LE RISORSE MINERARIE ED ENERGETICHE 1. Le risorse fisiche Tutto ciò che è presente in natura e che sia utilizzabile dall’uomo, direttamente o dopo opportune trasformazioni, costituisce una risorsa naturale. Di due fondamentali risorse naturali come il suolo e l’acqua ci siamo occupati in precedenza; di seguito tratteremo di altre due categorie di risorse fisiche essenziali per lo svolgimento di ogni attività industriale e tecnologica: * le risorse minerarie, costituite da minerali metalliferi (contenenti per esempio ferro o alluminio) e non metalliferi (come lo zolfo o i fosfati) e da minerali per impiego edilizio (per esempio, calcari, argille, pietre da costruzione); * le risorse energetiche, in parte di tipo minerario, come i combustibili fossili (carbone, petrolio e gas naturale), che rientra- no tra le rocce sedimentarie organogene e i combustibili nucleari (minerali di uranio), in parte rappresentate da forme di e- nergia come l’energia solare o l’energia geotermica. Parlando di risorse, va sottolineato che il significato di “risorsa” è strettamente legato alla sua reale possibilità di utilizzo da parte dell’uomo. Due esempi tipici riguardano l’uso della selce e del petrolio: i ciottoli di selce, opportunamente scheggia- ti, furono una risorsa indispensabile durante la preistoria, per costruire i più svariati utensili, ma cessarono di esserlo dopo che l’uomo, a partire dall’età di bronzo, apprese l’uso dei metalli; il petrolio, invece, conosciuto fin dall’antichità, trovò appli- cazione pratiche solo dopo la metà dell’Ottocento, quando si crearono le condizioni per il suo impiego come fonte di combu- stibili liquidi adatti ai motori a scoppio, divenendo così una risorsa energetica di basilare importanza. Di una risorsa è importante conoscere se esistono o meno limiti alla sua disponibilità. Sotto questo profilo, le risorse vengono distinte in rinnovabili e non rinnovabili. Sono risorse rinnovabili quelle che sono disponibili in tale abbondanza che non si esauriscono con l’uso (l’energia solare, l’aria e l’acqua), oppure che si rigenerano in tempi relativamente brevi (il terreno coltivabile, le foreste, la fauna ittica marina). A proposito di queste risorse, tuttavia, va specificato che, se il ritmo di sfruttamento arriva a superare il ritmo di rin- novamento naturale, sono destinate a diventare “risorse non rinnovabili”; se da una foresta si estrae legname in quantità su- periore a quella del legno che continuamente si forma, la foresta, per quanto estesa, finisce prima o poi per esaurirsi. Sono risorse non rinnovabili quelle presenti sulla Terra in quantità limitata, come vari minerali metallici, o in quantità relativamente abbondante come i combustibili fossili, ma che in ogni caso richiedono per rigenerarsi tempi “geologici” misu- rabili in milioni di anni. Si tratta di risorse di materie prime che vengono prelevate a ritmi ben maggiori rispetto al loro tempo di rinnovamento e sono quindi destinate a esaurirsi più o meni rapidamente. Nell’ambito delle risorse non rinnovabili, va fatta comunque un’ulteriore distinzione; mentre alcuni materiali dopo l’uso sono irrimediabilmente degradati, come è il caso dei combustibili fossili una volta che sono stati “bruciati”, altri, come la maggior parte dei metalli, possono essere in parte riutilizzati una volta cessata la loro funzione d’uso, tramite il recupero dei rottami e dei rifiuti in genere e loro rifusione per ottenere nuova materia prima: sono cioè risorse riciclabili, e ciò può ridurne il rischio di rapido esaurimento. Il progressivo incremento della popolazione umana (che oggi supera il 6,5 miliardi) e il miglioramento del livello medio di vita, che si sono fortemente accentuati negli ultimi decenni, hanno comportato e stanno comportando un uso sempre più massiccio di risorse non rinnovabili, ponendo drammaticamente in primo piano il problema del loro inevitabile esaurimento e dell’accertamento delle riserve