(1998),mentreleanalisisonostateeseguitepressoilaboratoriINGVdiPalermomediantegas‐cromatografiaconstrumentazionePerkinElmerAutosystemXLequipaggiataconrivelatoriaionizzazione(FID)eatermo‐conducibilità(TCD)egascarrierrispettivamente N2eAr(erroreanalitico<5%).Lacomposizionedeigasdisciolti(espressainmmol/LaSTP)èstatacalcolatapartendodallacomposizionedellafasegassosaessoltacheèfunzionedeicoefficientidisolubilitàdiognisingolaspeciepresentenellamiscela(Whitfield,1978).Ilcarbonioinorganicototaledisciolto(TDIC)elapCO2(pressioneparzialedellaCO2disciolta)sonostaticalcolatitramiteilprogrammaPHREEQCversione2.15(ParkhrustandAppelo,1999),operante

tramiteildatabaseLLNL(LawrenceLivermoreNationalLaboratory),sullabasedeidatidicomposizionechimica,pHetemperaturadelleacque.L’equazionecheconsenteilcalcolodellapCO2 è la seguente:

32

dove [HCO3]èespressoinmoli/L,K0eK1sonocostantidiequilibrionotedipendentidallatemperatura,

–

(4.1)

definite come:

1􀜠0􀜠–

0

Leanalisiisotopichesonostateeseguitesucampioninonfiltrati.Irapportiisotopicidiossigenoeidrogenodell’acqua(espressiconlatipicanotazione δ18Oe δDin‰vs.VSMOW)sonostatideterminatiperspettrometriadimassarispettivamentepressoilaboratoriINGVdiPalermoconstrumentazioneAnalyticalPrecisionAP2003eFinniganMATDeltaplus.L’erroreanaliticoèdi±0.1‰per δ18Oe±1‰per δD.Ladeterminazionedeirapporti13C/12C(TDIC)(espressiin‰vs.VPDB),analizzatiperspettrometriadimassa(AnalyticalPrecisionAP2003)pressoilaboratoriINGVdiPalermo,sibasasullamisuradellaCO2prodottamedianteacidificazionedelcampionediacqua(conH3PO4100%)utilizzandoilCarbonatePrepSystem(Capassoetal.,2005).L’erroreanaliticoèdi±0.3‰perDIC<3.0mmol/Ledi±0.2‰perDIC>3.0mmol/L.Ladeterminazionedelδ13C‐CO2apartiredaivaloridelδ13CTDICèstataeseguitasecondoilmetodopropostodaFavaraetal.(2002).L’analisiisotopicadelδ34S‐SO4(espressain‰vs.VCDT)èstataeseguitapressolaIso‐AnalyticalLimited(Crewe,UK)tramitesistemaEA‐IRMS,costituitodaunospettrometrodimassaconrapportoisotopico20‐20edequipaggiatoconunanalizzatoreelementale,suprecipitati di BaSO4ottenutidall’aggiuntadiunasoluzioneal10%(peso/volume)diBaClneicampionidiacqua.Laprecisionedellamisuraè±0.3‰.

4.3 METODOLOGIEDICAMPIONAMENTOEDANALISIDEIGASIgasinvestigatinelpresentelavorosonotuttiriferibiliadunafasegassosagorgoglianteinacquafreddaotermale(bubblingpools).Ilcampionamentoèstatoeffettuatotramiteunimbutodiplastica

posizionatodirettamentesopral’emergenzagassosa(Fig.4.2)ealqualeèstataconnessaun’ampollainvetrodotataditappothorion®.

322

FIGURRA4.2:Campionnamentodipollegassosesupeerficialieprofondetramitel’ausiliodiunimbbutocollegatoaall’ampolla.

Perciascuncampionesonostaateraccoltetrealiquoteeutilizzandoodifferentittipologiediampolle:1))un’ampoollasottovuootoperl’anaalisiisotopicadi δ13C‐COO2,40Ar/36Ar, 3He/4He e 44He/20Ne,2))un’ampollaasottovuootoda60mLcontenente20mLdiuunasospensionealcalinaacostituitaddaNaOH5MMeCd(OH)22

0.15 Mpperdeterminnarelacomposizionechhimicadelgaasel’analisiisotopicadiδ34S‐H2S,3))un’ampollaasottovuootoda150mmLconall’intterno50mldiunasoluzzionealcalinaadiNaOH4Mperl’analisiisotopicaadi δ13C‐CCH4, δD‐CH44e δ15N‐N2.Duranteilccampionameentoconl’ampollaasoodaeCd(OHH)2ilvaporeeacqueocondensaeddigasacidi(i.e.CO2)sisolubilizzannonellasoluzionealtamentealcalinaa,mentrelaareazioneediH2SCd(OOH)2portaaallaformazioonediunsaaleinsolubilee(CdS)all’innternodell’aampolla.Perrcontro,llespeciegasssoseincondensabili(N2,O2,H2,CO,NNe,Ar,CH4,etano,propaano,i‐butano,n‐butano,,i‐butenee,benzene)ssiconcentrannonellospazioditestaddell’ampollastessa(GigggenbacheGooguel,1989;;Montegrrossi et al., 2001; Vasellli et al., 20 06). Le ana lisi di N2,O2,H2,CO,NNe,Ar,CH4,tramitegasscromatoografoShimaadzu15Aeqquipaggiatocconcolonnadi9maseetacciomoleecolare15AerivelatoreeTCD,eleanalisidegliidrocarbuurileggeri,ttramitegascromatograffoShimadzuu14Acorreddatodaunaacolonnadi10mdiacciaioinossidabileChrommosorbPAWW80/100meshcon23%SSP1700erivvelatoreFID,,sonostaateeseguitepressoilDippartimentoddiScienzedeellaTerradell’UniversitàdiFirenze.Ilprecipitatoosolidoèèstatosepaaratodallassoluzionealcalina,centtrifugatoa44000girialminutopeer30mineesuccessivvamenteosssidatotrammiteH2O2,ddeterminanddoquindil’’H2Scomeionesolfatoo(SO42‐)inncromatoografiaionicaaeperl’analisiisotopiccadel δ34S‐HH2S.Lasoluzionealcalinnaèstatauutilizzataperrl’analisi di CO2comeeionecarbonnato(CO32‐)ttramitetitolaazioneconHHCl0.1M.L’eerroreanalitticoèdel5%%pericosstituentimagggioriedel110%perqueelliminorieintracce.L’aanalisiisotoppicadel δ13CC‐CO2èstataaeseguitaapressoilaboratoriINGGVdiPalermmotramitesspettrometriadimassa(DeltaSFinnigan)dopooestrazionneepurificazionedellammiscelagassoosamedianttetrappoleccriogenicheuusando,rispeettivamente,,N2liquiddoeunamiiscelasolido‐liquidodiNN2liquidoetricloroetileene.Sonostatiutilizzatistandarddiiriferimentoitaliani((marmidiCaarraraeSannVincenzo)edinternazzionali(NBS118andNBS119).L’erroree

377 analiticoelariproducibilitàsonorispettivamente±0.05‰e±0.01‰.Ivaloridi δ13C‐CH4e δD‐CH4(espressirispettivamentecome‰vs.VPDBe‰vs.VSMOW)sonostatideterminatiinspettrometriadimassa(VarianMAT250)pressoilaboratoridianalisidell’ISO‐4(Torino),seguendoperlapreparazionedelcampioneilmetododiSchoell(1980).Laprecisionedellamisuraèrispettivamentedi±0.15‰e±2.5‰.Il δ34S–H2S(espressocome δ34S‰vs.VCDT)èstatoanalizzatoinspettrometriadimassa,conlestessemodalitàdel δ34S–SO4,sulsolfurosolidoCdSformatodallacombinazionediH2SeCd(OH)2.L’analisidelrapportoisotopico3He/4He(espressainterminidirapportoR/Ra,doveRrappresentailrapporto3He/4He nel campione e Ra è il rapporto 3He/4He nell’aria, pari a 1.39×10‐6;MamyrineTolstikhin,1984)èstataeseguitapressoilaboratoriINGVdiPalermotramitespettrometriadimassa(VG5400‐TFT)secondoilmetododiInguaggiatoeRizzo(2004).Ilrapporto δ15N‐N2(espressocome δ15N‰vs.AIR)èstatodeterminatotramitegascromatografoAgilent6890N,equipaggiatoconunacolonnaasetacciomolecolareerivelatoreTCD,accoppiatoadunospettrometrodimassaFinniganDeltaplusXP(Chiodinietal.,2012).TaledeterminazioneèstataeseguitapressoilaboratoriINGVdiNapoli.

