A qualcuno piace ancora più caldo

In Islanda l'energia geotermica viene utilizzata da decenni per generare elettricità. A tal fine, vengono perforate sorgenti sotterranee di acqua calda che raggiungono tra i 250 e i 350 gradi Celsius e si trovano a una profondità di uno o due chilometri. Queste sorgenti si formano quando i corpi magmatici intrappolati nel sottosuolo riscaldano le acque sotterranee.

Alla ricerca di giacimenti geotermici ancora più caldi e quindi in grado di fornire più energia, nel 2008 i ricercatori islandesi dell'"Iceland Deep Drilling Project" (IDDP) hanno effettuato una perforazione nel campo vulcanico di Krafla che avrebbe dovuto raggiungere i cinque chilometri di profondità. Tuttavia, la trivella si è bloccata a due chilometri di profondità. Anche un secondo foro ha mancato l'obiettivo. Il motivo: la testa della trivella ha colpito la cosiddetta intrusione di magma. I geologi definiscono le intrusioni come masse di magma viscoso e ascendente che rimangono bloccate nel sottosuolo invece di eruttare in superficie.

Giacimento perforato con acqua supercritica.

Direttamente sopra la camera magmatica, tuttavia, i ricercatori hanno scoperto un serbatoio geotermico unico: l'acqua raggiunge temperature di 450 gradi, che gli scienziati definiscono supercritiche.

L'acqua è supercritica a temperature superiori a 374 gradi. Si comporta quindi come una miscela di fasi gassose e liquide. Queste fasi non possono più essere separate e distinte l'una dall'altra. Il risultato è un fluido che può avere la densità di un liquido e allo stesso tempo fluire con la stessa facilità di un gas.

L'energia termica contenuta in quest'acqua supercritica riscaldata dall'intrusione del magma sarebbe sufficiente a generare 35 megawatt di energia elettrica da un singolo pozzo. A titolo di paragone, i normali pozzi geotermici di oggi forniscono una potenza di 3-5 megawatt e per far funzionare una centrale da 50-100 megawatt è necessario collegare insieme un'intera serie. Con un costo di diversi milioni di dollari per pozzo, l'utilizzo di acqua geotermica supercritica sarebbe quindi estremamente interessante.

Due anni dopo la scoperta di questa insolita fonte di energia, il consorzio IDDP ha iniziato gli esperimenti nel pozzo. Tuttavia, nonostante le nuove scoperte, la domanda principale che rimaneva senza risposta era come si fosse formato il giacimento, se si trattasse di uno scherzo della natura unico nel suo genere o se tali giacimenti fossero più diffusi di quanto ipotizzato in precedenza.

Vista sul sottosuolo grazie alla modellazione al computer

Tre scienziati dell'ETH hanno utilizzato un nuovo modello al computer per simulare questo insolito sistema geotermico. Ora sono in grado di spiegare come si forma, quali condizioni richiede e dove potrebbero trovarsi altri sistemi di questo tipo. I risultati e la modellazione sono stati appena pubblicati sulla rivista Nature Communications.

"Le simulazioni rappresentano il comportamento di questo serbatoio in modo realistico, anche se abbiamo mantenuto il modello il più semplice possibile e abbiamo incluso solo pochissimi parametri", spiega Thomas Driesner, libero docente presso l'Istituto di geochimica e petrologia dell'ETH di Zurigo. Ciò rende ancora più piacevole il fatto che le simulazioni abbiano riprodotto ciò che i ricercatori dell'IDDP hanno osservato nel foro.

La permeabilità delle rocce è fondamentale

L'intrusione di magma, che ha una temperatura di circa 1000 gradi, è completamente impermeabile all'acqua. Con le simulazioni, Samuel Scott, dottorando di Driesner, è riuscito a dimostrare che un fattore chiave che porta alla formazione di questi giacimenti geotermici è la permeabilità della roccia circostante. Se la roccia è altamente permeabile, l'acqua può scorrere verso l'alto senza incontrare resistenza. Di conseguenza, trasporta il calore più velocemente e il corpo magmatico si raffredda più rapidamente. Se invece la permeabilità della roccia è bassa, l'acqua si accumula al di sopra dell'intrusione e si riscalda maggiormente, talvolta oltre il punto critico. Inoltre, la camera magmatica rimane calda più a lungo se il trasporto di calore è "povero".

Il basalto come "terreno di coltura" ideale

Tuttavia, la permeabilità nelle immediate vicinanze del magma è fondamentale. Lì, ad alte temperature, le rocce iniziano a deformarsi plasticamente sotto la pressione prevalente. Le crepe e le fessure attraverso le quali potrebbe scorrere l'acqua si chiudono. Le temperature a cui si verifica questo fenomeno determinano quindi quanto può diventare calda l'acqua. La temperatura di questa transizione verso il comportamento plastico dipende dal tipo di roccia. Ad esempio, il basalto, tipica roccia vulcanica, diventa plastico e impermeabile a temperature comprese tra i 500 e gli 800 gradi, mentre nel granito, più ricco di silicio, ciò avviene a 350 gradi.

Se la roccia ospite è costituita da basalti, le probabilità che si formi un serbatoio geotermico di questo tipo sono elevate. "In aree vulcaniche come l'Islanda, la Nuova Zelanda o il Giappone, tali serbatoi di calore sono quindi probabilmente più comuni di quanto finora ipotizzato", concludono i ricercatori dell'ETH sulla base dei calcoli del modello.

Il modello aiuta nella ricerca dei giacimenti

Il modello mostra come i vari fattori geologici di permeabilità della roccia, la roccia circostante e la sua temperatura di transizione verso il comportamento plastico, nonché la profondità dell'intrusione, debbano interagire per creare le condizioni ottimali del giacimento. Queste conoscenze aiutano nella ricerca mirata di questo serbatoio di acqua molto calda.

"Il modello ci dà alcune idee sui criteri in base ai quali si sviluppano tali zone e su come riconoscerle", continua Driesner. Le situazioni naturali sono certamente più complesse, ma con il loro modello hanno ora un buon strumento per facilitare la ricerca di tali fonti di energia".

I ricercatori stanno ora lavorando per espandere il metodo. Nell'ambito di un progetto Sinergia finanziato dal FNS, vogliono lavorare a stretto contatto con i geofisici per scoprire se questi giacimenti possono essere rilevati anche con metodi sismici.