Terza rivoluzione industriale

Liceo Scientifico Michelangelo-Cagliari

Alla soglia della “terza rivoluzione industriale”

“Il mondo industriale, che pur ha sostituito per mano dell’uomo quello “naturale” è ancora un mondo che non possediamo, e ci possiede esattamente come il “naturale”. Esso ha ereditato da questo il vecchio potere di determinarci fin dentro alla nostra capacità di trarne dei vantaggi, e deve quindi subire una trasformazione ulteriore che lo privi appunto del potere di condizionare le nostre scelte e determinarci” I. Calvino

Tesina di maturità scientifica

di

Federico Maria Gargiulo

Anno scolastico 2006-2007

Indice

• Premessa............................................................3
• Il petrolio..........................................................4
• Le guerre del petrolio...............................................7
• Centrali eoliche....................................................14
• Positivismo: Auguste Comte...........................................18
• Land Art: Christo Javacheff..........................................21
• La nuvola di smog di I. Calvino......................................25
• Nineteen Eighty-Four: George Orwell..................................28
• Bibliografia........................................................32

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Premessa

Nel passato la vita degli uomini e delle società fu spesso condizionata da grandi paure collettive: carestie, epidemie e invasioni barbariche, che nell’ambito della civiltà occidentale sono andate via via scomparendo; gli ultimi decenni ci hanno riservato un miglioramento delle condizioni di vita.

Ma la scomparsa o almeno la marginalizzazione di alcune delle grandi paure del passato non ha significato la liberazione dell’uomo dall’angoscia di una possibile catastrofe. Dagli anni 50 fin quasi ai giorni nostri c’era la tragica consapevolezza che l’umanità potesse scomparire per gli effetti terminali e devastanti di un conflitto nucleare: per la prima volta si affacciava l’idea che gli strumenti di distruzione messi appunto dalla scienza erano in grado di distruggere il pianeta, di produrre effetti irreversibili tali da cancellare o modificare strutturalmente la stessa natura.

A partire dagli anni 70 un’altra paura si sovrappone a quella della bomba, quella del disastro ecologico. Si tratta certamente di una angoscia diversa, che non prevede scenari di sconvolgimenti repentini, ma inquietante e dirompente per la coscienza collettiva. La consapevolezza che la modificazione della stratosfera e dello stesso equilibrio ecologico è il risultato di uno sconsiderato uso delle risorse, di uno sviluppo dell’industria presupposto come illimitato, senza tener conto delle contropartite negative dell’aver indirizzato la ricerca scientifica soprattutto in direzione di un più vantaggioso e massiccio sfruttamento delle risorse naturali.

Il senso della catastrofe non è più legato al verificarsi di eventi straordinari, ma si insinua nella quotidianità delle masse che vivono nelle metropoli del nostro tempo, le più ricche, sazie e libere da problemi materiali, ma nevrotizzate dall’irrespirabilità dell’aria, dal degrado ambientale, dall’incubo di dover rinunciare almeno in parte al proprio benessere per salvaguardare un livello decente di sopravvivenza per le generazioni future.

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Il petrolio

Il petrolio fa parte delle rocce organogene: particolari rocce sedimentarie, che derivano dall’accumulo di sostanze legate ad una attività biologica. Generalmente, si formano per deposizione di scheletri di coralli, di gusci di molluschi, di resti vegetali. La trasformazione dei sedimenti in rocce sedimentarie prende il nome di diagenesi e avviene in seguito a una serie di fenomeni di cui il più importante è la litificazione (pietrificazione), che avviene per compattazione e cementazione.

Infatti, all’inizio i sedimenti sono sciolti e si dicono “rocce incoerenti”. La compattazione avviene per sovrapposizione di sedimenti formati da granuli finissimi come le argille che comprimono i sedimenti sottostanti e riducono lo spazio tra i vari frammenti.

Con il trascorrere del tempo (centinaia di migliaia e/o milioni di anni) la tipologia degli strati può cambiare; si accumulano così uno sopra l’altro numerosi strati di materiale diverso. Gli strati più profondi vengono compressi dal peso di quelli soprastanti e tale pressione fa sì che quei sedimenti diventino rocce compatte.

