Esercizi: Gli usi di rocce e minerali

Osserva lo schema: a sinistra ci sono cinque oggetti di uso quotidiano numerati e a destra cinque minerali in ordine sparso. Collega ogni numero con la lettera del minerale da cui proviene l'oggetto e spiega, in due casi, quale proprietà del minerale lo rende utile per quello scopo.

Indica tre usi diversi delle rocce nelle costruzioni della tua città (facciate, marciapiedi, tetti, monumenti...) e nomina la roccia utilizzata in ogni caso, se la conosci.

Il gesso, il sale comune (salgemma) e il quarzo sono minerali con usi molto diversi. Nomina un uso quotidiano di ciascuno e spiega quale proprietà del minerale lo rende utile per quello scopo.

Nomina due metalli che si ottengono da minerali estratti dalla crosta terrestre e un uso quotidiano di ciascuno.

A cosa serve l'argilla? Nomina due prodotti della tua vita quotidiana fatti con essa e spiega che cosa accade all'argilla quando viene cotta in un forno.

Nomina due rocce utilizzate nell'edilizia e spiega in quale parte di un edificio si impiega ciascuna.

Oltre che per cucinare, nomina due usi del sale comune (salgemma) e spiega quale proprietà del sale li rende possibili.

Spiega che cos'è una cava e in che cosa si differenzia da una miniera, facendo un esempio di materiale che si ottiene in ciascuna.

Per il piano di lavoro di una cucina si è indecisi tra granito e marmo. Tieni conto che il marmo è un calcare metamorfosato che reagisce con gli acidi (limone, aceto), mentre il granito è molto duro e si altera appena. Raccomanda un'opzione e giustificala.

Le rocce e i minerali sono risorse non rinnovabili. Spiega che cosa significa, fai due esempi di materiali le cui riserve diminuiscono e proponi due misure per consumarli in modo più sostenibile.

Una cava a cielo aperto dà lavoro a un paese, ma distrugge un versante e genera polvere e rumore. Esponi due argomenti a favore e due contro la cava e concludi dando la tua opinione motivata.

Il rame si usa nei cavi elettrici e il ferro nelle travi degli edifici. Collega ogni uso con la proprietà del metallo che lo rende possibile e nomina un materiale che potrebbe sostituire ciascuno, ragionando se svolgerebbe la stessa funzione.

Le batterie dei cellulari e delle auto elettriche richiedono litio e cobalto. Spiega perché cresce la domanda di questi minerali e descrivi un problema che può generare un'estrazione così intensa.

Per ottenere una tonnellata di rame bisogna estrarre e trattare molte tonnellate di roccia. Spiega perché l'attività mineraria genera montagne di rifiuti (discariche di sterili) e quali problemi possono causare questi accumuli al paesaggio e all'acqua.

Il vetro delle finestre e delle bottiglie si fabbrica con sabbia molto ricca di quarzo. Spiega quale processo trasforma la sabbia in vetro e ragiona sul perché si aggiunge alla miscela vetro riciclato frantumato: che cosa si risparmia in questo modo?

Nella Preistoria, l'ossidiana e la selce si usavano per fabbricare punte di freccia e coltelli. Spiega quale proprietà di queste rocce le rendeva così utili e quali materiali le hanno via via sostituite nel corso del tempo.

Un produttore di tecnologia afferma nella sua campagna pubblicitaria: «Il nostro nuovo smartphone è ecologico al 100 % perché la sua batteria dura il doppio e la scocca è di alluminio lucidato anziché di plastica». Sapendo che le batterie richiedono litio e cobalto provenienti da attività minerarie e che l'alluminio si estrae dal minerale bauxite mediante processi ad alto consumo energetico:

1. a) Confuta l'affermazione dell'azienda giustificando perché nessun dispositivo elettronico può essere considerato «ecologico al 100 %» in base all'origine geologica delle sue materie prime.
2. b) Se raddoppiare la durata della batteria richiede di raddoppiare la quantità di litio e cobalto per dispositivo, prevedi due impatti ambientali o sociali nei paesi in cui si trovano queste miniere se le vendite aumentano del 20 %.
3. c) Dal punto di vista del consumo responsabile delle risorse minerali, giustifica se sia più sostenibile cambiare telefono ogni due anni per avere una batteria più efficiente oppure prolungare l'uso dello stesso per quattro anni sostituendo soltanto la batteria deteriorata.

In un comune storico si devono restaurare tre elementi del patrimonio e occorre scegliere rocce locali adatte: i piloni portanti di un ponte sul fiume, le lastre piatte del tetto del municipio e la scultura lavorata della facciata di una chiesa.