CAPITOLO5RISULTATI

5.1 COMPOSIZIONECHIMICAEISOTOPICADELLEACQUESullabasedelletemperaturediemergenzaedellapresenzadifasigassoselibereleacquesonostatesuddivisein3famiglieprincipali(Fig.5.1):acquefredde,acquetermalieacqueassociateagasgorgogliante(bubblingpools).Irelativiparametrichimico‐fisiciedisotopicisonoriportatiinAppendice(Tab.1)Ilgruppodelleacquefreddecomprende282campionicontemperaturecompresetra7.2e21.8°C.Lamaggiorpartediqueste(200campioni)èassociataadunacircolazioneentrol’acquiferovulcanicoepresentavaloridipHcompresitra6.2e8.0(valoremedio6.9)esalinità(TDS)compresetra120e610mg/L(valoremedio310mg/L),mentreleacquecircolantientroilivellipermeabilidelleformazionisedimentarie(55campioni)mostranopHcompresitra6.6e7.8(valoremedio7.1)esalinitàtra290e1410 mg/L (valore medio 740 mg/L). I valori della pressione parziale di CO2(pCO2)sonoinferioria0.07bar.Unterzogruppodiacquefredde,generalmentenotecomeacqueacetose(campioni38,62,79,83,84,87,91,109,122,123,150,167,170,174,191,192,195,239,271,272,280,284,309,323,325),ècaratterizzatodabassivaloridipH(tra5.2e6.9,valoremedio6.1),salinitàelevate(finoa5790mg/L)evalori di pCO2 maggiori (fino a 0.68 bar). Dal punto di vista composizionale le acque fredde appartengono inlargaparteallafaciesidrochimicabicarbonato‐calcicaCa(Mg)‐HCO3 (Fig. 5.2) mentre meno frequentementeessetendonoadassumereunchimismobicarbonato‐alcalinoNa‐HCO3esolfato‐calcicoCa‐SO4(HCO3).Leacquetermali,contemperaturecompresetra21.4e63.3°C,mostranoinprevalenzaunacomposizioneditipoCa‐SO4(HCO3)associataavalorielevatidisalinità(finoa3940mg/L)edellapCO2(finoa0.83bar),mentreicampioni9,40,45,48,78,110,151,198,283sonocaratterizzatidaunchimismoditipoCa‐HCO3(SO4)evaloripiùbassidisalinità(<2340mg/L)edipCO2(<0.39bar).Ilcampione226,prelevatoaNNEdiTuscania(Fig.5.1)edesternamenteall’areadelimitatadalDVVC,mostraunchimismoditipoNa‐HCO3(SO4).Lecaratteristichechimico‐fisichedelleacqueCa‐SO4(HCO3)sonosimiliaquelledelfluidotermalecampionatoentroilpozzogeotermicoVetralla1(VET1)allaprofonditàdi1117mentrol’acquiferocarbonatico.

LeacquedellebubblingpoolsconvaloridipHcompresitra5.16e6.33(campioni110,111,223,315,316,324)mostranounacomposizioneditipoCa‐HCO3, mentre quelle caratterizzate da valori di pH spiccatamentepiùacidi(finoa1.25;campioni10,42,80,81,149,224,227,317)mostranounacomposizione dominata da SO42‐.

FIGURA5.1:Distribuzionedellefamigliediacquenell’areadistudio.

Idiagrammiternaridellespecieanionicheecationiche(Fig.5.3)fornisconoulterioriindicazionisulchimismodelleacqueanalizzate.TraglianioniloionebicarbonatocaratterizzaleacquefreddeeloionesolfatoprevalenellebubblingpoolsapHacido,mentreleacquetermalisidispongonoinposizioneintermedia tra una composizione SO4‐dominante,rappresentatadall’end‐membergeotermicoVET1,equella HCO3‐dominantedioriginesuperficiale.Traicationiilcalcioprevalesuglielementialcalini(Na,K)ingranpartedelleacqueanalizzate.

CAPITOLO6DISCUSSIONE

CAPITOLO7ESPLORAZIONEGEOTERMICAINITALIAEPOTENZIALITÀDELDVVC

7.1 ESPLORAZIONEGEOTERMICAINITALIAIlprimoesperimentofinalizzatoallaproduzionedienergiaelettricadafontigeotermichesitenneil4luglio1904(Fig.7.1).FuusatoatalescopovaporepuroalimentatodaunoscambiatoredicalorealimentatodaunpozzoubicatoneipressidiLarderelloinToscana.Negliannisuccessivilapotenzageotermicaistallatacrebbeadunritmoserratoe,allafinedel1943,risultavadi123.9MW(UGI,2007).Agliinizidel1944,aseguitodeglieventibellici,lamaggiorpartedegliimpiantidiproduzionevennedistrutta.Dopolafasediricostruzionepost‐bellical’impiegodellarisorsageotermicahaprodottounnotevolesvilupponell’ambitodellaproduzionedienergiaelettrica,tantodaporrel’Italiainunaposizionedileadershipmondiale,mentrehageneratounosviluppomoltopiùcontenutonell’ambitodegliusidiretti.Apartiredaglianni’50efinoagliinizideglianni’90sonostatiperforatioltre800pozziperl’esplorazionegeotermica,ubicatiprincipalmentenellaToscanameridionaleenelLazio

settentrionale.Talipozzihannoraggiuntoprofonditàmediamentesuperioria2000medinalcunicasisuperioria4000m(Procesietal.,2013).

FIGURA7.1:IlPrincipePieroGinoriConticonlaprimamacchinacheprodusseenergiaelettricadavaporegeotermico.

Allametàdeglianni’90tutteleinformazioniottenuteduranteleprecedentifasidell’esplorazionegeotermicainItaliasonostatecatalogateeprocessatealfinedivalutareilpotenzialegeotermicototaledelterritorioitaliano(Cataldietal.,1995).Ilrisultatoèrappresentatodatremappechericostruisconoletemperaturedelsottosuoloalleprofonditàdi1000,2000e3000m(Fig.7.2).Talimappemostranochiaramentelapresenzadiunaestesaanomaliatermica,contemperature>150°Ca3000mdiprofondità,lungolafasciaperi‐tirrenicadiToscana,LazioeCampaniaechecoinvolgeancheleisoleEolieepartedellaSicilia.Nonostanteilgrandepotenzialegeotermicodelterritorioitaliano,sonorelativamentepochelecentralidiproduzionegeotermoelettricaistallate,localizzatenelleareediLarderello‐TravaleenellazonadelMonteAmiatainToscana(Fig.7.3).Al2008lapotenzageotermicaistallatarisultavadi810.5MW,conunaproduzionelordadielettricitàdi5.5miliardidikWh(Cappettietal.,2010).Nel2009dueulterioriunitàdiproduzionehannoprodottounincrementodellapotenzageotermicaistallata,portandolaa842.5MW.L’energiaelettricaprodottadaquestisistemirappresental’1.8%deltotaledell’energiaprodottasuscalanazionaleecopreil25%delfabbisognoenergeticodellaregioneToscana(Cappettietal.,2010).TuttiicampigeotermiciattualmenteinproduzionesonogestitidallasocietàENELGreenPower;tuttavia,inseguitoallaliberalizzazionedelmercatodell’energiaelettrica,numerosinuovicompetitorsnazionaliedinternazionalisarannoprestopresenti,comedimostranolenumerosenuoveistanzeperilconferimentodititoliminerariaifinigeotermicipresentateinvasteareedelterritorioitaliano(http://unmig.sviluppoeconomico.gov.it/unmig/geotermia).