Le rocce organogene si dividono in: rocce carbonatiche, rocce silicee, carboni fossili, idrocarburi. Tra le rocce carbonatiche troviamo i calcari organogeni, dovuti sia all’accumulo di gusci calcarei, spesso immersi in una matrice fine, sia costruiti da organismi che impiegano la calcite per rivestirsi di parti scheletriche.

Associate ai calcari anche se meno abbondanti, si trovano spesso le dolomie, formate da carbonato doppio di calcio e magnesio, cioè da dolomite. Tali rocce sono formate per un processo di diagenesi in rocce calcaree che vengono interessate da circolazione di soluzioni acquose ricche di magnesio.

Le rocce silicee sono formate dall’accumulo di gusci di organismi che utilizzano la silice invece della calcite, tra queste quella più diffusa è la selce. I carboni fossili derivano dalla fossilizzazione di grandi masse di vegetali (alberi, piante acquatiche, alghe); secondo alcuni studiosi gli alberi sarebbero stati sepolti nel luogo in cui vivevano, secondo altri sarebbero stati accumulati dal trasporto fluviale in bacini acquei.

Gli idrocarburi sono miscele di composti del carbonio e dell’idrogeno, a cui si aggiungono piccole quantità di composti ossigenati, azotati e fosforiti. In natura si trovano idrocarburi solidi: asfalti, bitumi; gassosi, tra i quali predomina il metano; e liquidi: petrolio e fazioni più leggere.

Tutti i tipi di petrolio sono costituiti principalmente da una miscela di idrocarburi (sostanze chimiche organiche, le cui molecole sono formate esclusivamente da atomi di carbonio in quantità variabile e di idrogeno, variamente legati fra loro), anche se solitamente contengono anche zolfo, dallo 0,1% al 5% circa, e ossigeno.

I costituenti del petrolio sono liquidi e solidi, in varia percentuale: la consistenza dei derivati è dunque molto variabile, e va da liquidi fluidi, come la benzina, a liquidi spesso di difficile manipolazione. Nel petrolio si trovano disciolte anche quantità rilevanti di particelle gassose, specialmente quando il giacimento petrolifero è associato a un giacimento di gas naturale.

Ruolo fondamentale nella formazione del petrolio lo occupa il carbonio, infatti una piccolissima parte di esso (circa lo 0,01-0,1%) sfugge all’ossidazione. Il carbonio organico quindi non deve entrare in contatto con la geosfera, in particolare deve essere protetto dall’ossigeno.

Per questo si preserva solamente nei sedimenti deposti in ambiente acquatico dove il tenore di ossigeno è basso ed è per questo che il petrolio si ritrova praticamente solo nelle rocce sedimentarie. Il principale produttore di carbonio organico è il fitoplancton (diatomee, dinoflagellati, nonnoplancton,..) mentre il contributo degli organismi più grandi, come i pesci e gli animali terrestri, è praticamente trascurabile.

Una quantità rilevante viene fornita anche dai vegetali che sono più resistenti all’alterazione e quindi hanno più tempo a disposizione per trovare un ambiente di deposizione favorevole al loro preservamento, ma in genere questi danno vita a dei depositi di carbone.

Se le condizioni sono favorevoli si può formare una “roccia madre”, ossia una roccia che contiene concentrazioni di carbonio organico tali da poter produrre successivamente del petrolio in quantità apprezzabili (almeno lo 0,5% per le rocce detritiche, e lo 0,3 % per quelle carbonatiche).

Gli ambienti di sedimentazione più favorevoli perché una roccia possa diventare “madre” sono quelli vicino alle coste, dove l’apporto di sostanze organiche è maggiore, e quelli dove le acque sono tranquille così da permettere la sedimentazione di particelle fini come lagune, estuari e scarpate continentali.

La trasformazione della sostanza organica in petrolio è una conseguenza della subsidenza attraverso la quale i sedimenti carichi di sostanza organica, subiscono uno sprofondamento verso condizioni di temperature e pressioni crescenti.