a disposizione. Le riserve rappresentano le quantità di risorse che sono direttamente sfrutta- bili con i mezzi e le tecnologie disponibili al momento. La consistenza delle riserve di risorse non rinnovabili può aumentare nel tempo, in funzione per esempio dei progressi nei metodi di individuazione di nuovi giacimenti o dei miglioramenti delle tecnologie estrattive, che potrebbero rendere appetibili giacimenti prima giudicati inutilizzabili per i costi troppo elevati da sostenere per il loro sfruttamento. Per fare un esempio, i fondali marini profondi sono uno scrigno di cospicue risorse in attesa di tecnologie adatte per por- tarle in superficie in quantità significative da un punto di vista industriale; comprendono depositi di minerali metallici situati presso le dorsali oceaniche dove si trovano sorgenti idrotermali sottomarine (di cui si dirà più avanti) e i cosiddetti noduli di manganese (o noduli polimetallici): si tratta di ciottoli di diametro fino a 15 cm contenenti ossidi di manganese e di ferro tipicamente associati a cobalto, rame, nichel e molibdeno presenti in elevata concentrazione; sono diffusi su tutti i fondali oceanici, anche se raggiungono la massima concentrazione nel Pacifico, e si trovano soprattutto a profondità variabili tra 4000 e 6000 m; nel futuro potrebbero diventare un’importante fonte di metalli pregiati (la loro quantità complessiva è stimata in circa 500 miliardi di tonnellate). In ogni caso, è inevitabile che l’ampliamento delle riserve non potrà proseguire indefinitamente e la prospettiva del loro esaurimento appare come una realtà inderogabile, a causa dell’intenso ritmo di prelievo delle risorse a livello mondiale. Il settore più problematico è quello delle fonti di energia, che dipendono per circa l’80% dai combustibili fossili: ciò rende assolutamente prioritario, da un lato, il loro utilizzo sempre più efficiente e razionale attraverso il risparmio energetico e, dall’altro, il ricorso sempre più esteso a fonti di energia alternative.

2. Le risorse minerarie Sono chiamati giacimenti minerari gli ammassi di rocce in cui, grazie a particolari vicende geologiche, sono presenti minerali utili in concentrazioni superiori alla media e comunque in quantità giudicate convenienti da un punto di vista economico. I minerali utili sono quelli da cui si possono ricavare metalli, come ferro, rame, zinco, stagno, piombo, nichel (alcuni metalli possono trovarsi allo stato puro, come l’oro, l’argento e il platino). Altri minerali, detti non metallici, come lo zolfo, il gesso, i fosfati e il salgemma (cloruro di sodio) sono in parte direttamente impiegati come materie prime. I minerali metallici si trovano in grandi depositi soprattutto in zone geologicamente antiche, per esempio, in Africa meridionale, in Canada, in Sudamerica, in Siberia e in Australia. Le risorse minerarie includono anche i materiali rocciosi, utilizzati soprattutto in edilizia e comprendenti: calcari e marne, usati nella produzione di leganti (calci e cementi); sabbie e ghiaie, usati come materiali inerti per fabbricare malte e calcestruzzi; argilla, impiegata nella produzione di laterizi (mattoni e tegole); caolino, una varietà di argilla utilizzata nel settore delle ceramiche e delle porcellane; marmi e altre pietre usate per la pavimentazione e il rivestimento degli edifici. Il processo di estrazione dei minerali dai giacimenti è detto coltivazione mineraria. La coltivazione è effettuata secondo due modalità fondamentali: * in sotterraneo, cioè in miniera, quando i giacimenti sono molto sviluppati in profondità, per cui l’estrazione avviene attraverso pozzi e gallerie collegati tra loro; * a cielo aperto, quando i giacimenti sono molto estesi e relativamente poco profondi; nel caso dei materiali rocciosi per edilizia estratti in superficie, si parla di cave. In genere, l’attività estrattiva arreca danni spesso gravi all’ambiente, più accentuati nel caso delle coltivazioni a cielo aperto; si va dallo sconvolgimento del paesaggio per gli imponenti scavi condotti e l’accumulo di grandi masse di detriti, all’inquinamento delle falde idriche e degli ecosistemi circostanti. 