FIGURA7.2:Mappedelletemperaturedelsottosuoloitalianoa1000,2000e3000mdiprofondità(daProcesietal.,2013).FIGURA7.3:CentralidiproduzionegeotermoelettricainItalia(daUGI,2007).

NelLaziol’esplorazionegeotermicahainteressatosoprattuttoilsettoresettentrionale(DistrettiVulcaniciVulsino,SabatinoeVicano‐Cimino)edhaprodottolaperforazionedi65pozzigeotermici,conprofonditàcompresetra307e4826m,edicirca180pozzettiesplorativi(test‐holes)(Fig.7.4).Leareepiùintensamenteperforate,etuttaviamaientrateinproduzionesoprattuttoperproblemitecniciedambientali,sonoquellediCesano,LateraeTorreAlfina.

FIGURA7.4:UbicazionedeipozzigeotermiciedeipozzettiesplorativinelLazio.

Comeaccennato,numerosenuoverichiestediesplorazioneaifinigeotermicisonostatepresentatesulargascalanelterritorioitaliano,siaperlaproduzionedienergiaelettricacheperusidiretti.AtalpropositoilvarodeiDecretiLegislativin.22del11febbraio2010(“Riassettodellanormativainmateriadiricercaecoltivazionedellerisorsegeotermiche”)en.28del03marzo2011(“Attuazionedelladirettiva2009/28/CEsullapromozionedell'usodell'energiadafontirinnovabili”)sembranosemplificateleregoleperottenereleautorizzazioninecessarieall’attuazionediprogettidivalorizzazionedellerisorsegeotermicheafinienergeticieintroduceun’appositadisciplinarelativamenteallepompedicaloregeotermiche.Sistaosservandoquindiiltentativo,dapartedelgovernonazionale,difavorirenuovamentelosviluppodiunsettorealungotrascuratoechepotrebberivelarsistrategicoperlepoliticheenergeticheinItalia.

Ipermessidiricercaecoltivazionedirisorsegeotermichealmomentoassegnatisulterritorioitalianosono46(novembre2013;http://unmig.sviluppoeconomico.gov.it/unmig/geotermia),cosìripartitisuscalaregionale:Toscana(34),Lazio(9),Lombardia(1),Sicilia(1)eSardegna(1).IlDVVCèpresentein4dei9permessidiricercadellaregioneLazio,neisettoridiCanepina,lagodiVico,TobiaeVejano(Fig.7.5),assegnatirispettivamenteaglioperatoriPowerFieldS.r.l.,GeothermicsItalyS.r.l.,CogemeS.p.A.eGeotermicaAB.Numerosesonoancheleistanzepresentate(Fig.7.5)edattualmentealvagliodivalutazionedapartedegliorganipreposti(MinisterodelloSviluppoEconomico,Ministerodell’AmbienteperlaTuteladelTerritorioedelMare,Regione)echeinteressanoleregioniLazio(24),Toscana(5),Sardegna(5),Sicilia(4),Umbria(4)eLombardia(1).NelDVVCsonopresentidueistanze,inconcorrenzatraloro,denominateSutrieMonterosi.

FIGURA7.5:CartadeititoliperrisorsegeotermichedellaregioneLazio(http://unmig.sviluppoeconomico.gov.it/unmig/geotermia).

L’ubicazionedelleareeinteressatedapermessidiricercaecoltivazionedirisorsegeotermichenelLazio(Fig.7.5)corrispondeallepotenzialiareegeotermicheindicatenellamappadiFig.7.6(Procesietal.,2013).Talemappaèstatacostruitasovrapponendoleinformazionirelativeallemappedelletemperaturedelsottosuoloitaliano(Fig.7.2;Cataldietal.,1995)aquellerelativeaprofonditàetemperaturadeltettodelpotenzialeserbatoioprofondoedescludendoleareenaturaliprotette.Laprofonditàdi3kmèconsideratalamassimaprofonditàpossibileperunosfruttamentoeconomicamentevantaggiosodellarisorsa(vediAppendice).

FIGURA7.6:Cartadellaprofonditàdeltettodelpotenzialeserbatoio(inalto),delletemperaturealtettodelpotenzialeserbatoio(alcentro)edellepotenzialiareegeotermichenelLazio(inbasso)(daProcesietal.,2013).

7.2 POTENZIALITÀDELDVVCLaprospezioneidro‐geochimicaeseguitainquestostudioconsentedifornireindicazionicircalepossibilitàtecnico‐economichediutilizzazionedeifluidigeotermicidell’areadistudio.Leindicazionirelativeall’assettodelsubstratoconsentonodicatalogareilDVVC,daunpuntodivistageotermico,comeunsistemaditipoconvenzionale(vediAppendice),costituitocioèdaunserbatoioprofondoospitanteunfluidoriscaldatodaunasorgentedicaloreeisolatodallasuperficiedaunaspessacoperturaimpermeabile,cheinibisceladispersionedelcalore.Gliisotopistabilidell’acquahannoevidenziatounaoriginemeteoricaperifluidiospitatientroilserbatoiogeotermico,mentrelemisurediconcentrazioniditriziodisponibilisuggerisconocircuitiidrologicirelativamentebrevi.Ciògarantisceunaricaricacontinuaerelativamentevelocedell’acquiferotermale.SullabasedelleinformazionidiscussenelCap.6.3,ilserbatoiogeotermicodelDVVCpuòesseredefinitoadacquadominantee,consideratalatemperaturamassimamisuratainpozzodi218°C,ilfluidoinessoospitatopuòtrovareimpiegonell’alimentazionedicentraligeotermoelettricheditipoconvenzionaleoaciclobinario(vediAppendice).D’altrocantoifluiditermaliemergentiinsuperficie,contemperature ≤63°C,sonopotenzialmenteutilizzabilipermoltepliciusidiretti(i.e.pompedicalore,allevamento,acquacoltura,usiindustriali;vediAppendice).Nell’ambitodellaproduzionedienergiaelettricalatecnologiaaciclobinario,chesfruttailcaloretrasportatodalfluidogeotermicopervaporizzare,attraversounoscambiatoredicalore,unsecondofluido(i.e.isobutanooisopentano)contemperaturadiebollizionepiùbassadiquelladell’acqua,presentanotevolivantaggiditipoambientalerispettoaisistemiditipoconvenzionale,inquantositrattadiuncircuitochiuso,senzascambiconl’esternoequindisenzaemissioniversol’atmosferadigascondensabiliedincondensabiliderivatidalfluidogeotermico.Inoltretaletecnologia,nonprevedendoilprelievodiacquadalsottosuolomalasuaimmediatare‐immissioneinprofonditàascambiodicaloreavvenuto,previenepossibilirischilegatiallaintroduzionenell’ambientedifluidigeotermiciesausticontenenti,senonopportunamentedepurati,numerosipotenzialiinquinanti(As,B,Fe,Mn,Al,ecc.,vediAppendice2,Tab.2)dellefaldeacquifereedeisuoli.Lacaratterizzazionegeochimicadeifluidicontenutiall’internodelserbatoiogeotermicofornisceutiliindicazionicircaalcuneproblematichespecifiche(qualilacorrosioneel’incrostazione)chepossonosorgeredurantelamessainoperadeipozziedegliimpiantienellafasedire‐iniezionedeifluidiinprofondità.LeacquetermalidelDVVCsonocaratterizzatedasalinitàmediamenteelevate(>3000mg/L)e accompagnate da una fase gassosa dominata da CO2.Lapresenzadinumerosideposititravertinosi,checomunementesitrovanoassociatiatalimanifestazioni(Minissaleetal.,2002;DiBenedettoetal.,2011)indicanocondizionidisoprassaturazioneincalcitechepuòprecipitareincrostandoletubazionie

gliimpianti.Anchelasilicepuòprecipitareduranteilraffreddamentodelfluidogeotermico.Questeedaltreproblematichepossonoessereadeguatamentevalutateattraversol’attentaprevisionedegliequilibri in soluzione al variare di P, T e pCO2edellecondizionidisaturazionedellefasimineralipotenzialmenteincrostanti,utilizzandospecificiprogrammidimodellizzazionedisponibilisulmercato

(i.e Tough),chefornisconoglistrumentiattiaprogrammarel’eventualeaggiuntadiinibitoridiscaling(silicico,carbonatico,ecc.)e/odicorrosione.Lapresenzadiunaabbondantefasegassosariccaingasacidi quali, CO2eH2S,oltrearappresentareunproblemainterminidicorrosioneedabrasionedelleapparecchiaturenecessitaanchediunaattentavalutazionecircalasicurezzadeilavoratori,essendotaligaspotenzialmenteletaliperl’uomo(Baxter,2000),inparticolareneicasidiinnescodifenomenidiblow‐out,ossiadieruzionespontaneadeifluidiinpressionedaipozzi(Pizzinoetal.,2002;Barberietal.,2007).Pertantol’analisidellacomponentegassosafornisceindicazionicircaisistemidiprecauzionedaadottare(rilevatoriacustici,sensoriluminosi,blow‐outpreventer)durantelefasidiperforazionedeipozzi.

