• CO2 emissions from soil
• sistema geotermico Larderello
• the larderello geothermal field

Riassunto
Il sistema geotermico di Larderello si trova in Toscana meridionale, in provincia di Pisa comune di Pomarance. L’area è molto conosciuta già in antichità per le sue manifestazioni naturali come fumarole e sorgenti termali, e adesso per la produzione di energia elettrica sfruttando la risorsa geotermica, industria nata proprio a Larderello circa 2 secoli fa. Larderello si colloca in un contesto geodinamico di tettonica estensionale, in cui si ha l’assottigliamento della litosfera, con conseguente risalita dell’astenosfera che favorisce la messa in posto di masse magmatiche all’interno della crosta terrestre, originando quella che viene chiamata provincia magmatica Toscana. Nel caso di Larderello si tratta di un plutone granitico che si trova a circa 4km di profondità, datato a circa 4Ma.
L’anomalia termica prodotta dalla messa in posto del granito nella crosta superficiale, e la configurazione geologica dell’area, con la presenza di formazioni carbonatiche permeabili (serbatoio più superficiale), e rocce metamorfiche del basamento fratturate (serbatoio profondo), con al tetto rocce di copertura impermeabili (unità Liguri e depositi Plio-Miocenici), hanno permesso lo sviluppo del campo geotermico di Larderello. Il vettore del calore è rappresentato dai fluidi, di origine prevalentemente meteorica, che si infiltrano nelle zone di ricarica, raggiungono il serbatoio e si riscaldano, dando origine a delle celle convettive e risalgono verso la superficie. Il chimismo dei fluidi dipende dalla sua origine e varia in base al contesto geologico e ai processi di interazione acqua-roccia, nel caso di Larderello il fluido contiene una notevole quantità di gas, tra il 2 e il 10 % in peso. Tra questi, il principale è la CO2 (95%), poi H2S, NH3, CH4 e tracce di altri elementi come Hg e As. L’origine della CO2 in aree vulcaniche e geotermiche è legata al degassamento dei magmi, alle reazioni di termometamorfismo e di decarbonatazione, parte di questa anidride carbonica condensa nelle falde acquifere superficiali, il resto raggiunge la superficie attraverso faglie, fratture e rocce permeabili e viene emessa dai suoli all’atmosfera. Le emissioni possono essere molto elevate e localizzate a spot di risalita (emissioni puntuali), o essere di minor entità ma diffuse su aree vaste (degassamento diffuso). Un non trascurabile contributo deriva anche dalla respirazione dei suoli legata a radici, organismi e ossidazione della materia organica.
In questa tesi si è cercato di distinguere il contributo fornito dalla CO2 di origine profonda (geotermica), dal background biologico, al fino di ottenere una mappatura delle emissioni dal sistema geotermico e stimare l’ammontare giornaliero di anidride carbonica rilasciata nell’areale di Larderello. A tale scopo è stata programmata una campagna di 4 mesi di raccolta dati di flusso di CO2 al suolo, con l’utilizzo della strumentazione Licor, con il metodo della camera di accumulo. Per monitorare l’intero sistema si è scelto di eseguire le misure in postazioni distanti 250m l’una dall’altra, con una densità di 16misure/km2. Nell’elaborato di tesi sono state utilizzate 600 postazioni di misura, per una superficie investigata di circa 40 Km2.
Il lavoro di raccolta dati prevedeva il raggiungimento dei punti prefissati, con l’ausilio di carte topografiche e GPS, la rimozione della copertura vegetale dal suolo, il posizionamento dello strumento e si procedeva con la misura del flusso, calcolato in base all’aumento di concentrazione nel tempo del gas, all’interno della camera di accumulo dello strumento. Una volta raccolti, i dati, sono stati inseriti in Excel per la classificazione, è stato creato uno shapefile per immettere le informazioni e i dati nel portale GIS, sul quale sono state eseguite le elaborazioni grafiche. In particolare, è stata redatta una mappa di flusso nella quale vengono distinte zone altamente emissive da zone a flusso minore. Queste mappe sono state realizzate tramite interpolazione IDW (distanze inverse ponderate). Sono stati realizzati 3 profili di emissione lungo le tracce di 3 sezioni geologiche. In conclusione, l’interpretazione dei dati ha messo in evidenza una zona altamente emissiva, circoscritta all’interno e intorno agli stabilimenti storici di Larderello, in particolare nelle zone dove era presente alterazione idrotermale superficiale. Attraverso lo studio dei profili si osserva l’influenza del serbatoio geotermico sull’andamento delle emissioni, le quali sono maggiori dove esso è più superficiale. Nell’elaborato di tesi si ha l’obiettivo di distinguere le emissioni profonde dalla respirazione dei suoli, di ottenere una mappatura del sistema geotermico e di interpretare le emissioni rispetto alle formazioni affioranti e alle strutture geologiche, infine di stimare l’ammontare giornaliero di CO2 rilasciata dal sistema giornalmente.

Abstract
The Larderello geothermal field is located in southern Tuscany, in province of Pisa. The area has been known since ancient times, for natural manifestations such as fumaroles and thermal springs, and now for the production of elecrticity from geothermal resources. The geothermal industry was born in Larderello about 2 century ago. Larderello is located in a context of extensional tectonics tha affected the Tyrrhenian side of the Appennines, this determined the streching of the Lithosphere and the rise of the Asthenosphere, favoring the placement of magmatic masses in the crust. Below the surface of Larderello geothermal field, is located a granitic plutone 4km deep, dated to about 4Ma.
The geotherml field is characterized by widespread nearly impermable formation, constituting the cover of the system. The underlying geothermal reservoir is made of carbonate and anidrite formations in the upper part and in the deeper one by metamorphic rocks of the paleozoic basament.
The vector of the heat is represented by water of predominant meteoric origin, that infiltrates from the refill areas in the reservoirs, where it heats up und rise up, triggerign convective cells. The chemistry of the fluids depends on their origin and on the water-rock interction processes they undergo. The Larderello fluid contains a significant amont of gases, 2-10 % in weight, for the most part CO2 but also H2S, CH4, NH3 and traces of As e Hg. The origin of CO2 in volcanic and geothermal areas is linked to magma degassing processes, thermometamorphism and decarbonation reactions. A part of CO2 condensed in shallow aquifers, the rest rises up to the surface through the fault and fractures. The emissions can be punctual, localized in a rising spot, or diffuse in large areas. We must not overlook the contribution that comes from soil respiration, in fact, roots and oxidation of organic matter processes in the soil produced CO2. In this Thesis i try to distinguish the CO2 of deep origin from the biological background, in order to obtain a mapping of the emissions from the geothermal system and estimate the daily amount of CO2 released. A 4-month data collection campaign of CO2 flux from the soil, has been programmed, using the accumulation chamber method, with the Licor Instrumentation. It was created a grid of measuring points distant 250m from each other with a density of 16 points/km2. 600 measuraments were collected, covering a surface of about 40 Km2.
The field work involved reaching the predeterminated points with the use of topographc maps and GPS, removing the vegetation cover from the soil and positioning the instrument and than start the measuraments. Once collected, the data were classified into excel sheet, a shapefile was created to enter the information and the data on the GIS portal, on wich the graphic porcesseing was performed. A flow map has been drawn up trough IDW (inverse distance weighted) interpolation, in which are distinguished the highly emissive areas from the lower emissive areas. 3 emissions profiles were created along the direction of 3 geological section, found in the literature, to compare the trend of emissions respect to geological structures. This thesis paper aims to descrimante deep originated CO2 from soil respiration, to obtain a mapping of the geothermal system and to interpret the emissions trend respect to the geological structures.