Umberto Bordelli
Le chiamiamo acque nuove: anche all'estero
le hanno chiamate con tale nome, dopo lungo studio, perplessità e finalmente dopo la certezza che si tratta di acque non ancora utilizzate, e che potranno rappresentare la fonte di ap-provvigionamento futura, vicina, provviden-ziale.
Brevemente, la storia. In piccole isole a rocce granitiche o eruttive, i fari dei Mari del Nord, non avevano acqua: occorreva por-tarla con nave. Perforazioni in roccia, adatte e poco profonde, trovarono acqua non salata né inquinabile. In alcuni bacini fluviali degli Stati Uniti — dove si fecero molte ricerche, coronate da successo — si osservò che il de-flusso, tenuto conto dell'evaporazione e del-l'assorbimento d'acqua dovuto alla vegetazio-ne — era troppo superiore alle precipitazioni atmosferiche, per non pensare ad un'altra ori-gine dell'acqua. Perforazioni in roccia com-patta, primaria, eruttiva, senza traccia di sedi-mentazione né di alluvione né di depositi gla-ciali, hanno messo in evidenza che l'acqua in-contrata nelle fessure di tali rocce, era di ori-gine « magmatica », e non proveniente dal « ciclo atmosferico »: ossia acqua mai evaporata, non condensata in nubi, non percolata nel terreno, dove localmente non v'era porosità ma soltanto fessure in roccia compatta. Tanto maggiore la portata d'acqua del pozzo, quanto maggiore era la compattezza della roccia. Pertanto acque « nuove »: perché non si conoscevano acque simili, e perché era necessario ammettere che erano venute verso la superficie della terra dal profondo, proprio come i magmi eruttivi: quelle acque che aiutarono a segregarne i mine-rali; acque «minerali» esse stesse, perché mi-granti verso la superficie della terra con gli altri minerali, cristallizzatisi presto o tardi, depositatisi in tanti modi: insomma, separatesi dal magma eruttivo che li conteneva diffusi, in filoni, dicchi, penetrati pneumatoliticamente nelle rocce porose dei fianchi nella loro ascesa. Invariabile, l'acqua, prima ossigeno e idrogeno nel seno profondo e caldo della terra, e poi combinazione dei due sotto forma di vapore, e-poi acqua liquida, ha invaso le fessure che
la conservano da millenni: o che, se ne fuoriesce naturalmente, la rinnovano, come si rinnovano le gocce d'acqua su un coperchio di pentola che è sul fuoco.
In breve, non vi sono dubbi che molte acque che scorrono coi fiumi, incontrate dai perfori in roccia, sono acque che provengono dal profondo, dai magmi eruttivi: sono acque « nuove ».
La quantità di queste acque « nuove » ? Grande: interessante i nostri bisogni. La sua qualità ? Ottima. Pochi sali sciolti perché non vi è presenza di anidride carbonica: non ha percorso il « ciclo atmosferico » ricordato sopra. Ottima, perché non possedendo acido carbonico « aggressivo » (ossia non chimicamente combi-nato) non intacca i tubi degli acquedotti me-tallici, non scioglie quelli di cemento: non presenta « embolia », malattia che nell'uomo può impensierire, e che nelle tubazioni produce soltanto perdita di danaro, di tempo e simili. Vi sono in Piemonte tali acque ? Non pos-siamo rispondere perché ricerche pare non ne siano state fatte, e se lo scalpello della sonda le ha incontrate, il perforatore non le ha cata-logate in modo da poterle riconoscere e ritrovare.
Il Piemonte è ricchissimo di tutte le rocce da cui altrove sono state estratte acque « nuo-ve ». Vi sono, infatti, graniti, rocce ofiolitiche, le verdi; gli scisti abbondantissimi, ed altre minori ma sempre abbondanti. Immaginiamo l'enorme fascia prealpina e alpina come so-vrastante ai profondissimi magmi eruttivi da cui provenne, milioni di anni fa e vediamo cogli occhi della mente le fessure, che descri-veremo fra poco. E figuriamoci i mezzi per arrivare economicamente a tali acque.
È questo lo scopo del presente articolo. I fatti concernenti le acque suddette, possono essere già conosciuti. Ma la tecnica per usu-fruirne va messa a punto. Le aggiunte alle conoscenze già diffuse negli ambienti interessati porteranno certamente verso una materializ-zazione delle possibilità di usufruire delle acque stesse.