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Condizioni che già a circa 1 Km di profondità e ad una temperatura di almeno 60 C° avviano il processo di diagenesi attraverso il quale i sedimenti diventano roccia e in questo caso roccia madre. Il processo di sprofondamento continua passando alla catagenesi, continuando nella metagenesi.

Durante la diagenesi il sedimento e la materia organica, subiscono una compattazione a causa dalla pressione ed un aumento di temperatura che favorisce i batteri presenti nel terreno a “fermentare” la sostanza organica producendo CO₂ (anidride carbonica) e CH₄ (metano); quest’ultimo a volte può formare i famosi gas di palude, detto metano biogenico.

Al termine della diagenesi la sostanza organica è in parte ossidata, in parte riciclata dai microrganismi, in parte è stata fermentata e ha formato il metano biogenico e in parte infine si è trasformata in Kerogene, geopolimero complesso progenitore del petrolio. Tra i prodotti finali della diagenesi si può trovare anche il carbone che è formato da materiale vegetale.

Con l’incremento della temperatura si passa alla fase di catagenesi dove il kerogene passa allo stato amorfo in macromolecole formate principalmente da carbonio ed idrogeno, con una piccola percentuale di ossigeno, zolfo e azoto.

Aumenta ancora la temperatura e il kerogene continua a trasformarsi eliminando dalla macromolecola le molecole più leggere, e relativamente ricche di O e H, assumendo una struttura via via più ordinata e stabile.

La fase finale della catagenesi è quella dove il kerogene completa la sua maturazione (a circa 150°C e diversi Km di profondità con pressioni di circa 1000 Atm.). Qui avviene infatti il processo di cracking, indotto dal solo aumento di temperatura.

Durante questa fase il kerogene subisce la rottura della macromolecola originale formando molecole di bitume (petrolio) e di gas che, essendo molto meno dense della macromolecola di partenza, tenderanno a migrare verso l’alto e ad accumularsi laddove troveranno delle barriere rocciose impermeabili (trappole).

Il kerogene rimanente si arricchirà sempre più in carbonio, con un numero sempre minore di atomi suscettibili di rottura. Quindi ad un certo punto non sarà più in grado di produrre petrolio anche se potrà produrre discrete quantità di metano e condensati (composti leggeri in forma gassosa nel sottosuolo e liquidi alle condizioni ambientali).

Come vediamo la produzione di petrolio avviene tra due temperature: una minima di circa 60° in cui inizia la fase di diagenesi al cui termine si genera il kerogene, ed una massima tra i 100°-150° in cui il kerogene subisce il fenomeno di cracking.

Queste sono due soglie termiche che delimitano la cosiddetta finestra dell’olio, ossia l’intervallo di profondità e temperatura (calcolate con un gradiente geotermico medio) in cui la roccia madre produce la massima quantità di petrolio.

Alla soglia del metamorfismo (circa 5-6 Km di profondità e temp di circa 200°) il kerogene diventa un residuo carbonioso grafitico. Va da sé che nelle condizioni di metamorfismo non esiste possibilità alcuna di generare petrolio.

Come abbiamo detto, una volta generato, il petrolio, tende per minor densità a salire verso l’alto. Questo processo, chiamato migrazione, trova maggiore impulso quando fra pori è presente ancora acqua, attraverso una vera e propria spinta di galleggiamento.

Il tipo di roccia dove il petrolio tende ad accumularsi in maniera definitiva è generalmente diverso da quello della roccia madre; questa infatti generalmente è un’argilla, una marna, o un calcare a grana finissima, ricchi di materia organica e scarsamente permeabili; mentre la roccia, ove il petrolio si accumula e viene estratto, è quasi sempre un’arenaria o una roccia carbonatica con porosità e permeabilità elevate e con contenuto organico originario praticamente nullo.