3. Le risorse energetiche Una società che “divora” energia Ciascuno di noi ha un fabbisogno vitale di energia che ricava come energia chimica dagli alimenti: in media un uomo a- dulto ne deve assumere circa 2500 chilocalorie (kcal) o 10,5 megajoul (MJ) al giorno, che corrispondono indicativamente al contenuto energetico di 1 kg di pane. Moltiplicando per 60-70 volte questo valore, avremo un’idea approssimata del consumo quotidiano di energia per persona richiesto per il funzionamento della nostra “società tecnologica” a livello europeo (negli Stati Uniti il consumo è molto più elevato): l’attività agricola e industriale, la produzione di elettricità, i settori dei trasporti, della grande distribuzione e dei servizi divorano quotidianamente enormi quantità di energia. Possiamo valutare quanto costa il nostro mantenimento, in termini energetici, pensando che ogni cittadino di una società benestante è come se avesse a disposizione il “lavoro mu- scolare” di decine di schiavi, grosso modo da 40 a 50, svolto però da macchine. Si può stimare che una macchina con motore a combustione interna, consumando 1 kg di gasolio, compia l’equivalente del lavoro “pesante” quotidiano di tre uomini robusti. Ogni giorno un cittadino europeo, quindi, utilizza in media una quantità di energia pari a quella ricavabile da 15 kg di petrolio: in un anno fanno circa 5 tonnellate equivalenti di petrolio o tep, l’unità di misura con cui è sovente espresso il consumo energetico nelle statistiche nazionali; questa quantità equivale a oltre 36 barili di petrolio. Un secolo e mezzo fa, un abitante dei pochi Paesi ove era in atto la rivoluzione industriale non consumava più di 1 tonnellata equivalente di petrolio all’anno; ma allora la Terra era popolata da circa 1 miliardo di persone, mentre oggi siamo oltre 6,5 miliardi! In un tempo molto breve, la civiltà umana è entrata in una fase caratterizzata da consumi energetici vertiginosamente crescenti, grazie ai progressi della scienza e della tecnologia, che hanno reso disponibili macchine sempre più efficienti, l’impiego diffuso dell’elettricità e del petrolio e l’espansione, senza precedenti, dell’attività industriale e agricola. Ora, però, superata la soglia del XXI secolo, si presenta un nuovo scenario; lo sfrenato consumo di energia nei decenni ha prodotto due effetti molto preoccupanti: da un lato l’assottigliamento delle risorse energetiche “tradizionali”, rappre- sentate dai combustibili fossili; dall’altro le ripercussioni negative per l’ambiente che l’uso di queste risorse ha determina- to e che si stanno aggravando di continuo: prima tra queste, le temute alterazioni climatiche connesse all’effetto serra. Le fonti di energia per la Terra La maggior parte dell’energia che utilizziamo proviene, direttamente o indirettamente, dal Sole, dove si libera nelle rea- zioni di fusione termonucleare. L’energia solare viene emessa nello spazio come energia luminosa o radiante, quindi sotto forma di onde elettromagnetiche: una minuscola frazione di essa “investe” il nostro pianeta e la parte che non viene riflessa direttamente nello spazio, all’incirca le metà, viene assorbita soprattutto come calore (energia termica) dalla superficie ter- restre. è in questa forma che l’energia solare: * attiva il ciclo dell’acqua, facendo evaporare le acque superficiali, che poi ricadono al suolo con le precipitazioni e in parte scorrono nei fiumi per effetto della forza di gravità; in questo modo, una parte dell’energia solare si trasforma in energia idrica; * riscalda l’atmosfera causando movimenti di masse d’aria e in questo modo si trasforma nell’energia cinetica del vento o energia eolica (a sua volta responsabile dei movimenti del mare, come le onde e le correnti).