Una parentesi sui detriti trasportati dal fiume Po. Essi, ad un esame semplicemente
visivo, si dimostrano provenienti da rocce eruttive. I depositi lasciati dal Po sulle ban-chine che lo costeggiano, quando è in piena e le sovrasta col suo livello, sono di tale natura; granuli uguali, che scricchiolano all'orecchio (cristallini) e che non hanno traccia di argilla. Se secchi a dovere, il piede che li solleva, non produce polvere; essi cadono rapidamente al suolo. Non vi sono argille; raccolti laddove la corrente è la più lenta, sulle banchine dette sopra, se vi fosse argilla in q u a n t i t à sensibile, non potrebbero esimersi dal produrre polvere, il che non accade. Sono rocce eruttive polveriz-zate, erose, trasportate dalle acque. Senza dubbio molta acqua del fiume Po, è di prove-nienza extra-ciclo atmosferico, ossia dal pro-fondo delle rocce erose in superfìcie, come
detto.
Il letto del Po, in Torino, non è molto permeabile: non vi sono elementi di granulo-metria sufficientemente grossa ed eguale, per farlo.
Ma il letto dei torrenti e dei fiumi di lato sinistro del Po sono permeabili. Generalmente, le alluvioni attuali, non potenti come quelle storico-geologiche, hanno facoltà di trasportare gli elementi sottili: quelli che vediamo sulle banchine torinesi del Po, ma non le ghiaie e il sabbione che giacciono al fondo del fiume e del torrente, portati da alluvioni ben più potenti. Vedremo di avvalerci anche di questo elemento, quando proporremo pozzi a raggera, parte infil-trantesi nel letto ghiaioso del fiume montano e parte raggiungenti le fessure delle rocce di cui parleremo.
Anche la formazione delle fessure superfi-ciali — e solo di quelle; delle faglie profonde tratteremo dopo — nelle rocce eruttive dev'esser vista sotto un profilo particolare. Infatti, la esperienza ormai vasta ha messo in evidenza che le fessure, in cui quasi sempre v'è acqua, rimpiccioliscono m a n mano che si approfon-discono: sempre parlando di fessure superficiali, ad una d a t a profondità sono t a n t o rimpiccio-lite da non interessare più, o cessano addirittura. La ragione è stata t r o v a t a dai primi che h a n n o individuato acqua in tali fessure. Ecco in breve il meccanismo della loro formazione: una pic-cola fessura iniziale, di pochi millimetri, al variare della temperatura, meglio al soprav-venire del freddo, si apre, perché la roccia adiacente si ritira. In tali condizioni il mate-riale, che la occupa, scende e si incunea nella parte sottile della fessura che, al sopraggiun-gere del caldo, si approfondisce, perché le rocce ai lati si dilatano, comprimono la fessura le cui pareti fanno, per cosi dire, perno sul mate-riale che la riempie (argilla, sabbia, ecc.) e
la fessura stessa procede, si allunga: per poi ritirarsi sotto l'effetto del successivo freddo, riempirsi ancora, come detto, e procedere nel-l'allungamento (approfondimento spesso) fino al limite di profondità, che è raggiunto e non sorpassato, perché l'effetto delle variazioni di temperatura arriva ad una profondità che dipende dalla conduttività termica della roccia e dai valori del differenziale di temperatura. Queste fessure appartengono, come l'acqua per-colatavi, al ciclo atmosferico. Vi sono inoltre le fessure-faglia: d'altra natura e indipendenti dal processo tracciato sopra, che arrivano in profondità fino a raccogliere il vapore d'acqua appena liberato dal magma e trasportarlo verso la superfìcie, dove si raffredda e forma l'acqua che vi troviamo. Tali acque « nuove » spesso alimentano anche fessurazioni superficiali pro-dotte dalla differenza di temperatura, come descritto.
Come arrivare a tali fessure alimentate in continuo dalle acque magmatiche del profondo ? Come impadronirsi delle loro acque ? La risposta proviene dalla tecnica delle perforazioni: perfori in roccia compatta si fanno soltanto con rota-zione a testa di diamante, ossia con taglienti costituiti da corona dei noti diamanti speciali per perforazioni; a diametro piccolo (50-70 mm), e se occorreranno, dopo esplorazione fatta, per-fori di diametro maggiore, bisognerà rivolgersi ai sistemi di perforazione a percussione, e ciò nelle rocce primarie, causa la loro durezza, non permette che un avanzamento di un metro o due nelle 24 ore di lavoro, assolutamente insuf-ficiente. Questo f a t t o è basilare per le proposte che facciamo t r a poco.