La migrazione è distinta in due fasi: la migrazione primaria, che avviene all’interno della roccia madre cioè dalla roccia madre fino all’interfaccia con una roccia diversa; e la migrazione secondaria, in cui il petrolio, attraverso sistemi di fratture o porosità di un’altra formazione rocciosa, raggiunge un punto di accumulo (detto reservoir).

Possiamo anche avere dei fenomeni di migrazione terziaria, cioè quando il petrolio migra da un reservoir ad un altro. La migrazione primaria è innescata da un aumento della pressione causata dal craking che crea una rete di micro fratture all’interno della roccia madre nelle quali il petrolio tende a spostarsi verso zone dove vi sono condizioni di minor pressione, e quindi normalmente verso l’alto.

Una volta arrivato all’interfaccia con un’altra formazione geologica inizierà la sua migrazione secondaria, se la roccia è sufficientemente porosa, grazie alla sua leggerezza e tenderà a risalire verso l’alto fino ad arrivare in superficie.

Ma se durante la risalita trova sulla strada una roccia meno porosa, che ne impedirà il movimento, o una discontinuità chiamata tecnicamente trappola, ossia una combinazione locale di fattori geologici e fisici capaci di bloccare il percorso ascensionale dei fluidi, allora si crea una zona di accumulo del petrolio.

Esistono vari tipi di trappole che possono essere suddivise in statiche e dinamiche: tra le statiche, che sono le più frequenti, abbiamo quelle strutturali come le anticlinali (di compressione, di compattazione, sinsedimentarie, di rollover); quelle per faglia, cioè un movimento tettonico ha messo in contatto un reservoir con una formazione impermeabile.

Possiamo anche avere delle trappole stratigrafiche, cioè la chiusura del reservoir è assicurata da variazioni litologiche e particolari andamenti dei processi di sedimentazione come avviene nei reef carbonatici o nelle valli fluviali; infine ci sono le trappole diagenetiche, o associate a discordanze sedimentarie.

Naturalmente si possono anche individuare delle trappole miste, cioè che sono una combinazione di più fattori sopraelencati.

Notevoli accumuli di petrolio si possono avere anche in associazione con i domi salini come è accaduto nel Golfo Persico e nel Golfo del Messico.

Queste aree sono caratterizzate da grandi spessori di rocce sedimentarie ed evaporitiche (in prevalenza salgemma) che grazie alla loro minore densità e plasticità sono risalite verso l’alto sotto forma di enormi colonne.

Durante questa risalita il sale piega e lacera le formazioni rocciose che incontra creando delle trappole in cui si può accumulare il petrolio.

Nelle trappole dinamiche invece la chiusura del reservoir è assicurata dal flusso idrodinamico dell’acqua che contrasta la spinta di galleggiamento del petrolio.

Una roccia, per essere un buon reservoir, deve avere determinate caratteristiche di porosità e permeabilità, cioè deve essere capace di contenere i fluidi, ma anche di permettere il loro movimento (porosità interconnessa), così da permettere la sua estrazione.

Il flusso di petrolio è generalmente controllato oltre che dalla permeabilità della roccia, anche dalla viscosità del liquido e dalla presenza di fasi diverse come olio, gas, acqua.

La maggior parte dei reservoir sono costituiti da rocce clastiche, come le sabbie, arenarie e conglomerati o da rocce carbonatiche; la copertura invece deve avere caratteristiche di bassa permeabilità e in genere la scarsa tendenza a fratturarsi, quindi deve avere delle caratteristiche di plasticità che evitano la formazione di fratture e vie di fuga per il petrolio.

Una ottima copertura del reservoir risultano essere le evaporiti, caratterizzate da reticoli cristallini compatti ed elevati tenori di plasticità, che infatti sono le coperture dei giacimenti del Medio Oriente e del Mare del Nord, ma anche le argille, e le marne sono delle ottime coperture.

La trappola che contiene petrolio in quantità e in situazioni tali da permetterne l’estrazione in condizioni economicamente vantaggiose costituisce un giacimento che sarà caratterizzato da un insieme di parametri geologici e fisici (pressione e temperatura) che sono diversi da quelli che si hanno in superficie.