L’acquisizionedeidatigeologici,geofisiciestratigraficiesistenti(stratigrafiedeipozzi,datigravimetrici,profonditàetemperaturedeltettodelserbatoiogeotermico,ecc.)hafornitoglistrumentiperladefinizionediunmodellogeologicoegeotermicodiriferimento,chepuòessereutilizzatoperindividuareisitipiùidoneidoveeffettuarecampagnediapprofondimentogeofisico(rilievigravimetriciemagnetotellurici,profilisismiciariflessione)finalizzateallaperforazionedelpozzoesplorativo.Altriaspettidaconsiderare,dinaturanonprettamentegeologica,sonorappresentatidallapresenzadivincoliambientali–paesaggistici ‐architettonici(areeboschivee/oprotette)edallapresenzadicentriabitati,diareeconinfrastruttureediareesedidiattivitàagricolae/oallevamento,alfinediottenereunaattentavalutazionedeipotenzialifruitoridellarisorsa(siacomeenergiaelettricachecomecalorediretto)edelpossibileimpattoprodottosull’ambientecircostante.Escludendoleareeboschivee/oprotette,leareepiùidoneepergliusidirettidellarisorsasonoquellesoggetteadagricolturaeallevamentointensivieleareeurbaneperquelcheriguardailriscaldamentoedaffrescamentodegliedifici(pompedicalore),mentrelacostruzionediunacentraleperlaproduzionedienergiaelettrica,adimpattoambientalemedio‐alto,dovrebbeessereposizionatalontanodaicentriabitatiedalleareeinteressatedaattivitàlavorative.

UnarecentestimadellepotenzialitàgeotermichedialcuneareedelLazio,comprendenteanchealcunisettoridelDVVC,èstataeffettuatadaDoverietal.(2010)edottenutaattraversounarevisionedelclassicometododeivolumi(MufflereCataldi,1978).Ilbacinotermaleviterbese,caratterizzatodatemperature<70°Cerelativamentedeboliprofonditàdelserbatoio(mediamente350‐400m),vieneconsideratounsettoreeconomicamenteidoneoallosfruttamentodirisorsedibassaentalpia,soprattuttoinrelazioneallaelevataproduttivitàstimata(portatedell’ordinedi3700t/h)eallapresenzadiunnumeroelevatodipotenzialifruitori(lacittàdiViterbo).Anchelapotenzatermicaestraibile,stimatanell’ordinedi107‐193MW,èconsiderevole.IsettoridiCapranicaeMonterosi–Nepi,contemperaturedi180‐200°Caprofondità<2000m,sonoconsideratimoderatamenteeconomiciperlosfruttamentodirisorsedimedia ‐altaentalpia,conproduttivitàrispettivamentedell’ordinedi1000t/he700‐800t/hepotenzetermicheestraibilirispettivamentedi175‐198MWe138‐156MW.Infine,lestimeperilsettorediVicosonoconsideratemenosoddisfacenti,nonostanteleelevatetemperaturedelserbatoio(180‐230°C),acausadellaelevataprofonditàdelserbatoiostesso(circa2600m),dellapresenzadivasteareeboschiveedibassivaloridiproduttivitàstimata(10t/h)epotenzatermica(2‐3MW).Un’ulteriorestimadellapotenzaelettricaistallabileall’internodialcunepotenzialiareegeotermichedelLazio,compresequellediCapranicaeMonterosi–Nepiall’internodelDVVC,èstataeffettuatadaProcesietal.(2013)considerandol’utilizzodiimpiantiaciclobinario.Gliautoristimanovaloridipotenzaelettricacompresitra128e179MWeedunafornituradienergiaelettricaannuale,per300giornilavorativi,tra1028e1429GWh.

Il calcolo dei volumi effettuato da Doveri et al. (2010) si basa sulla corrispondenza tra zone ad elevato flusso di CO2(edelevatapressioneparzialediCO2negliacquiferi)edareegeotermiche,secondoleipotesidiunostudiocondottodaMarinieChiodini(1994)relativamentealleareetermicamenteanomalediToscanaeLazio.SutalibasiDoverietal.(2010)hannoutilizzatoleanomaliedipCO2deifluididisuperficieperdelimitareleareepotenzialmenteidoneeallosfruttamentodellerisorsegeotermiche.LaaltadensitàdeisitidicampionamentoinsiemealladisponibilitàdidatidipCO2delleacqueanalizzatenelpresentestudio,consentonodirivedereedimplementarelestimeeffettuatedaDoverietal.(2010)perivarisettoridelDVVC(Tab.7.1).PerfarequestoèstatainprimoluogoeseguitaunatrattazionestatisticadeidatidipCO2utilizzandounNormalProbabilityPlot(Fig.7.7),attraversoilqualeèstatopossibiledistinguereleacqueprivedianomaliaedebolmenteanomaledalleacquecaratterizzatedavalorifortementeanomalidipCO2(>0.11bar).Successivamenteèstataeseguitaunainterpolazione spaziale dei dati di pCO2tramiteilmetodoIDW(InverseDistanceWeight)inambienteArcGISe,utilizzandoleclassidivaloridiFig.7.7,sonostatequindiricavatideisettorianomalilecuiareesonoindicateinTab.7.1.PerquantoriguardaglispessoridelserbatoioidrotermalediTab.7.1,essisonoinpartequellipubblicatidaDoverietal.(2010)einpartestimatisullabasedelleinformazionirelativeall’assettodelsubstratoericavatedaiprofilidiFigg.3.2e3.3.Lamassimapotenzatermicateoricamente

estraibile (in MW) è stata calcolata a partire dalla formula:

25/860(7.1)

dove la temperatura è espressa in °C.

FIGURA7.7:NormalProbabilityPlotdeivaloridellapCO2delleacqueanalizzate.

IlconfrontoconlestimediDoverietal.(2010)haevidenziatovolumisostanzialmentesimiliperilbacinotermaleviterbeseeilsettorediVico,mentrevolumiinferiorisonostaticalcolatiperisettoridiGrotteS.Stefano,TuscaniaeNepi.Relativamenteall’areadiCapranica,doveDoverietal.(2010)hannostimatounvolumedi24Km3,nonsonostateriscontrateareeadanomaliadipCO2.ViceversasettorianomalinonindividuatidaDoverietal.(2010)sonostatidelineatineisettoridiMonteRomano,Vejano,Sutri,Orte,Montecchie.Complessivamente,all’internodelDVVClasommadelleareeadanomaliadipCO2 copre un’estensione di circa 74 km2,cuicorrispondeunvolumediserbatoiogeotermicopotenzialmentesfruttabileparia167km3 con portate massime stimabili di oltre 6000 t/h.

AREA A (km2) h (km) V (km3) Q (t/h) Potenza Termica Max (MW) Viterbo 42 2.63 111 4418 1001 Vico 2.7 0.42 1.13 45.4 11

GrotteS.Stefano21.492.9811927Tuscania92.421.6864195MonteRomano92.219.8792180

Vejano 2.4 1.1 2.64 106 24
Sutri 0.2 1.1 0.22 8.8 2
Nepi 3 0.8 2.4 96 22
Orte 0.5 1.5 0.75 30 7

Montecchie 3 1.5 4.5 180 41

TABELLA7.1:Calcolodelvolume(V)delserbatoiogeotermicoall’internodeivarisettoridelDVVC,estimadellaportata(Q)edellamassimapotenzatermicaestraibile.Glispessori(h)sonocalcolaticomedifferenzatrailtettodelserbatoioelaprofonditàdi3000m,cheèlaprofonditàmassimaconsiderataeconomicamentesostenibileperlosfruttamentodellerisorsegeotermiche.

