Istituto di Geoscienze e Georisorse

ISTITUTO DI GEOSCIENZE E GEORISORSE (IGG)

L ’IGG ha sede all’area di ricerca del CNR di Pisa, e ha 5 unità operative

dislocate presso le Università di Torino, Pavia, Padova, Firenze e Roma

Nel 2011 i ricercatori IGG hanno pubblicato 94 articoli scientifici su

riviste internazionali ISI; 12 articoli su libri; 18 articoli su riviste nazionali

e 9 carte geologiche

Pisa Padova Firenze Pavia Torino Roma totale

Ricercatori 29 7 15 5 7 1 64

Tecnici 13 1 1 3 0 2 20

Amministrativi 4 1 1 1 1 1 9

Totale 46 9 17 9 8 4 93

Assegni/borse/

co.co.pro 14 1 2 17

Piattaforma analiticaIGG ha una serie di importanti strumentazioni e metodologie analitiche

all’avanguardia, che permettono studi geocronologici, geochimici e

applicazioni di rapporti isotopici come traccianti di processi naturali e antropici

Strumenti unici in Italia:

• SIMS (Secondary Ion Mass

Spectrometry);

• LA-ICP-MS (Lasr Ablation-Inductively-

Mass Spectrometer);

• Ar-Ar laserprobes Mass Spectrometry

Metodologie analitiche uniche:

• In situ analisi di elementi in

tracce(REE, LILE, HFSE), elementi

leggeri (H, Li, Be, B) e volatili (F, Cl,

OH);

• Laser ablation U-Th-Pb and Ar-Ar

geocronologia;

• Laser fusion H, O determinazioni

di rapporti isotopici

• Boron isotope su matrici semplici e

complesseAltri importanti strumenti

• 3 spettrometri di massa per isotopi

stabili

• 4 spettrometri ad ionizzazione termica;

• spettrometro per gas nobili

• 2 EMP (microsonde elettroniche)

• Clean labs (classe 100 e 1000)

Metodologie routinarie:

•Determinazioni isotopiche di D,

He, C, N, Sr, Nd e Pb;

•Misure di tritio

Geodinamica ed della litosfera continentale:

Tettonica attiva e Geomorfologia

Cartografia e sistemi informativi territoriali

Ricostruzione dell’evoluzione geodinamica di Alpi e Appennini sulla base di studi strutturali, stratigrafici

e geologici,

Ricostruzione dei vari stadi di evoluzione dei rift oceanici e continentali

Rift africano orientale

Mar Rosso

Oceano Atlantico

Rift

valley

Bacino oceanico

giovane

Bacino oceanico

evoluto

Carte Geologiche e banche dati geologiche

Carte lito-tecniche

Carte di permeabilità

Carte geomorfologiche

Geochimica del sistema terra e sua evoluzione nel tempo:

Evoluzione temporale dei processi geologici

Evoluzione geochimica dei sistemi terrestri(astenosfera, litosfera, idrosfera, atmosfera)

Età in situ U–Pb su

monazite di una mylonite

(north Victoria Land,

Antarctica)

Tempo dei processi geologici

in situ età 40Ar–39Ar di una

mica bianca di un

micascisto(north Sardinia,

Italy)

Age±2 (Ma)

Age±2 (Ma)

Determinazioni di elementi in tracce e maggiori in situ usando SIMS e EMP

0.703483

0.703522

0.703609

6 mm

Valore ottenuto con

la lisciviazione

87Sr/86Sr (WR)= 0.703615

2001 2004

WR

CPX

Leachedsol.

Monitoraggiogeochimico ed isotopicodi vulcani: Mt. Etna eruzione 2001-2004

Caratterizzazione di magmi e fluidi nelle zone di subduzione

B≈30 ppm

11B≈+6‰Altered

Oceanic Crust

B≈10-200 ppm

11B≈ 0 - +12‰

MORBB≈1-2 ppm

11B≈-4‰

Seawater

B≈4.6 ppm

11B≈+40‰

B≈2 ppm

11B≈-6‰

Cross-Arc Variation

forearc

serpentinitesB≈3-10 ppm

11B≈10-18‰

Studi di base di minerali costituenti le rocce:HT : transizioni di fase, espansione termica, ordine-disordine,

etc.

HP: compressibilità, equazioni di stato, comportamento

elastico, etc.

-ln

Kd

) Mg(M) (MFe) Mg(M) (MFeentodisordinam

oordinament

2112 22

Monitoraggio

e studi di

inertizzazione

di asbesti.