1. a) Giustifica quale roccia tradizionale (granito, ardesia o calcare facile da scolpire) sceglieresti per ciascuna delle tre opere, collegando la tua scelta a una proprietà geologica concreta di ogni roccia (impermeabilità ed esfoliazione in lamine, durezza e resistenza meccanica, o facilità di lavorazione).
2. b) Per ottenere il calcare necessario si progetta di riaprire un'antica cava a cielo aperto vicina al paese, il che provoca proteste per il suo impatto visivo e la polvere. Progetta tre misure correttive che l'azienda estrattrice dovrebbe applicare per ridurre al minimo l'impatto sul paesaggio e ripristinare il rilievo al termine dell'estrazione.

Un opuscolo informativo commette un errore affermando: «Riciclare lattine di alluminio fa risparmiare ben poca energia, perché per fondere il metallo usato servono forni a temperature altissime, come per estrarlo dal minerale».

Dati reali:

• Produrre 1 kg di alluminio primario dal minerale bauxite richiede frantumazione, raffinazione chimica ed elettrolisi ad alta temperatura, con un consumo di 200 MJ.

• Riciclare 1 kg di alluminio proveniente da lattine usate richiede solo di fonderlo a 660 °C, con un consumo di 10 MJ.

1. a) Dimostra numericamente l'errore dell'opuscolo calcolando l'esatta percentuale di energia che si risparmia riciclando e quanta energia si risparmierebbe in totale se una scuola raccogliesse e riciclasse 50 kg di lattine di alluminio.
2. b) La bauxite si estrae soprattutto nelle foreste e nelle zone tropicali mediante miniere a cielo aperto. Giustifica come il riciclo dell'alluminio contribuisca direttamente a evitare la deforestazione e la perdita di suolo fertile in quelle regioni del pianeta.

Durante un dibattito sulle risorse naturali, un alunno afferma: «Nella nostra aula quasi tutto è sintetico o artificiale: le finestre di vetro, le pareti di gesso e mattoni, i cavi di rame del proiettore e gli scaffali di acciaio. Quindi la società attuale non dipende più dall'estrazione di rocce e minerali dal suolo».

1. a) Confuta la sua tesi completando un'analisi geologica di questi quattro elementi: identifica la roccia o il minerale di origine di ciascuno (sabbia di quarzo o silice, gesso, argilla, minerale metallico come calcopirite o ematite) e descrivi brevemente la trasformazione necessaria.
2. b) Classifica le risorse geologiche citate in: minerali metallici, minerali non metallici e rocce industriali.
3. c) Prevedi quali conseguenze avrebbe sulla costruzione di abitazioni e infrastrutture l'esaurimento degli inerti (sabbie e ghiaie) e delle rocce calcaree, giustificando la loro funzione nella fabbricazione del calcestruzzo e del cemento.

Una miniera a cielo aperto estrae ogni giorno 500 tonnellate di roccia con un tenore del 5 % in rame (il minerale sfruttato è la calcopirite, mescolata con abbondante pirite e quarzo, che formano la ganga).

1. a) Calcola quante tonnellate di rame puro si ottengono ogni giorno e quante tonnellate di roccia sterile (detriti senza valore economico) si generano in una sola giornata.
2. b) Quando la pirite (solfuro di ferro) dei detriti rimane esposta all'aria e all'acqua piovana, si innesca una reazione chimica che acidifica l'acqua e scioglie metalli pesanti (fenomeno noto come drenaggio acido di miniera). Prevedi che cosa accadrà nel fiume e nella falda vicini se l'azienda accumula questi detriti su un versante senza impermeabilizzarlo.
3. c) Confronta queste due opzioni di gestione: depositare i rifiuti in un grande bacino di fanghi in superficie oppure usarli per riempire cavità minerarie ormai esaurite, mescolandoli con materiali neutralizzanti. Giustifica quale delle due opzioni presenta un minor rischio geologico a lungo termine.

Un bacino minerario chiude la sua ultima miniera di carbone (antracite). Il paesaggio risultante presenta una grande cava a cielo aperto (un enorme cratere artificiale), grandi discariche di sterili instabili prive di vegetazione e problemi di sedimenti neri nei torrenti.

1. a) Giustifica la chiusura della miniera dal punto di vista del ciclo del carbonio e della crisi climatica, spiegando quale processo geologico formò il carbone in passato e quali conseguenze ambientali aveva la sua combustione nelle centrali termiche.
2. b) Progetta una proposta tecnica per stabilizzare le discariche di sterili ed evitare il rischio geologico di frane ed erosione idrica durante le piogge torrenziali.
3. c) Il comune discute tra due progetti di riconversione: riempire la cava d'acqua per creare un lago per il tempo libero e una riserva naturale, oppure installare sulle terrazze dell'antica miniera un parco solare fotovoltaico con un centro di interpretazione del patrimonio geologico e minerario. Valuta pro e contro di ciascuna opzione e giustifica quale sia la più adatta al recupero ambientale del territorio.