CAPITOLO8CONCLUSIONI

Lecaratteristichechimico‐fisicheedisotopichedeifluidianalizzatiel’osservazionedelmodellogeochimicoconcettualediFig.6.19suggerisconolapresenza,all’internodelDVVC,diduetipologiedifluidipostiaprofonditàdiverse:1)acquefreddeachimismoditipobicarbonaticocircolantiadeboliprofonditàentroformazionivulcanicheedepositisedimentarie2)acquetermaliacomposizionesolfato‐bicarbonato‐calcicaericcheingascircolantientroroccecarbonatiche‐evaporitiche.Ladifferenzatralatemperaturamisurataentroilserbatoiocarbonatico‐evaporitico(218°Ca2153mdiprofonditànelpozzogeotermicoCimini1)eletemperaturediemergenzadelleacquetermali(<63°C)èdaimputarearaffreddamentoprincipalmentelegatoaprocessididiluizionepermescolamentodiacqueprofondeconquelle fredde superficiali. La fase gassosa, dominata dalla CO2,ècomunementeassociataalleacquetermaliemergentinelDVVC.Essapuò,tuttavia,entrareincontattocongliacquiferisuperficialie,dissolvendoinessi,originaresorgentiabassopH(acqueacetoseebubblingpools)oppuremanifestarsiinsuperficiedirettamentedalsuolo(lediffusedegassingstructures;Figg.3.3e6.19).L’emergenzadiacquetermaliegasinsuperficiesihapreferenzialmenteincorrispondenzadielementifragili(frattureefaglie),iqualifornisconoleviepreferenzialiperlarisalitavelocedeifluididiorigineprofondaversolasuperficie.Viceversaleacquefredderisultanoprivediapportiprofondienonmostranoalcunarelazioneconl’assettostrutturaledell’area.Leacqueospitatenegliacquiferisuperficialiedinquelloprofondosonodioriginemeteoricaevannoacostituireduetipologiedicircolazione:unapiùsuperficialecostituitadaacquefreaticheediscorrimento,unapiùprofondadoveleacquemeteorichesiinfiltranonelleformazionipermeabiliinaffioramentoperfratturazioneevannoadalimentareilserbatoioidrotermale.Gliisotopistabilidell’acquasembranosuggerirechelaricaricadegliacquiferièditipolocaleedèpostaapprossimativamentea700‐800ms.l.m.incorrispondenzadeimontiCiminiedeirilievicollinarichecircondanoillagodiVico.

Le caratteristiche isotopiche di CO2,N2eHesuggerisconochequestigassioriginanoprincipalmenteentrolacrostaecheilcontributoderivantedadegassamentodalmantellopuòessereconsideratomarginale. Reazioni di riduzione della CO2,inpresenzadiH2,cheavvengonoall’internodelserbatoioidrotermaleatemperature>200°C,sembranoessereallabasedellaproduzionediCH4. La CO2 sembra inoltre svolgere un ruolo principale anche nei processi di formazione di H2S dalla riduzione termogenica del solfato, che avviene a temperature >200°C.

Gli equilibri chimici relativi ai sistemi H2O‐H2‐H2S‐AreC3H6‐C3H8sonostatiesaminatialloscopodivincolarelecondizionichimico‐fisichechecontrollanolachimicadeifluidiidrotermalidurantelalororisalitaversolasuperficie.Questoapproccioteorico,ditipogeotermometrico,indicachelespeciegassosetendonoaraggiungerel’equilibriochimicoinunsistemaacqua‐dominanteatemperatureinferioririspettoaquellamisuratanelpozzogeotermico(218°C)econdizioniredoxfissatedalsistematamponepropostodaD’AmoreePanichi(1980),costruitosullabasediinterazioniteorichetraacquaedunassemblaggiomineraletipicodiunambienteidrotermale.Letemperaturerelativamenteelevateall’internodelserbatoioproduconoilrilasciodiunafasegassosachesiseparadallafaseliquidaeche,durantelarisalitaversolasuperficie,èinteressatadaprocessisecondari(ri‐equilibrioabassatemperatura,condensazionedivaporeacqueo,dissoluzioneentroacquiferisuperficiali,attivitàmicrobica)checausanoperditadivaporeacqueo(percondensazione)enotevolicambiamentinelleconcentrazionidellespeciesensibiliavariazionidellatemperaturaedellecondizioniredox(H2,CH4,CO2,COeH2S).

Sullabasedelleindicazionifornitedalpresentestudio,ilDVVCpuòessereconsideratofavorevolmenteinterminidisfruttamentodellerisorsegeotermiche,siaperusidiretticheperlaproduzionedienergiaelettricatramitesistemiaciclobinario.Inparticolare,attraversol’indaginegeochimicasiètentatodifornireglistrumentinecessariperunastimadellepotenzialitàneidiversisettoridell’areadistudio,degliutilizzipiùidoneidellarisorsaeperunaattentavalutazionedelpossibileimpattocheifluidigeotermalipossonoaveresulleinfrastrutture(pozzi,impianti)esull’ambiente.

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APPENDICE1L’ENERGIAGEOTERMICA:CARATTERISTICHEEDUSIDELLARISORSA

INTRODUZIONE

Negliultimidecenniadunacrescitasempremaggioredelladomandamondialedienergiaècorrispostounincrementodelleemissionideigasserrainatmosfera.UnrecentestudiodellaCommissioneEuropea(http://ec.europa.eu/research/energy/pdf/weto‐h2_en.pdf) propone una stima diincrementodellaconcentrazionediCO2inariafinoa900‐1000ppmventroil2050.Talicondizioni,insiemeall’aumentodelprezzodellefontienergetichetradizionali,stannoincoraggiando(Potocnik,2007;IEA,2008)losviluppoditecnologiecosiddette“zerocarbon”oabasseemissionidiCO2inatmosfera,qualiquelleriguardantilefontienergeticherinnovabili.

Perquantoriguardal’Italia,l’attualedomandadienergiaelettricaècopertaperl’86.3%daproduzioneentroiconfininazionaleeilrestante13.7%dafornitoristranieri(TERNA,2011).Laproduzionenazionaleèprincipalmentetermoelettrica(75%)edidroelettrica(16.2%),mentreleenergierinnovabili(geotermica,eolica,fotovoltaica)contribuisconosoltantoperl’8.9%.IlLaziorappresentalaterzaregionepiùpopolatad’Italia.Al2011laquantitàdienergiaprodottanellaregioneammontaa18622GWhcontrounadomandadi25078GWh,pertantoessarisultaindeficitenergeticoper6456GWh(TERNA,2011).Interminidienergierinnovabililaproduzioneregionaleammontaadunmodesto4%dell’energiatotaleprodottae,nonostantelenotevolipotenzialità,laproduzionedienergiadafontigeotermicheèattualmentetotalmenteassente.

CLASSIFICAZIONEDELLERISORSEGEOTERMICHE

L’energiageotermicaègeneralmentedefinitarinnovabileesostenibile.Ilterminerinnovabilesiriferisceallacapacitàdiricaricadellasorgentedienergia,mentrelasostenibilitàsibasasullemodalitàdisfruttamentodellarisorsa,ovverosullarelazionetravelocitàdirigenerazioneevelocitàdiconsumo.Quandosiparlagenericamentedirisorsegeotermiche,disolitocisiriferisceaquellechepiùprecisamentedovrebberoesserechiamaterisorsedibaseaccessibili,intendendoconquestoterminetuttal’energiatermicacontenutatralasuperficieterrestreedunadeterminataprofondità,inun’areadefinitaemisuratapartendodallatemperaturamediaannualocale(MufflereCataldi,1978).Lerisorsedibaseaccessibilicomprendonolerisorsedibaseaccessibiliutili(=Risorse),ossiaquellapartedellerisorsedibaseaccessibilichepotrebbeessereestratta,economicamenteinaccordoconlalegislazionelocale,entrounperiododitempodefinito(menodi100anni).Nellacategoriadellerisorsedibaseaccessibiliutilisonochiaramentecompreselerisorseeconomiche(=Riserve),ossiaquellapartedellerisorsediunadeterminataareaègiàstataindividuata(tramiteperforazioniodairisultatidell’esplorazionegeologica,geochimicaegeofisica)echepuòessereestrattalegalmenteaduncostocompetitivoconaltrefonticommercialidienergia(Fig.A.1).

