Misure in-situ

Campionamento diretto

Il modo più semplice, ma spesso il più difficile e pericoloso, per raccogliere un campione è quello di prelevarlo in modo diretto dal suolo, da fumarole o da manifestazioni subacquee. La difficoltà è dovuta alle temperature talora molto elevate, al pericolo che deriva dalla tossicità delle emissioni di gas e della possibilità di contaminazione del campione da parte dell'atmosfera.

Il metodo più semplice di campionamento diretto di gas dal suolo prevede l’infissione nel terreno di un fioretto cavo di acciaio, lungo circa 50 cm, forato alle estremità e dotato di finestrature nella sua parte finale. All’interno del foro viene inserita una sonda metallica (o, nel caso di gas caldi, un tubo dewar) che è collegata, tramite un tubo ed un rubinetto a tre vie, ad una siringa e ad un campionatore a due valvole. Nel caso di campionamento di gas gorgoglianti dal fondo marino o da polle d’acqua o fango, il fioretto viene sostituito da un imbuto di acciaio o plastica.

Posizionando opportunamente il rubinetto a tre vie, la siringa viene usata alternativamente per aspirare lentamente i gas dal suolo e per convogliare i gas raccolti all’interno del campionatore.

Per assicurare la minor contaminazione possibile da parte dell’aria atmosferica, il campionatore viene “avvinato” a lungo facendo fluire al suo interno il gas proveniente dal suolo/fumarola pompandolo con la siringa. Il campionatore viene chiuso solo dopo aver ripetuto l’operazione un adeguato numero di volte.

Misure di flusso di CO2 dai suoli

La CO2 è il principale gas che normalmente viene emesso attraverso i fianchi di un vulcano attivo, anche durante periodi di quiete. Una delle applicazioni delle misure di flusso di CO2 è quella di effettuare prospezioni spaziali della distribuzione delle anomalie di gas nel suolo.

Lo strumento utilizzato è costituito da uno spettrofotometro infrarosso che, in combinazione con una camera d’accumulo, permette di valutare il flusso di CO2 diffusa dal suolo.

La camera d’accumulo, collegata allo spettrometro all’infrarosso, viene poggiata sul terreno con la parte aperta verso la superficie del suolo; il gas si diffonde all’interno della camera d’accumulo, viene omogeneizzato per mezzo di una ventola, spinto nella cella di lettura da una pompa e, infine, viene indotto a completare il circuito garantendo, così, che il volume fluido all’interno dello strumento resti sempre costante.

All’interno del circuito chiuso, la concentrazione di CO2 aumenta gradualmente e lo spettrofotometro all’infrarosso registrerà un incremento progressivo della concentrazione di CO2 nel tempo, avente un andamento complessivamente iperbolico.

Per valutare il flusso di CO2 si prende in considerazione soltanto il primo tratto della curva, che ha andamento lineare (corrisponde ai primi 15 secondi della misura, che dura in tutto 38 secondi). Il coefficiente angolare della retta concentrazione/tempo consente di risalire al valore di flusso di CO2.

Misure di attività di Radon

Il Radon (222Rn) è l’unico gas radioattivo naturale esistente in natura, deriva dalla catena di decadimento dell’ Uranio (238U) e ha un’emivita (tempo di dimezzamento) molto breve (3,8 giorni). Il Rn decade emettendo una particella a, cioè un atomo di 4He.

Il decadimento a può essere immaginato come una vera e propria esplosione; ciò permette al Rn di migrare dalla sorgente fino in superficie solo se le condizioni sono favorevoli. Infatti, se l’”esplosione” si verifica in una porzione interna della roccia, il Rn si sposta per tutt’al più di qualche centimetro; se, invece, il decadimento avviene in prossimità dei pori della roccia, esso può essere preso in carico da un gas carrier (ossia trasportatore) e può spostarsi anche a chilometri dalla sorgente. Se la velocità del carrier (ad esempio CO2 o metano) è sufficiente, il Rn arriva in superficie prima che decada completamente e possiamo misurarne l’attività.

In generale, se la velocità del gas carrier è costante, il 222Rn percorre tra i 50 e gli 80 m al giorno, per cui non può giungere in superficie da sorgenti che siano a profondità superiori al chilometro. Le variazioni di attività del Rn sono legate ad eventuali fluttuazioni del gas carrier e/o a variazioni della permeabilità delle rocce, cosicchè il Rn è un indicatore dello stato di fratturazione delle stesse. Le misure di attività di Rn vengono associate a quelle di flusso di CO2, che rappresenta il gas carrier principale nel suolo. L’attività di Rn viene misurata con un radonometro, uno strumento a camera di scintillazione, cioè una camera interna vuota le cui pareti sono cariche elettrostaticamente.

Lo strumento viene collegato al suolo per mezzo di un fioretto (lo stesso usato per il campionamento diretto). Il gas viene pompato tramite un tubo, passa attraverso un filtro che assorbe tutta l’umidità, ed entra nella camera a scintillazione.

Ogni volta che il Rn decade, producendo particelle a, esse vengono letteralmente “sparate” contro le pareti della camera (che sono cariche elettrostaticamente), producendo una variazione del potenziale elettrico, che viene conteggiata e segnalata da un “bip” sonoro.

Alla fine della misura, il display mostra l’attività di 220Rn misurata in [Bq m-3], dove 1 Bq (Becquerel) corrisponde a una disintegrazione al secondo.