Infine, una frazione piccolissima dell’energia solare che raggiunge la superficie terrestre è direttamente catturata dalle piante nel processo di fotosintesi e accumulata nella biomassa, cioè nei tessuti vegetali e animali, come energia chimica: è la forma in cui l’energia solare, passando dalle piante agli altri viventi, fluisce continuamente nella biosfera. I resti di vegetali e animali vissuti nel lontano passato si sono accumulati nel sottosuolo trasformandosi nel tempo in grandi giacimenti di carbone, petrolio e gas naturale: sono i combustibili fossili, che incorporano anch’essi, come energia chimica altamente concentrata, parte dell’energia solare “fissata” nella biomassa di organismi viventi che hanno popolato anticamente la Terra; oggi questi materiali sono la risorsa energetica di gran lunga più importante utilizzata dall’uomo. Oltre al Sole, vi sono altre “fonti fisiche” di energia a cui l’uomo può attingere: * l’interno della Terra, in cui è accumulata energia termica; essa è trasferita come calore alle rocce del sottosuolo che riscaldano l’acqua tra di esse circolante, che a sua volta può emergere in superficie come vapore ad alta temperatura, in grado di fornire energia geotermica; * gli elementi radioattivi che possiedono nuclei instabili, come l’uranio e il torio, presenti in minerali che costituiscono i combustibili nucleari; causando artificialmente la frammentazione (fissione) dei nuclei, si libera l’energia nucleare che tiene uniti i protoni e i neutroni; * la gravità, cioè la tendenza universale dei corpi ad attrarsi reciprocamente (come nel caso particolare tra Terra e Luna) che si manifesta come energia gravitazionale all’origine delle maree, spostamenti di masse d’acqua in grado di fornire energia mareomotrice. Risorse energetiche rinnovabili e non rinnovabili Le risorse energetiche non rinnovabili (che una volta consumate non si ricostituiscono, avendo cicli di rinnovamento lunghissimi) comprendono i combustibili fossili (carbone, petrolio, gas naturale) proprio le fonti più sfruttate, che fornisco- no energia termica per combustione, e i minerali dell’uranio, da cui si ricava energia nucleare. La loro utilizzazione, nel caso dei combustibili fossili, è causa di seri problemi ambientali, poiché è accompagnata da emissioni inquinanti e soprat- tutto dalla produzione di diossido di carbonio che contribuisce all’effetto serra; nel caso dell’uranio, i rischi più gravi sono connessi a fughe accidentali di radioattività nell’ambiente e allo smaltimento delle scorie radioattive. Le risorse energetiche rinnovabili (che sono in pratica inesauribili) derivano dal Sole e dall’interno della Terra e sono: l’energia idrica, l’energia eolica, l’energia da biomasse, l’energia solare diretta e l’energia geotermica; è rinnovabile anche l’energia mareomotrice, tuttavia è di scarsa rilevanza, poiché può essere sfruttata solo in zone particolari. A eccezione dell’energia idrica (sfruttata da oltre un secolo) le altre risorse rientrano tra le fonti energetiche alternative, così chiamate perché sfruttate con l’impiego di tecnologie recenti. L’uso delle fonti energetiche rinnovabili non comporta emissioni inquinanti e non determina significativi problemi per l’ambiente. Le fonti di energia, così come si trovano in natura, sono dette fonti primarie. L’energia delle fonti primarie in genere non è utilizzata tal quale, ma subisce trasformazioni che la rendono disponibile in una forma, detta fonte secondaria, più conve- niente per l’uso pratico: la fonte secondaria più diffusa, per la sua versatilità, è l’energia elettrica, che assicura, il funziona- mento di una quantità enorme di dispositivi e macchine. Il sistema più usato per ottenere energia elettrica consiste nel tra- sformare l’energia della fonte primaria nel movimento rotatorio di una turbina, cioè in energia meccanica; la turbina è col- legata a un generatore elettrico, di solito un alternatore, che converte l’energia meccanica in energia elettrica. È ciò che av- viene, in scala ridotta, quando andiamo in bicicletta di notte e azioniamo la dinamo, il generatore di corrente, per fornire elet- tricità al fanale. I CONSUMI DI ENERGIA DALLE VARIE FONTI. Nel mondo, in media poco meno di 4/5 (77%) dell’energia consumata proviene dai combustibili fossili, primo fra tutti il petrolio, seguito dal carbone e dal gas naturale; considerando anche l’energia nucleare, l’energia che complessivamente deriva da fonti non rinnovabili arriva all’83%. Il restante 17% dei consumi è soddisfatto da fonti rinnovabili e deriva soprattutto dall’energia da biomasse (costituite soprattutto da legna da ardere), seguita dall’energia idrica; l’energia solare diretta e quella eolica occupano l’ultimo posto, con appena l’1%. In Europa vi è un maggiore ricorso all’energia nucleare (più del doppio della media mondiale) e tra le fonti rinnovabili una quota più elevata di energia proviene dalle fonti alternative (eolica e solare) che sono comunque in costante espansione; in Italia, la ripartizione indicativa dei consumi energetici in rapporto alle varie fonti è riportata nella figura.