FIGURAA.1:Diagrammachemostralediversecategoriedirisorsegeotermiche(modificatodaMufflereCataldi,1978).

Unsistemageotermicoconvenzionaleècompostodatreelementiessenziali(Fig.A.2):1)unasorgentedicalore,chepuòessereunacameramagmaticaouncorpointrusivo,2)unarocciaserbatoio,porosaepermeabili,cheospitaalsuointernounfluido(ossiailmezzochetrasportailcalore)e3)unarocciadicoperturaimpermeabile,necessariaamantenereilcaloreelapressionedelfluidoall’internodelserbatoio.Ilserbatoiogeneralmenteèconnessoazonediricaricasuperficialidallequalileacquemeteorichepossonosostituire,totalmenteoparzialmente,ifluidiperdutiattraversovienaturali(peresempiosorgenti)ochesonoestrattimediantepozzi.Infunzionedeltipodifluidocontenutonelserbatoioisistemigeotermiciconvenzionalipossonoulteriormenteesseresuddivisiinsistemiadacquadominanteesistemiavaporedominante(White,1973).Neisistemiadacquadominante,l’acqualiquidaèlafasecontinua,checontrollalapressione,mentreilvaporepuòesserepresenteinformadibolle.Questisistemigeotermici,lacuitemperaturapuòandareda<125a>225°C,sonoipiùdiffusinelmondo.Essipossonoprodurre,infunzionedallalorotemperaturaepressione,acquacalda,unamisceladiacquaevapore,vaporeumidoe,inalcunicasi,vaporesecco.Neisistemiavaporedominantenormalmentecoesistononelserbatoioacqualiquidaevapore,cheèlafasecontinuaecontrollalapressione.Sonosistemiadaltatemperaturaenormalmenteproduconovaporeseccoosurriscaldato.Isistemigeotermicidiquestotiposonopiuttostorari;ipiùconosciutisonoLarderelloinItaliaeTheGeysersinCalifornia.

Nelleultimeduedecadisonostatistudiatialtrisistemigeotermici,definitinonconvenzionali(GuptaeRoy,2007;Fig.A.2):1)isistemiEGS(EnhancedGeothermalSystems,notianchecomesistemiHotDryRocks),lacuipeculiaritàèlacreazioneartificialedipermeabilitàdelserbatoioe/odelfluidogeotermicochevieneiniettatoadaltapressionedapozzi,2)isistemigeo‐pressurizzati,sistemichiusineiqualiilfluidositrovaapressionecitostaticaentroformazionisedimentariee3)isistemimagmatici,chemiranoasfruttareilcaloredirettodiunmagmaperriscaldareunfluidodilavoro.

FIGURAA.2:Tipologiedisistemigeotermici(daProcesietal.,2013).

Ilpiùcomunecriteriodiclassificazionedellerisorsegeotermichesibasasull’entalpiadeifluidi,unagrandezzachepuòessereconsideratapiùomenoproporzionaleallatemperaturaecheèusataperesprimereilpotenzialetermicodeifluidi.Lerisorsesonocosìclassificateinrisorseabassa,mediaedaltaentalpia(otemperatura),secondodiversicriteri(MufflereCataldi,1978;Hochstein,1990;BenderittereCormy,1990;Nicholson,1993;AxelssoneGunnlaugsson,2000;Tab.A.1).

TABELLAA.1:Classificazionedellerisorsegeotermicheinbaseallatemperatura(°C).Riferimentibibliografici:(a)MufflerandCataldi(1978),(b)Hochstein(1990),(c)BenderittereCormy(1990),(d)Nicholson(1993),(e)AxelssoneGunnlaugsson(2000)

In riferimento alla classificazione di Tab. A.1, la normativa vigente in Italia ed in particolare il Decreto Legislativo n. 22 del 11 febbraio 2010 (Riassettodellanormativainmateriadiricercaecoltivazionedellerisorsegeotermiche)classificalerisorsegeotermichesullabasedeivaloriindicatidaMufflereCataldi(1978).

USIDELLERISORSEGEOTERMICHE

Isettoridiimpiegodell’energiageotermicasonoelencatinelclassicodiagrammadiLindal(Lindal,1973;Fig.A.3),chemetteinevidenzadueaspettiimportantidell’utilizzazionedellerisorsegeotermiche(Gudmundsson,1988):1)conprogettiacascataocombinatièpossibileestenderelosfruttamentodellerisorse(Fig.A.4)e2)latemperaturadeifluidicostituisceilprincipalefattorelimitantelapossibileutilizzazione.

FIGURAA.3:Usipossibilidelllarisorsageoteermicainfunzioonedellatipoloogia(modificatoodaLindal,19773).

FIGGURAA.4:Esemmpiodiutilizzaziioneacascataddeifluidigeotermici(Geo‐HeaatCenter,KlamaathFalls,Oregoon,USA)

L'energiageotermicasfruttailcaloredellaterrasiaindirettamente,perlagenerazionedienergiaelettrica,chedirettamentepernumeroseapplicazioniqualiilriscaldamentodiambienti,l'acquacoltura,l'orticolturaealtriprocessiindustriali.Ingenerale,lerisorsegeotermichedialtaentalpia(T>150°C)trovanoilmaggioreimpiegonellaproduzionedienergiaelettrica,mentrequelleamediaebassaentalpiasonopiùadattepergliimpieghidiretti.Tuttavia,lemodernetecnologieconsentonoattualmentelaproduzionedienergiaelettricaanchedarisorseabassatemperatura(≥85°C)tramitesistemiaciclobinario,doveilfluidogeotermicovieneutilizzatopervaporizzareunfluidodilavoro,solitamenteorganico(es.isopentano),conbassopuntodiebollizioneedelevatapressionedivaporeabassatemperatura.Ifluidicontemperaturainferiorea20°Csonousatiraramenteedincasiparticolarioppureperilfunzionamentodipompedicalore.

PRODUZIONEDIENERGIAELETTRICA

L’energiaelettricaèprodottainimpianticonvenzionalioaciclobinario,secondolecaratteristichedellerisorsegeotermichedisponibili.Gliimpianticonvenzionalirichiedonofluidiconunatemperaturadi ≥150°Cesonodisponibilineltipoacontropressione(conscaricodirettonell’atmosfera)eacondensazione.Gliimpiantiacontropressionesonosemplici,pococostosiegeneralmentedipiccoledimensioni(2.5–5MWe).Ilvapore,provenientedirettamentedaipozzi,sequestiproduconovaporesecco,oppuredopolaseparazionedellaparteliquida,seipozziproduconovaporeumido,passaattraversolaturbinaedèpoiscaricatonell’atmosfera(Fig.A.5).

FIGURAA.5:Rappresentazioneschematicadiunimpiantoacontropressioneperlagenerazionedielettricità.Inrossoilcircuitodelfluidogeotermico.

Leunitàacondensazione(Fig.A.6)sonopiùcomplessediquelleacontropressionee,ancheperleloromaggioridimensioni,ènecessariountempoalmenodoppioperlalorocostruzioneedinstallazione.Ilconsumospecificodelleunitàacondensazioneè,tuttavia,circalametàdiquelleacontropressione.Attualmentesonomoltodiffusiimpiantiacondensazionedellapotenzadi55–60MWe, ma recentemente sono state costruite ed installate anche unità da 110 MWe.

FIGURAA.6:Rappresentazioneschematicadiunimpiantoacondensazioneperlagenerazionedielettricità.Inrossoilcircuitodelfluidogeotermico,ilbluilcircuitodiraffreddamento.