Concludendo, i perfori normali in rocce eruttive, non possono garantirci che in casi eccezionali una portata interessante di acqua.
Aggiungiamo, per una completa compren-sione, che la direzione delle fessure ha impor-tanza definitiva per ogni prospettiva di lavoro migliore: infatti, le fessure dovute alla tempe-r a t u tempe-r a hanno ditempe-rezione ptempe-revalentemente otempe-riz- oriz-zontale. È il movimento della parte superiore della roccia, sottoposto alle variazioni di tem-peratura dette sopra, che produce tali fessure, dovute al movimento, proprio in senso oriz-zontale, di t u t t o lo spessore roccioso sotto-posto allo sbalzo di temperatura. Anche fessure verticali o subverticali, producono a una data profondità un distacco dello spessore di roccia da quello sottostante. I n f a t t i la porosità della roccia, grosso modo quella dovuta alle fessure, si arresta ad una d a t a profondità, caratteri-stica della roccia, degli squilibri di temperatura e simili. Questi risultati sono dovuti ai ricer-catori americani, e corroborati da pozzi
nume-rosissimi, perforati j)er privati che se ne ser-vono prevalentemente per agricoltura: e negli Stati Uniti i poderi agricoli non sono certa-mente di superficie ridotta, specialcerta-mente in California, dove il sistema ha avuto il massimo successo portato dalla fecondità di quella terra e dalla ben nota scarsità d'acqua.
E naturale che un perforo verticale, come si ha l'abitudine di fare, giustamente, nell'inco-gnita delle circostanze sottostanti, incontra la fessura acquifera orizzontale in un solo punto; il che non permette una portata sufficiente ai bisogni agricoli anche se la fessura è ricca d'acqua.
Pertanto, un perforo orizzontale ci darebbe assai maggiore acqua: e sarebbe conveniente anche per la maggiore possibilità di pulire la fessura suddetta sempre più o meno riempita di argilla o limo o sabbia diversa, onde rica-varne, per la maggiore permeabilità cosi impar-titale, maggiore acqua.
Non è conveniente perforare, per arrivare alla fessura orizzontale, servendosi dei noti
Fig. I - Un dicco di materiale eruttivo, segnato a crocette, entro il sedi-mentare. In alto del dicco, orizzontalmente la fessura a profondità rela-tivamente piccola, generata dagli squilibri di temperatura che arrivano, circa, appunto fino a tale fessura, data dallo scorrimento per tali squilibri di tutto il materiale che giace al di sopra. I pozzi p-p arrivano solo a tale profondità. Invece, i pozzi P-P arrivano alle faglie che danno acqua « juvenile » o nuova. Essa proviene dal profondo, dal magma fuso, e ascende lungo le faglie secondo le frecce. RS, roccia sedimentare. RE roccia eruttiva. Da notare che i P-P non potranno mai dare portate elevate come quelle dei pozzi a drenaggi orizzontali, come visti in fig. 4.
Fig. 2 - Pozzo a raggera, oggi usato in stratificazione sedimentaria, fluviale, glaciale e simili. Infatti, in A si rappresenta l'argilla impermeabile. In SA lo strato acquifero, fra le due argille, la superiore e la inferiore. Pr, il pozzo di cemento, diametro 2-4 metri, da cui si dipartono numerosissimi drenaggi orizzontali, DO, che possono essere in file sovrapposte. In E, in basso si rappresenta, in piccolo, la raggera di uno di tali strati di dre-naggi. V sono le valvole a saracinesca per isolare un dato drenaggio. P-P le pompe e M-M i motori elettrici per azionarle. S uno scudo di cemento posato sul fondo, sopra l'argilla, a reggere tutto il pozzo. In DO si vede lo strato acquifero trattato (vedi fig. la) onde renderlo più permeabile per facilitare il drenaggio dell'acqua. 11 livello idrico LI rimane quasi costante, al contrario di quello che accade nei pozzi verticali (vedi fig. 3) e pertanto sotto tale livello LI vi è sempre ambiente anaerobico, col vantaggio spie-gato nel testo.
mezzi di perforazione verticale, rotazione o percussione.
I pozzi a raggera, argomento del presente articolo, applicati al caso delle fessure in roccia primaria, sono adatti. Però occorre modificarli per le difficoltà della roccia incontrata, e, so-prattutto, per potere facilmente produrre i perfori orizzontali che raggiungano le fessure o faglie.
Li descriveremo, colle opportune modifiche, qui di seguito.
Magma eruttivo: liquido, in profondità; fessure superficiali, e profonde.