CONCETTI CHIAVE 1. Si può definire risorsa naturale tutto ciò che è presente in natura e che è utilizzabile dall’uomo, direttamente o dopo op- portune trasformazioni. Due fondamentali categorie di risorse fisiche sono le risorse minerarie e le risorse energetiche. Le risorse si distinguono in rinnovabili, che sono disponibili in tale abbondanza che non si esauriscono con l’uso e non rinnovabili, che sono presenti in quantità limitata, o in quantità relativamente abbondante ma che richiedono per rigene- rarsi tempi misurabili in milioni di anni. Le riserve rappresentano le quantità di risorse che sono direttamente sfruttabili con i mezzi e le tecnologie disponibili al momento. 2. I giacimenti minerari sono ammassi di rocce in cui sono presenti minerali utili in concentrazioni superiori alla media. Il processo di estrazione dei minerali dai giacimenti è detto coltivazione mineraria e si effettua secondo due modalità fon- damentali: in sotterraneo (in miniera) e a cielo aperto. I giacimenti minerari, in base al processo in cui si sono originati, possono essere classificati in tre categorie principali: giacimenti di origine magmatica, sedimentaria e metamorfica. 3. L’assottigliamento delle risorse energetiche rappresentate dai combustibili fossili e le ripercussioni negative per l’ambiente connesse al loro impiego hanno determinato l’attuale crisi energetica globale. L’energia solare rappresenta la primaria fonte di energia per la Terra sotto forma di energia eolica, energia idrica, energia diretta da irraggiamento, energia chimi- ca delle biomasse e dei combustibili fossili. Le altre fonti fisiche fondamentali di energia sono l’interno della Terra, da cui si ricava energia geotermica, gli elementi radioattivi, come l’uranio e il torio, presenti in minerali che costituiscono i combustibili nucleari da cui si ricava energia nucleare, e la gravità, che si manifesta come energia gravitazionale al- l’origine delle maree, in grado di fornire energia mareomotrice. Le risorse energetiche non rinnovabili comprendono i combustibili fossili (carbone, petrolio e gas naturale) impiegati nelle centrali termoelettriche, che sopperiscono alla maggior parte (poco meno dl 4/5) dei consumi energetici attuali e i minerali dell’uranio (combustibili nucleari), utilizzabili nelle centrali nucleari. Le risorse energetiche rinnovabili includono l’energia idrica, sfruttata nelle centrali idroelettri- che e le cosiddette fonti energetiche alternative: energia eolica (ricavata attraverso le centrali eoliche), energia da biomasse (che sono trasformate in biocarburanti), energia solare diretta (ricavata attraverso centrali solari, fotovoltai- che o a specchi e pannelli solari) ed energia geotermica (ricavata nelle centrali geotermiche). ABSTRACT * Naturally occurring materials which can be used directly after transformation, are known as natural resources. Renewable energy resources never run out. Non-renewable energy resources are present on Earth in limited quantities. * Mineral deposits contain large amounts of useful minerals. They can be extracted by tunneling underground (mining) or open-pit mining. * The Erath itself can provide geothermal and nuclear energy. Non-renewable energy resources are fossil fuels such as coal, crude oil and natural gas. Alternative energy resources include hydroelectric energy, wind energy and biomasses (biological material used as fuel). Photovoltaics and solar panels are used to harness solar power, the largest source or renewable energy.

