Lo sfruttamento dei depositi minerari crea sempre dibattiti sulla necessità economica contro la conservazione dell’ambiente. Il fracking per il gas nella regione del Karoo in Sudafrica è attualmente oggetto di un vigoroso dibattito. Questo articolo non riguarda il fracking, ma tocca gli aspetti della ritenzione o perdita di gas nelle rocce del Karoo. Evidenzia anche il potenziale per altri depositi minerari nella stessa area.

Formazione delle rocce nel Karoo

I Drakensberg dominano il paese montuoso del Lesotho nell’Africa meridionale, e sono composti interamente da lave basaltiche (come le Hawaii).

L’eruzione di queste lave ha concluso un lungo periodo di accumulo di materiale sedimentario da 300 a 180 milioni di anni fa – sabbia (ora arenaria gialla), argilla (ora scisto blu-nero) e materiale organico, quest’ultimo ha prodotto gli estesi depositi di carbone del Sudafrica, nessun petrolio, ma forse accumuli di gas.

Lo spessore totale di questi strati sedimentari e flussi di lava ha probabilmente raggiunto 6 km e 2 km rispettivamente. Questi strati sedimentari e lave coprivano gran parte del Gondwana, l’antico mega-continente di Africa, Sud America, India, Australia e Antartide che si divise e si allontanò a causa delle forze delle eruzioni vulcaniche 180 milioni di anni fa.

Dolerite sills

Associato alla vasta effusione di lava c’era un enorme sistema di tubature profonde di roccia fusa, chiamato magma. I magmi hanno avuto origine dalla fusione a profondità di 100 km all’interno della Terra, e si sono infiltrati verso l’alto fino alla superficie. Qualsiasi giuntura, crepa o debolezza nella crosta terrestre sarebbe stata sfruttata dal magma invasore. Le rocce sedimentarie sono come pile di frittelle – strati molto sottili con superfici di separazione definite in mezzo.

Il magma che invadeva verso l’alto si iniettava orizzontalmente lungo queste superfici di separazione, per decine o anche un centinaio di km. Mentre il magma si raffreddava produceva una roccia dura e nera (non diversa dalle lave basaltiche) che è chiamata dolerite. Dove il magma ha invaso un piano orizzontale, lo chiamiamo davanzale.

Essendo molto più duro delle arenarie e degli scisti sottostanti e sovrastanti, questi davanzali di dolerite formano le colline dalla cima piatta che caratterizzano il paesaggio del Karoo in Sud Africa. Gli studi hanno dimostrato che la successione del Karoo contiene circa il 10% del suo spessore in lamelle di dolerite, con uno spessore medio delle singole lamelle di 30 m. Dove il magma si è solidificato in una frattura ripida la chiamiamo diga.

Dolerite che taglia strati di rocce sedimentarie. Grant Cawthorn

Trapping of gas in the rocks

Dovrebbero essere spiegati due aspetti molto diversi e potenzialmente importanti dal punto di vista economico di queste lamelle. Il primo riguarda la conservazione del gas. Sono state tracciate molte analogie tra gli scisti contenenti gas nelle formazioni sedimentarie di tutto il mondo con le rocce del Karoo in Sudafrica e le ben note questioni di economia contro ambiente sono vigorosamente dibattute.

Tuttavia, il Karoo è l’unico esempio che ha abbondanti sills di dolerite. Ci sono due effetti potenzialmente opposti delle lamelle di dolerite. Il gas si è formato da materiale vegetale organico in decomposizione che è stato sepolto sotto spessi strati di sabbia e argilla. Il gas normalmente saliva molto lentamente verso l’alto attraverso piccoli pori e spazi nelle rocce fino ad essere intrappolato sotto uno strato di roccia che non ha pori. Noi chiamiamo quello strato impermeabile.

Le lamelle di dolerite formano tali strati impermeabili e quindi possono aver agito come buone rocce trappola per il gas. Così le rocce sotto un davanzale di dolerite potrebbero fornire un buon obiettivo di esplorazione.

Ma c’è anche un processo opposto. Il magma si è intruso a 1200 gradi Celsius. Raffreddandosi ha riscaldato le rocce circostanti. L’ampiezza di questa zona di riscaldamento dipendeva dallo spessore del davanzale di dolerite. La temperatura più alta alla quale il gas può sopravvivere è di circa 250 gradi Celsius, oltre quella temperatura verrà bruciato. Quella temperatura sarà superata per tutte le rocce circostanti che si trovano entro la metà dello spessore della dolerite stessa (sia sopra che sotto).

Tutto il gas presente nelle rocce sedimentarie a 180 milioni di anni fa entro quella distanza dal davanzale sarebbe stato distrutto. Così, un davanzale di 30 metri di spessore brucerebbe tutto il gas entro 15 metri sopra e sotto. In un certo numero di località di superficie le rocce sedimentarie sono state trovate per mostrare una struttura molto insolita.

Le rocce sono state rotte e ricomposte, e ampiamente alterate. Queste caratteristiche sono state attribuite al rilascio di fluidi e gas ad alta temperatura dalla profondità. Sono la prova che l’intrusione delle doleriti ha liberato gas che sono fluiti verso l’alto? Se è così, potrebbe esserci meno gas del previsto. Quindi non sappiamo cosa aspettarci che l’effetto della dolerite possa essere in termini di conservazione del gas.

I depositi nascosti di nichel e rame

Il secondo aspetto economico potenziale riguarda la mineralizzazione di solfuro di nichel e rame. Una parte considerevole del nichel mondiale è estratta dalle doleriti. Il miglior esempio è in Siberia, Russia. In Sudafrica c’era una piccola miniera di mineralizzazione di solfuro di nichel-rame a Insizwa, vicino a Kokstad, nel KwaZulu-Natal. L’intrusione ha uno spessore di 1000m.

Anche se quantità trascurabili di minerale sono state estratte, c’è l’evidenza chimica che depositi molto più grandi dovrebbero verificarsi alla sua base. La logica è che se un liquido immiscibile ricco di zolfo si separasse dal magma (come l’olio che si separa dall’acqua, o le goccioline di grasso che si formano su una ciotola di acqua di lavaggio che si raffredda) una parte considerevole del nichel e del rame verrebbe estratta nel liquido solfidrico, che poi forma un deposito minerario.

Il magma rimanente sarebbe quindi impoverito in nichel e rame rispetto alla sua composizione originale. Sulla base della differenza tra il basalto “normale” e le rocce di Insizwa è possibile calcolare che enormi masse di solfuro ricco di nichel e rame dovrebbero essere nascoste sotto l’intrusione.

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