Gliimpiantibinari(Fig.A.7)utilizzanounfluidosecondariodilavoro,disolitounfluidoorganico(comen‐pentano),chehaunbassopuntodiebollizioneedun’elevatapressionedivaporeabassatemperaturarispettoalvaporeacqueo.IlfluidosecondariolavorainuncicloRankineconvenzionale:ilfluidogeotermicocedecalorealfluidosecondarioattraversounoscambiatoredicalore,nelqualequestofluidosiriscaldaepoivaporizza;ilvaporeprodottoazionaunanormaleturbinaaflussoassialecollegataadungeneratore,èpoiraffreddato,passandoallostatoliquido,edilciclocominciadinuovo.

FIGURAA.7:Rappresentazioneschematicadiunimpiantoaciclobinarioperlagenerazionedielettricità.Inrossoilcircuitodelfluidogeotermico,inverdeilcircuitodelfluidosecondario,inbluilcircuitodiraffreddamento.

USIDIRETTIDELLARISORSAGEOTERMICA

L’utilizzodirettadelcaloreèlaformadisfruttamentodell’energiageotermicapiùantica,piùdiversificataeversatileepiùcomune(Fig.A.3).Labalneologia,ilriscaldamentourbanoediambienti,gliusiagricoli,l’acquacolturaedalcuniimpieghiindustrialisonoleutilizzazionimeglioconosciute,malepompedicaloresonolaformad’usopiùdiffusa(nel2000rappresentavanoil12.5%dell’energiatotaleimpiegatainusidiretti).

POMPEDICALORE

Lepompedicaloreconsentonodiimpiegareilcalorecontenutonelterrenooneifluidiabassatemperaturaperilriscaldamento,laclimatizzazioneelaproduzionediacquacaldasanitaria(Sanneretal.,2003).Sitrattadiunatecnologiaapplicabilequasiovunque,inquantoilterrenocostituisceunafontedienergiastabileatemperaturapressochécostante,aprescinderedallapresenzadielevateanomaliegeotermicheesenzabisognodiraggiungeregrandiprofondità.Unimpiantoapompadicaloregeotermicoècompostoda(Fig.A.8):1)unsistemadiscambiodicaloreconilsottosuolo,conlafaldaacquiferaoconlarisorsaidricasuperficiale,2)lapompadicaloree3)unsistemadiriscaldamento/raffreddamentointernoall’edificio.

FIGURAA.8:Esempiodisistemadiriscaldamentodomesticoconpompadicaloreconnessaalterreno.

Ilsistemadiscambiodicalorepuòessereeffettuatoattraversotrediversemodalità.Unprimosistemaconsisteinimpiantiaccoppiatidirettamentealterreno(geoscambio–sistemiacircuitochiuso),incuiilcalorevieneestrattodalsottosuolomediantesondegeotermicheverticalioppureorizzontali(invisibilidopolaperforazione),senzascambiodimassaconilterreno(Fig.A.9).Lesondeverticalisonocollocatenelterrenoall’internodiperforazionirealizzateaprofonditàvariabilitra10e400m,maingenereentro100m.Lesondeorizzontali,invece,sonodistribuitenelterreno,attraversounosbancamentodiunapartediessooinstrettetrincee,adunaprofonditàdicirca1.2–1.5m.Devonoessereinstallatesuunlettodisabbiaecoperteconunaltrostratodisabbiadialmeno20cm,inmodocheladistanzadiinstallazionetrairamidelloscambiatoreorizzontalesiacompresatra0.3–0.8m.Talisondesfruttanoilflussotermicoprovenientedallasuperficie,percuilasuperficiediterrenosottolaqualesitrovailloopdiscambiatorinondevemaiessereoccupatadacostruzioniovegetazionearborea.All’internodellesondegeotermichescorreilfluidotermo‐vettore(acquaounamisceladiacquaeglicole)chetrasferiscecaloredalterrenoallapompadicalore.

FIGURAA.9:Esempidisistemadiriscaldamentodomesticoconimpiantodirettamentecollegatoalterrenoattraversosondegeotermicheverticalieorizzontali.

Ilsecondosistemaècostituitodaimpianticheutilizzanodirettamentel’acquadifalda(open‐loop–sistemiacircuitoaperto);questa,pompatadalsottosuoloedutilizzatacomesorgentedicalore,vienepoire‐iniettatanellostessoacquiferoorilasciatainsuperficiedopol’uso(Fig.A.10).Ipozzidire‐iniezionedevonoesseredispostinelladirezionedelflussoavalledeipozzidiprelievoadunadistanzasufficientedaevitareinterferenzetermiche.Inoltre,latemperaturadell’acquadifaldanondeveesseremodificatadioltre±6°C.Alfinedievitareossidazioniecorrosionideimaterialimetallicidell’impiantooccorreeffettuareuntestdelleacquedifalda.Questisisteminecessitanoquindidiparticolariautorizzazioniedindaginipreliminariambientalichenevalutinol’impattosulterritorio.L’eventualescaricoinsuperficierichiedeinoltreunaautorizzazionepreventiva.

FIGURAA.10:Esempiodisistemadiriscaldamentodomesticoconimpiantodirettamentecollegatoall’acquadifalsaattraversounpozzodiprelievo.

Nelterzosistemagliimpiantisfruttanoilcaloredelleacquesuperficiali(laghi,fiumi,canali,baciniidrici,mare):l’acquavieneutilizzataattraversouncircuitochepuòesseresiachiuso(geoscambio)cheaperto(Fig.A.11).Lerisorseidrichesuperficialihannoilvantaggiodinonrichiederelavoridiperforazione(costierischiominerarioazzerati)ediconsentireunafacilemisurazionedeiparametrifisicidiprogetto(temperatura,portata).

FIGURAA.11:Esempiodisistemadiriscaldamentodomesticoconimpiantocheutilizzailcaloredelleacquesuperficiali.

Lapompadicalorefunzionacomeunamacchinatermodinamicareversibile,consentendoditrasferirecaloredaunmezzoatemperaturaminoreadunaltroatemperaturamaggiore.D’invernolapompaassorbecaloreadunatemperaturachepuòesserefinoacirca12–15°C(temperaturacostantenelsottosuolo)perriscaldareacquafinoa35–50°C(riscaldamento/acquasanitaria).D’estate,invertendoilciclo,lapompaassorbecaloredall'abitazioneelotrasferiscealterrenoalfinediaffrescaregliambientiinterni.Perfarquestoènecessariofornireenergiaelettricaesterna.Ilbilancioenergeticoècomunqueafavoredelsistema,poichéèingradodifornirepiùenergia,sottoformadicalore,diquellaelettricautilizzataperilsuofunzionamento,scambiandounaquotapreponderantedicaloreconilsottosuolo.L’efficienzadellepompedicaloreèespressadalCoefficientediPrestazione(COP),cheèdatodalrapportotral’energiaprodottael’energiaconsumata.

COP =

IlFattorediPrestazione(SPF)invecerappresental’efficienzaenergeticarealedifunzionamentoduranteun’interastagionediriscaldamento.Taleindicepuòesseredefinitocomeilrapportotral’energiatermicacomplessivafornitaall’impiantodiclimatizzazioneelatotaleenergiaconsumatadalsistema,sottoformadielettricità,gasoentrambi.ValoridiCOPediSPFvariabilitra3.5e5sonotipiciditecnologiecheutilizzanoscambiatoridicaloreconilterrenoesistemidiriscaldamentoapavimento.Seinvecelapompadicaloregeotermicaèaccoppiataadunpozzoconscambiotermicoconacquadifalda,ilCOPel’SPFvarianosolitamentetra4e6,5.Ingenerale,minoreèilsaltoditemperatura(T)esistentetraleduesorgenti(fluidogeotermico–acquadelcircuitodiriscaldamento/raffreddamentoesanitaria),tantomaggioreèilrendimentoenergetico;nelcicloditalepompaèquindiimplicitoilvantaggiodiutilizzareacquegeotermicheanchedibassaentalpiapiuttostocheacquefreddesuperficiali.