VERIFICA DELLE CONOSCENZE 1. Sottolinea nelle seguenti frasi il termine corretto tra I due scritti in corsivo. a) I fosfati sono contenuti in minerali metalliferi / non metalliferi. b) Si ricostituiscono in tempi brevi le risorse non rinnovabili / rinnovabili. c) Le quantità di un minerale direttamente sfruttabile di cui sia stata accertata la consistenza si chiamano risorse / riserve. d) I calcari sono impiegati nella fabbricazione di leganti / laterizi. e) Le formazioni di ferro a bande fanno parte dei giacimenti metamorfici / sedimentari. f) La maggior parte dei giacimenti magmatici è costituita da filoni idrotermali / depositi evaporitici. Scegli il completamento corretto: 1. Per coltivazione di un minerale si intende: a) il processo di lavorazione di un minerale; b) la tecnica impiegata per indivi- duare il giacimento di un minerale; c) il processo di estrazione di un minerale da un giacimento; d) il procedimento usato per analizzare il contenuto di minerale utile in una roccia 2. Tra i seguenti metalli, può presentarsi allo stato nativo: a) il piombo; b) l’argento; c) lo stagno; d) l’alluminio 3. Il tep (tonnellata equivalente di petrolio) corrisponde a circa: a) 26 barili di petrolio; b) 46 barili di petrolio; c) 16 barili di pe- trolio; d) 36 barili di petrolio 4. L’energia solare è una forma di energia: a) termica; b) elettromagnetica; c) chimica; d) meccanica 5. L’interno della Terra è una fonte di energia: a) idrica; b) gravitazionale; c) geotermica; d) chimica 6. È una risorsa energetica rinnovabile: a) gas naturale; b) vento; c) uranio-235; d) petrolio 7. Per la trasformazione diretta di energia solare in energia elettrica si usano: a) cellule fotoelettriche; b) specchi riflettenti; c) celle fotovoltaiche; d) pannelli solari 8. Gli aerogeneratori sfruttano: a) energia solare; b) energia elettrica; c) energia idrica; d) energia eolica Indica Vero (V) o Falso (F) a) La principale risorsa energetica attualmente sfruttata è il petrolio. b) L’energia geotermica è una risorsa energetica non rinnovabile. c) Il gas naturale è il meno inquinante dei combustibili fossili. d) Negli atomi i protoni e i neutroni sono tenuti assieme dalla forza atomica. e) La massa e l’energia possono trasformarsi l’una nell’altra. f) Il principale combustibile nucleare è l’uranio-245. g) Nei reattori nucleari la fissione è incontrollata. h) Nella reazione di fusione nucleare i nuclei di atomi leggeri si uniscono tra loro. i) L’energia irradiata dal sole è dovuta a reazioni di fissione nucleare. Completa la seguente frase con i termini opportuni. I _______________________ _______________, come il ______________, il petrolio e il gas naturale sono utilizzati per generare elettricità nelle centrali _______________ dove si impiega il calore che si libera in seguito alla loro ___________ _____________ per riscaldare dell’acqua e trasformarla in _______________ che mette in rotazione una turbina accoppiata a un ________________ che trasforma l’energia ____________________della turbina in energia ___________________. Which of the following sequences will turn on a light bulb from a dynamo wheel: a) muscle energy – electric energy – mechanical energy; b) mechanical energy – muscle energy – electric energy; c) muscle energy – mechanical energy – electric energy Analizza la seguente situazione e rispondi alla domanda: Una famiglia spende in un anno 500 euro per l’energia elettrica; il 14% di questa spesa riguarda l’illuminazione. Si decide allora di sostituire tutte le lampadine a incandescenza installate con lampade a fluorescenza compatte a basso consumo; esse forniscono la stessa illuminazione, ma consumano appena il 20% rispetto alle lampadine tradizionali. Quanti euro risparmierà in un anno la famiglia?