Nei salar del deserto di Atacama si concentra gran parte del litio mondiale sotto forma di salamoie sotterranee. Il metodo estrattivo consiste nel pompare quest'acqua salata in gigantesche vasche superficiali, in modo che il calore solare evapori l'acqua e faccia cristallizzare il sale di litio. Per ottenere una tonnellata di litio si devono far evaporare circa due milioni di litri d'acqua.

1. a) Identifica quale metodo fisico di separazione dei miscugli viene utilizzato e spiega perché questa tecnica di estrazione mineraria è economicamente conveniente solo in climi con caratteristiche meteorologiche molto specifiche.
2. b) Studi idrogeologici indicano che il livello dell'acqua delle falde sotterranee del bacino è sceso di diversi metri nell'ultimo decennio. Interpreta questo dato e prevedi due impatti: uno sulla fauna acquatica delle lagune saline (come i fenicotteri) e uno sull'agricoltura tradizionale dei popoli indigeni locali.
3. c) Nelle città europee si incoraggia l'uso di batterie al litio per ridurre l'inquinamento atmosferico locale. Giustifica in modo critico il dilemma ambientale che comporta risolvere l'inquinamento urbano a costo di intensificare lo stress idrico in ecosistemi aridi lontani.

Analizza i seguenti dati di confronto tra l'ottenimento di rame e oro in miniere convenzionali di roccia e mediante «miniera urbana» (riciclo di schede elettroniche di computer e cellulari in disuso):

• Giacimento in roccia: da 1 tonnellata di roccia si estraggono tra 1 e 5 grammi di oro e circa 8 kg di rame. Il 99 % della roccia estratta finisce nelle discariche come rifiuto.

• Miniera urbana: da 1 tonnellata di schede elettroniche si ottengono circa 250 grammi di oro e più di 120 kg di rame, con un dispendio energetico fino all'80 % inferiore.

1. a) A partire dai dati, calcola quante tonnellate di roccia mineralizzata si dovrebbero far esplodere e lavorare in una miniera naturale (con un tenore medio di 2,5 grammi di oro per tonnellata) per ottenere la stessa quantità di oro contenuta in una sola tonnellata di schede elettroniche.
2. b) Giustifica, considerando l'alterazione del rilievo, la distruzione del suolo e il volume di rifiuti geologici, perché la miniera urbana causa un impatto paesaggistico drasticamente minore rispetto alla miniera a cielo aperto.
3. c) Un produttore dichiara: «Se ricicliamo tutti gli apparecchi vecchi, non servirà più estrarre altri minerali dalla crosta terrestre». Confuta questa affermazione portando due ragioni tecniche o socioeconomiche che dimostrino perché il riciclo da solo non può fermare completamente l'attività mineraria estrattiva.

Sfida del tema. Hai mai pensato a quanta geologia nascondono le pareti di casa tua o i tuoi oggetti di tutti i giorni? Elaborerai un «Rapporto di audit geologico domestico» per scoprirlo.

1. Inventario geologico: Seleziona $4$ oggetti quotidiani della tua casa fabbricati con rocce o minerali (per esempio: piastrelle, piano di lavoro, grafite di una matita, cavi di rame o sale da tavola). Identifica quale roccia o minerale contengono, descrivi due proprietà fisiche osservabili (durezza, lucentezza, sfaldatura o colore) e classifica ogni roccia in base alla sua origine nel ciclo delle rocce (magmatiche, sedimentarie o metamorfiche); se si tratta di un minerale o di un metallo ricavato da esso, indica in quale tipo di roccia o ambiente si forma la sua materia prima.

2. Tracciamento dell'origine: Accedi al sito ufficiale dell'ISPRA (Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale) o dell'ISTAT per verificare se nella tua regione si estrae qualcuna di queste materie prime e annota che tipo di giacimento o cava richiede.

3. Proposta e ciclo sostenibile: Progetta una tabella comparativa con i tuoi risultati e scrivi tre misure motivate per prolungare la vita utile o riciclare questi elementi, spiegando come la loro estrazione influisce sul ciclo naturale della litosfera.

Verranno valutati:

• Corretta identificazione dei minerali, delle rocce e della loro collocazione nel ciclo litogenetico.

• Rigore nella descrizione delle proprietà fisiche e nell'uso di dati provenienti da fonti ufficiali.

• Coerenza e creatività nelle proposte di sostenibilità e consumo responsabile.