Territorio, rischi geologici ed ambientali:

Impatto ambientale antropico (discariche,grandi opere e ambienti lacustri ed alluvionali)

Rischio geologico (monitoraggio ambientale aifini della prevenzione sismica e vulcanica)

1

10

100

1000

10000

10 100 1000 10000

triz

io (

U.T

.)

cloruri (mg/l)

TRIZIO VS. CLORURI

Determinazioni di componenti chimici e rapporti isotopici di elementi per lo studio dell’inquinamento in acque superficiali, suoli e particolato atmosferico.

1 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3206Pb/207Pb

1.9

2

2.1

2.2

2.3

20

8P

b/20

6P

b

Materiale geologico siciliano

Materiale geologico on-site

Surnatante

Benzine rosse

Greggio GelaMissouri

Broken Hill

Benzine rosse

Greggio di Gela

Acque contaminate

Surnatante

2.28

2.38

2.48

2.58

0.95 1.00 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25 1.30 1.35

Rocce

2.45

2.47

2.49

1.17 1.19

Roma 1998

Livorno 2007 (PM10)

Venezia 1998

Sweden

Piombo usato nelle benzine

206Pb/207Pb

208Pb/207Pb Inquinamenti di Pb in suoli ed atmosfera

SUOLI

Gli isotopi del piombo traccianol’inquinamento delle acque da parte degliIdrocarburi e gli inquinamenti atmosferici

Metodologie atte alla misura di emissioni gassose diffuse in differenti contesti (discariche, aree fumaroliche, siti di stoccaggio di CO2 e CH4, etc.).

Waste disposal of Legoli

(Pisa)

Vulcano Island

Monitoring of CO2 and CH4diffuse emission

Determinazione dei flussi emissivi di metano e CO2, da discariche RSU. Attività effettuata su 10 discariche

toscane

Le mappe di flusso consentono interventi sulla copertura e la

captazione del biogas

Previsione e mitigazione degli effetti dei cambiamenti climatici:

Confinamento dell’anidride carbonica nelsottosuolo

Paleoclima (ricostruzione delle condizioniclimatiche nei tempi geologici e cause dei lorocambiamenti)

Studio di analoghi

naturali si sequestro

di CO2 profonda: I

depositi di magnesite

della Toscana

Studio di analoghi

naturali di sequestro

di CO2

atmosferica:

carbonatazione dei

depositi della

miniera di rame di

Montecastelli

Progetto Respira – Sequestro mineralogioco

della CO2 in rocce serpentinitiche della

Toscana

Project ZET – Zero Emission Tuscany

LL08

1

Ricostruzioni paleoclimatiche e paleoambientali attraverso gli archivi naturali

Carote lacustri e marine SpeleotemiRocce idrotermalizzate

Individuazione delle risorse naturali per uno sviluppo sostenibile (Georisorse):

Risorse Geotermiche ed acque termali

Georisorse minerarie e materiali lapidei

Risorse idriche (prospezione e conservazione)

CISS formazioni porose

• Definizione della geometria e dei

confini degli acquiferi e caratteristiche

del substratoe della copertura.

• Caratterizzazione idrogeologica e

geochimica.

CISS in formazioni fratturate(16)

• Definizione, estenzione e profondità

degli acquiferinel sottosuolo

• Caratterizzazione idrogeologica e

geochimica.

Risorse Idriche (Corpi Idrici Sotterranei Significativi)

B mg/l

d11B = +12‰

d11B = +10‰

d11B = -7‰

Tracciamento delle sorgenti di

metalli preziosi (isotopi del Pb)

Es. Deposito Paleozoico di oro in

Sardegna

Dini et al., 2005; Mineralium Deposita

Arsenopyrite

quartz

gold

Magnetotelluric

a e idrologia

-20 -15 -10 -5 0 5

d13C in CO2 (0/00 vs. PDB)

Minissale et al. (1997a)

Minissale et al. (1997b)

Panichi & Tongiorgi (1975)

Nuti et al. (1980)

Radicondoli-Montieri

deep wells

Mantle range

(Kyser, 1986)Organic matter

(Craig, 1963)

Marine limestone

(Craig, 1963)

Geochimica e geochimica isotopica

MODELLO GEOLOGICOMODELLO

TERMO-FLUIDODINAMICO

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200Potencia (MW)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

Fre

cu

en

cia

Re

lativa

MW

Valutazione potenziale – Ubicazione pozzi

-8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10

d18O (0/00 vs. SMOW)

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

d2H

(0/ 0

0 v

s.