Ilfunzionamentodiunapompadicaloregeotermicoacircuitochiusoprevedecheilfluido,scorrendoattraversolesondegeotermiche,sottraggaenergiatermicaalterrenoe,ritornandoinsuperficieadunatemperaturamaggiore,provochil'evaporazionedelrefrigerantechecircolanelsistemadellapompadicalore.Ilcompressorecomprimeilgas(refrigerante)aumentandonelatemperatura.Nelcondensatore(scambiatore)ilfluido,passadallostatogassosoaquelloliquido,cedendocaloreall’acqua,utilizzatacomefluidovettorenell’impiantodiriscaldamentooperlaproduzionediacquacaldasanitaria.Illiquido(refrigerante)passandoattraversounavalvoladiespansionetrasformandosiparzialmenteinvaporeeraffreddandosi,vieneriportatocosiallecondizioniinizialidelciclo.Lostessoidenticosistema,conopportuniaccorgimentiimpiantistici,provvedeanchealcondizionamentoestivo.

Sebbenel’Italiapresenticaratteristicheottimaliperl’impiegoditalitecnologie,illorosvilupposipresentaancorafortementelimitato.InFig.A.12sipuòosservarecomeinItalial’energiatermicautilizzatadaimpiegodipompedicaloresiasolamentedi500TJ/anno,parial7%deltotaledell’energiatermicautilizzatainunanno.

FIGURAA.12:Energiatermicautilizzata(TJ/anno)inItaliadaimpiegodirettodirisorsegeotermiche(Bertani,2005).

Sistemiconpompedicaloreconnessealsuolooamassed’acquasonoattualmentepresentiinalmenotrentapaesie,nel2003,lapotenzatermicatotaleinstallataerastimataapiùdi9500MWt.IlmaggiornumerodiimpiantisitrovanegliStatiUnti(500.000impiantiinstallatiperuntotaledi3730MWt),Svezia(200.000per2000MWt),Germania(40.000per560MWt),Canada(36.000per435MWt),Svizzera (25.000 per 440 MWt)edAustria(23.000per275MWt)(Lundetal.,2003).L’Italiaoccupaleultime pposizioni nel la classifica europea peer potenza innstallata da pompe di ccalore geoteermiche (Fig.. A.13).

AGRICOLLTURAEDALLLEVAMENTO

Gliussiagricolideeifluidigeoteermicicompprendonolecoltivazioniaacieloaperttoedilriscaldamentodiiserre.L’acquacaldaavieneingeenereusatanellecoltivaazioniacieloapertopeerirrigareeriscaldareillterrenoattraversoddeisistemicchecombinaanoilriscalddamentodelterrenotramiteunsisttemaditubiisepoltiaadunsistemmadiirrigazioonesub‐superficiale.Lacomposizionnechimicaddelleacqueggeotermicheeusatepeerl’irrigazionnedeveessseresemprecontrollataattentamennteperevitaareeffettidannosisulleepiante.NNellecoltivazioniacieloaperto,ilcoontrollodellatemperatuuraconsenteedi:1)preveenireidanniiderivanttidallebasseetemperatureambientaali,2)estendderelastagioonedicoltivvazione,3)aumentarelaacrescitadellepianteeedincrementarelaprroduzione(FFig.A.14),e4)sterilizzaareilterrenoo(BarbiereeFanelli,11977).

L’usoopiùcomunedell’energgiageotermiccainagricollturaè,communque,ilrisscaldamentoodelleserreechepuòòridurresignnificativamennteicostiooperativi,cheeinalcuniccasirappreseentanoil355%delcostoototaledeeiprodotti(vverdureefioorifuoristagiione,piantedaappartammento,piantiinedasvilupppo).

FIGURAA.14:Curvediaccrescimentodialcuneverdure(BealleSamuels,1971).

Glianimalidafattoriaelespecieacquatiche,comeancheivegetali,possonomigliorareinqualitàequantità,sesonocresciutiinambientiatemperaturacontrollata(Fig.A.15).Inmolticasileacquegeotermichepossonoesseresfruttateconvenientementecombinandol’allevamentodianimaliconilriscaldamentodiserre.L’energiarichiestaperriscaldareunimpiantodiallevamentoècircail50%diquellanecessariaadunaserradellastessasuperficie,rendendopossibilelacostruzionediunsistemaacascata.L’allevamentoatemperaturacontrollatamiglioralecondizionisanitariedeglianimali;inoltre,ifluidicaldipossonoessereutilizzatiperpulire,sterilizzareedeumidificaregliambientiepertrattareirifiuti(BarbiereFanelli,1977).

L’acquacoltura,valeadirel’allevamentocontrollatodiformedivitaacquatiche,inquestiultimitempisièdiffusonotevolmentealivellomondiale,aseguitodell’ampliamentodelmercato.Ilcontrollodellatemperaturadicrescitaperlespecieacquaticheèmoltopiùimportanterispettoaquelloperlespecieterrestri(Fig.A.15).Mantenendoartificialmentelatemperaturaottimale,sipossonoallevarespecieesotiche,aumentarelaproduzioneeanche,inqualchecaso,raddoppiareilcicloriproduttivo(BarbiereFanelli,1977).L’allevamentodellespecieacquatichegeneralmenterichiedeunatemperaturacompresatra20e30°C.Ledimensionidegliimpiantidipendonodallatemperaturadellarisorsageotermicadisponibile,dallatemperaturachedeveesseremantenutanellavascadiallevamentoedalleperditedicalorediquest’ultima.

FIGURAA.15:Effettidellavariazioneditemperaturasullacrescitaeproduzioneanimale(Beall&Samuels,1971).

USINEIPROCESSIINDUSTRIALI

Tuttol’intervalloditemperaturadeifluidigeotermici,vaporeoacqua,puòesseresfruttatoperusiindustriali(Fig.A.3).Lediversepossibiliformediutilizzazionecomprendonoprocessiacaldo,evaporazione,essiccamento,distillazione,sterilizzazione,lavaggio,decongelamentoedestrazionedisostanzechimiche.Ilcaloregeotermicohaapplicazioniindustrialiinalmenodiciannovepaesi(LundeFreeston,2001)el’utilizzazionetendeadestendersi.Esempidiutilizzazionesonolaproduzionedielementiincemento,l’imbottigliamentodiacquaebibiteeffervescenti,laproduzionedicarta,l’estrazionedipetroliodalsottosuolo,lapastorizzazionedellatte,l’industriadelpellame,l’estrazionediminerali e della CO2,l’usoinlavanderia,l’essiccamentoditerrediatomitiche,iltrattamentodellacellulosaelaproduzionediboratiediacidoborico.Visonoancheprogettiperutilizzareacquageotermicaabassatemperaturaalloscopodieliminareilghiacciodallestradeeperdisperderelanebbiadaalcuniaeroporti.InGiappone,unafabbricaditessutihatrovatoilmododisfruttareleproprietà decoloranti dell’H2Sperprodurrestoffemoltoapprezzatenellaconfezionediabitifemminili.SempreinGiapponeèstatoprodottoun‘legnogeotermico’moltoleggero,particolarmenteadattoaduncertotipodicostruzioni.Duranteiltrattamentoconl’acquacaldadisorgentitermali,ipolisaccarididellegnooriginalesubisconounprocessodiidrolisiesonoasportatirendendoilmaterialeporosoepiùleggero.

APPENDICE2TABELLE

TABELLA1:Composizionechimicaeisotopicadelleacque.LecoordinatemetrichesonoespressesecondoilsistemadiriferimentoUTM33NED‐1950;quota(s.l.m.)inm;temperatura(T)in°C;EhinmV;pCO2inbar;salinità(TDS),F‐,Cl ‐,Br ‐,NO3 ‐,SO42‐,HCO3 ‐,Na,K,Mg,Cainmg/l;δDeδ18O in ‰ vs. VSMOW; δ34S(SO4)in‰vs.VCDT;s=sorgente;w=pozzo;p=bubblingpool;*datitrattidaVivonaetal.(2007);**datitrattidaCintietal.(2011).IdatirelativialfluidoentroilpozzogeotermicoVET1sonodisponibiliallinkhttp://unmig.sviluppoeconomico.gov.it.TABELLA1:continua