Principi generali dei pozzi a collettori oriz-zontali.
In fig. 2 abbiamo rappresentato tali pozzi. Un involucro esterno, generalmente di cemento armato, ottenuto approfondendo i cassoni me-tallici che man mano si ritirano permettendo
Fig. 1a - Sistema di spinta nello strato e di pulizia del tubo di drenaggio. D tubo di drenaggio. SA strato acquifero attorno a tale tubo T testa di penetrazione; perforata come il tubo, tp tubo di pulizia interno al naggio. L'acqua viene aspirata da tale tubo tp e la sabbia attorno al dre-naggio viene asportata aumentando la permeabilità dello strato. P tam-pone spostabile estraendo il tubo tp man mano che la pulizia viene ese-guita. F flangia di spinta per introdurre la tubazione di drenaggio nello strato. PC pozzo di cemento, da cui partono i drenaggi. Questo sistema di posa dei drenaggi è fra i migliori.
la gettata di cemento, e perfori orizzontali, ottenuti con metodi diversi, che raggiungono o la stratigrafia ghiaioso-sabbiosa dei fiumi (par-tendo dalla sponda), o le fessure profonde o superficiali di cui abbiamo parlato, e rappre-sentate in fig. 1.
I vantaggi generali di tali pozzi sussistono anche nel caso in cui si arrivi a fessure ricche d'acqua: e sono anche validi quando i drenaggi, o pozzi orizzontali, arrivano alla stratigrafia al-luvionale. Comunque i vantaggi sono i seguenti:
1. Portate considerevoli, superiori assai a quelle dei pozzi verticali. I n f a t t i la loro super-ficie filtrante è maggiore.
2. Velocità di percolazione nello strato ac-quifero — alluvionale o fessure in roccia — sufficientemente piccola perché, malgrado la grande portata, non è tale da trascinare gli elementi sottili del terreno, ossia le sabbie, oppure le argille che riempiono le fessure delle rocce.
In un pozzo verticale la superficie filtrante è limitata dall'altezza dell'acqua a regime di lavoro (inferiore spesso di molto a quella sta-tica vedi fig. 3) e dal diametro del pozzo. La superficie libera dello strato acquifero subisce delle variazioni d u r a n t e l'anno, per ragioni di siccità o di p o m p a m e n t o accelerato durante la stagione estiva. La superficie filtrante pertanto, a parità di portata, varia sensibilmente. E le velocità di passaggio dell'acqua attraverso il filtro variano parimenti colla possibilità di danno, derivante dalla velocità, che aumentan-do, trascina gli elementi solidi sottili dello strato: instabilità del pozzo, possibilità di
for-mazione di vuoti relativi nello strato acquifero, e di stabilizzazione successiva con improvviso movimento della sabbia a colmare i vuoti sud-detti, con urto contro il tubi-filtro del pozzo. Poi il deposito delle materie solide sottili nei tubi di distribuzione d'acqua, l'erosione delle pompe, ecc.
3. La spinta nel terreno dei tubi orizzontali, permette di ottenere una grandissima super-ficie filtrante, aumentabile a piacere, secondo le necessità locali. I tubi orizzontali possono raggiungere la lunghezza di metri 40-80. Sono veri drenaggi efficientissimi, che investono t u t t a la zona da drenare, e aumentano enormemente la quantità d'acqua che si potrà pompare. Il pozzo centrale, da cui partono tali tubi oriz-zontali ha il diametro di metri 2-4; dì cemento, come detto, viene chiuso al fondo con uno scudo; cosi isolato, l'acqua entra soltanto dai tubi orizzontali. La. immissione dei drenaggi orizzontali avviene per mezzo di pressione eser-citata dalla parete del pozzo (cemento, robu-stissima) verso l'esterno, tramite una pressa idraulica potente. Non soltanto tale pressione affonda o, meglio, fa avanzare i tubi orizzon-tali nello strato acquifero: la testa, poi, che tura l'estremità avanzante, è forata, in modo da permettere l'azione dell'acqua in pressione che viene immessa nella parte cen-trale del tubo. Tale acqua ritorna dall'esterno
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Fig. 3 - Pozzo verticale. Variando o la portata o il livello libero dell'acqua (livello statico) si viene a scoprire ossia ad esporre all'aria lo spazio com-preso fra la conoide formata dalla superfìcie libera dell'acqua durante il pompamento, e il filtro F. C-C, livello statico, un piano, in riposo del pozzo. Il livello I rappresenta pompamento leggero. Il livello 2 pompa-mento medio (il livello I si è abbassato in 2 e lo spazio fra tale superficie conoidica ed il filtro è aumentato). Il livello 3 è il pompamento massimo: altro aumento di spazio fra la superfìcie libera del liquido in pompamento e il filtro. Ora, tale spazio viene invaso da depositi di ferro e manganese e spesso da alghe che occludono il filtro. Nei pozzi a raggera tale fatto non avviene perché l'abbassamento di livello dell'acqua, durante il pom-pamento è minimo, e non tocca il tubo-filtro, che è il tubo di drenaggio. Vantaggio, questo, dei tubi a drenaggi orizzontali.