SM

OW

)

MMW GMW

SMOW

RAD30A

RAD30BIS

MONT2AMONT2

RAD34A

cold and thermal springs(*)

ANDESITICWATER

LMW

18O-shift

TR17ATR17TR18depth b.g.l.(m) 0

500

1000

2500

calcite+quartz+chlorite

epidote+albite+quartz+/-chlorite

clay minerals+calcite+quartz+/-chlorite

calcite+quartz+chlorite +/-epidote+/-albite

1500

2000

circulation loss

core-samples

17B

18A

10 m

Fluid inclusions

National Geothermal Database

EERA - European Energy Research Alliance- Joint

Programme on Geothermal Energy.

GEOthermal ERA NET -

Il potenziale geotermico in Europa continentale è stimato a circa 50.000 MW, ma solo in

Italia, Islanda e Portogallo si producono circa 1.400 MW. La comunità europea auspica una

produzione di energia elettrica da fonti geotermiche di 5-6.000 MW nel 2020 e 15-30.000

MW nel 2030.

Il piano d'azione europeo prevede: 30% di riduzione della CO2, 20% risparmio energetico,

20% energie rinnovabili e 10% di biocarburanti.

EERA e ERA NET coinvolgono 14 istituzioni europee per la ricerca

geotermica che intendono contribuire al raggiungimento degli obiettivi europei sull’energia.

Le attività sono divise in 5 sub programmi:

1) Valutazione delle risorse;

2) Accesso e ingegneria del serbatoio

3) Processo di ingegneria e progettazione dei sistemi di alimentazione

4) Funzionamento e di gestione dei sistemi geotermici

5) Sostenibilità, Ambiente e quadro normativo.

• Intelligent Energy – Europe (IEE)

Develop Geothermal Electricity in Europe to have a renewable energy mix

• Acronym: GEOELEC

Il consorzio copre 7 Stati membri dell'UE (Belgio, Francia, Spagna, Germania, Olanda, Italia, Grecia), più Islanda.

L'obiettivo di GEOELEC è quello di convincere i responsabili delle decisioni delgrande potenziale di energia geotermica in Europa. Stimolare le banche e gliinvestitori al finanziamento di impianti ad energia geotermica e attrarre potenzialiinvestitori, come le compagnie petrolifere, del gas e utilities elettriche ad investirenell’energia geotermica.

Atlante Geotermico

(Progetto del DTA-CNR)

• Prevede l’aggiornamento delle informazioni relative a sistemi idrotermali accertati e

quelli identificati su base geologica e geodinamica, sistemi idrotermali a bassa

permeabilità resi produttivi mediante stimolazione e reiniezione oltre che a ridurre le

emissioni climalteranti.

• L’Atlante Geotermico si accompagna alla strutturazione delle informazioni disponibili

in banche dati consultabili via web.

• Sono previsti studi per la valutazione degli aspetti ambientali legati all’uso delle risorse

geotermiche e la promozione di tecnologie più pulite a basse emissioni di carbonio.

I paesi con le più grandi opportunità Geotermiche in America Latina e nei Caraibi.

Grazie per l’attenzione

Italia-America Latina:Insieme verso il futuro

The skills acquired in geothermal are also currently used for studying theprocesses of greenhouse gases storage

• ULTimateCO2 – Undestanding the lon-term fate of geologically stored CO2

(FP7- Energy)

ULTimateCO2 is focused to significantly advance our knowledge of specific

processes that could influence the long-term fate of geologically stored CO2

and yield validated tools for predicting long-term storage site performance

Principali attività di ricerca dell’IGG

Individuazione di risorse naturali per uno sviluppo sostenibile (georisorse)• Risorse geotermiche e acque termali

• Georisorse minerarie e materiali lapidei

• Risorse idriche (prospezione e conservazione)

Territorio, rischi geologici e ambientali• Impatto ambientale antropico (discariche, grandi opere e ambienti lacustri ed alluvionali)

• Rischio Geologico (monitoraggio ambientale ai fini della prevenzione sismica e

vulcanica)

Previsione e mitigazione degli effetti dei cambiamenti globali• Confinamento dell’anidride carbonica (CO2) nel sottosuolo

Geodinamica ed evoluzione della litosfera continentale• Tettonica attiva e geomorfologia

• Cartografia e Sistemi Informativi Territoriali

Geochimica del sistema Terra e sua evoluzione nel tempo• Evoluzione temporale dei processi geologici

• Evoluzione geochimica dei sistemi terrestri (astenosfera, litosfera, idrosfera, atmosfera)