Roma, 5 giu – Petrolio e gas naturale sono, insieme al carbone, i mattoni fondamentali su cui si basa la civiltà moderna, senza i quali non avremmo raggiunto il grado di progresso e benessere che abbiamo oggigiorno. In questo approfondimento si cercherà di dare un quadro generale sull’origine di questi due tipi di idrocarburi, tralasciando il carbone che per composizione e genesi è diverso.
Innanzitutto occorre chiarire cosa sia un idrocarburo: con questo nome genericamente viene indicato qualsiasi composto chimico organico contenente idrogeno e carbonio i cui atomi hanno la tendenza a legarsi l’un l’altro formando delle catene che possono essere aperte, chiuse, ad anello o cicliche.
Gli idrocarburi si dividono in tre gruppi principali a seconda della loro struttura molecolare: alcani (o paraffine), nafteni (o cicloalcani) e aromatici. Esempi di alcani sono il metano, il propano, il butano, in cui gli atomi di carbonio sono legati a formare catene semplici e lineari, i nafteni sono il ciclopentano e cicloesano in cui gli atomi invece formano anelli, mentre gli aromatici sono benzene e naftalene che hanno la caratteristica di avere un sistema di legami doppi alternati a legami singoli e sono molto stabili.
Gli idrocarburi sono i costituenti principali degli olii e gas che vengono estratti dal sottosuolo; insieme a questi ci sono anche impurità che sono costituite: negli olii da composti NSO (azoto, zolfo e ossigeno), mentre nei gas naturali, il cui principale è il metano (CH4), è presente anidride carbonica (CO2), solfuro d’idrogeno (H2S), azoto ed elio in diverse concentrazioni a seconda del giacimento.
Esistono anche idrocarburi allo stato solido, che spesso sono indizio di giacimenti profondi, che si formano per ossidazione dei petroli ad opera di acqua o aria o per effetto di metamorfismo regionale, che prendono il nome di scisti bituminosi (oil shales) o sabbie bituminose (tar sands) che costituiscono un potenziale enorme di riserva ancora parzialmente sfruttata.
Ma come si formano? Idrocarburi ed impurità ad essi correlate sono frutto della decomposizione in ambiente anossico (cioè privo di ossigeno) di microorganismi che vivevano nei mari del passato geologico della Terra, in particolar modo plancton animale e vegetale. Alla morte questi organismi si depositano sul fondo del bacino marino e vengono ricoperti da sedimenti; qualora questo bacino abbia delle caratteristiche morfologiche adeguate che gli permettono di avere un ambiente anossico, ad esempio essere ristretto, con poco o nullo scambio di acque col mare aperto, con lo scorrere del tempo e la costante sedimentazione si andranno a formare degli strati di roccia con elevata quantità di materia organica intrappolata (roccia madre) che, dopo un particolare processo di maturazione, andrà a formare gli idrocarburi.
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Il fattore determinante nel processo di maturazione della materia organica è l’aumento di temperatura (l’aumento di pressione in realtà lavora in senso contrario). Quando l’accumulo di sedimenti è molto elevato questi sprofondano a causa del loro stesso peso o per eventi tettonici esterni, e grazie al gradiente geotermico (in media 35°C per ogni km di profondità) la roccia madre raggiunge un determinato intervallo di temperature, chiamato finestra ad olio (tra i 50° e i 150°C), che permette l’innesco del processo di trasformazione della materia organica in idrocarburi liquidi. Questa materia organica prende il nome di “kerogene” e ne esistono di 3 tipi a seconda della percentuale di idrogeno presente e, soprattutto, in base alla derivazione: il tipo I (raro) deriva da microalghe che vivono in laghi a clima caldo, ha una elevata percentuale di idrogeno e dà origine a idrocarburi liquidi limitati quasi esclusivamente agli scisti bituminosi, il tipo II (il più diffuso) deriva dalla biomassa costituita da alghe, spore, pollini e resine depostesi in condizioni anossiche, anch’esso ha un’elevata percentuale di idrogeno ed è la fonte principale degli idrocarburi liquidi, infine il tipo III che è costituito da resti di vegetazione terrestre (lignina e cellulosa) caratterizzato da una bassa percentuale di idrogeno e per questo ha una ridotta capacità di generare idrocarburi che sono principalmente di tipo gassoso.
La materia organica, quindi, subisce all’interno della Terra un processo di maturazione simile a quello effettuato artificialmente dall’uomo nelle raffinerie: il cracking, ovvero la rottura dei suoi legami chimici complessi per mano dell’aumento della temperatura. Se, infatti, la temperatura supera il valore soglia di 150°C non si troveranno più idrocarburi liquidi ma solo gassosi; vengono quindi individuate 3 soglie legate alla temperatura e alla profondità che possono generare i diversi tipi di idrocarburi: avremo diagenesi con produzione di metano biogenico, ovvero dovuto alla naturale decomposizione della materia organica, entro i 1000 metri di profondità e a temperature al di sotto dei 50°C, la catagenesi (la finestra ad olio) tra i 1000 e i 4000 metri circa di profondità e temperature comprese trai i 50° e i 150°C, infine la metagenesi, la genesi del metano, a profondità tra i 4000 e i 6000 metri e temperature al di sopra dei 50°C. Questo significa che se la roccia contenente la materia organica, chiamata roccia madre, continua a sprofondare all’interno della Terra e raggiunge temperature molto alte non avremo più la possibilità di avere idrocarburi, né liquidi né gassosi, che saranno via via espulsi gradualmente durante questo fenomeno, e andremo incontro a processi che la altereranno in modo irreversibile che vanno sotto il nome di metamorfismo.
Paolo Mauri