del tubo e la materia, che si spinge avanti, viene raccolta nel grande pozzo. È un sistema di perforazione normale, ma senza movimento alternativo o rotativo delle aste di perfora-zione, sostituiti dalla sola avanzata per pres-sione, mentre l'acqua di circolazione asporta e trasporta, al solito, le sabbie sottili ed anche elementi leggermente maggiori, in tal modo diminuendo la compattezza dello strato, che permette l'avanzamento del tubo orizzontale. Cosi la permeabilità dello strato acquifero attorno al tubo di drenaggio è maggiore, causa l'asportazione del materiale sottile, e quando si passerà al pompaggio, l'acqua non solo verrà al pozzo in misura maggiore, ma il materiale sottile essendo stato già estratto, non distur-berà il pompaggio.
4. La mancanza di caduta di pressione del-l'acqua, quando passa nei filtri orizzontali, non determina la precipitazione del carbonato di calcio, che da bicarbonato si trasforma in carbo-nato insolubile, liberando acido carbonico che diviene in tal modo aggressivo contro i metalli e anche il cemento. La portata del pozzo è costante, perché lo strato acquifero non viene eccessivamente abbassato dal pompaggio, pro-porzionato ai drenaggi immessi nella stratifi-cazione acquifera.
5. Eliminata la colmatazione del pozzo. Essa avviene per due ragioni differenti: una, esposta sopra, la formazione del carbonato di calcio quando la velocità dell'acqua contro il filtro è eccessiva (diminuisce la pressione statica se-condo il principio di Berbouilli) e ciò determina il deposito del carbonato insolubile e dei solfati pur'essi tali, nelle aperture del filtro, riducendo l'efficacia del pozzo.
Poi, quando il pozzo verticale è in pompa-mento, la superficie libera dell'acqua, che è un piano quando il pozzo è in riposo, diviene un paraboloide col vertice contro il pozzo. T u t t o lo spazio in cui la superficie libera del-l'acqua, ossia il piano, precedente, si abbassa, viene in contatto coll'aria. Il f a t t o è grave nel senso che mette bruscamente sotto l'effetto dell'ossigeno dell'aria, ossia in mezzo aerobico, una parte di strato acquifero che era in mezzo anaerobico, ossia riduttore, chimicamente par-lando.
Tale modificazione profonda di ambiente microbiologico, determina la sparizione dei mi-crorganismi che si evolvono in mezzo riduttore e in seguito l'apparizione di una fiora microbica che vive in mezzo ossidante, aerato.
Ora, dato che l'ambiente riduttore favorisce la messa in soluzione di sali di n a t u r a varia, specialmente quelli di ferro, che sono presenti
nell'acqua, d'altra parte, invece, il mezzo ossi-dante favorisce la precipitazione e pertanto la colmatazione (perdita di permeabilità) delle alluvioni della zona messa in contatto coll'aria dal cono di abbassamento formatosi durante il pompamento (vedi fig. 3). In tal modo il ren-dimento del pozzo diminuisce, per mancanza di possibilità all'acqua di permeare.
Col pozzo a raggera, l'abbassamento del livello liquido è minimo o nullo, la diminuzione di pressione per aumento di velocità identica-mente nulla o quasi, e i due danni eitati, la formazione di calcare impermeabile sul filtro e la formazione di microrganismi che imper-meabilizzano lo strato acquifero attorno al pozzo non avviene. Vantaggio inestimabile.
6. La filtrazione dell'acqua superficiale, che è sempre o inquinata o inquinabile, fino a rag-giungere la profondità dei tubi-drenaggio, pro-duce la depurazione dell'acqua stessa. Nel pozzo verticale, la superficie libera orizzontale in tem-po di ritem-poso, modificandosi, anche l'acqua super-ficiale, raggiunge le zone profonde del filtro, da dove penetra nel pozzo, senza avere