I cinque gas nobili stabili o "gas rari", Elio, Neon, Argon, Krypton e Xenon, chimicamente inerti, sono ottimi traccianti dei i processi fisici. Per la loro elevata volatilità, hanno una forte affinità per la fase gassosa. I gas nobili forniscono inoltre un gruppo di 23 isotopi stabili ampiamente utilizzati per studiare i processi fisici in natura (terra e sistemi di extra-terrestri).

Tre grandi serbatoi terrestri contribuiscono all’ inventario dei gas nobile nei fluidi terrestri (acqua, gas, petrolio):

  • L'aria e l’aria disciolta in acqua (ASW)
  • La crosta terrestre dove i gas nobili radiogenici sono prodotti dal decadimento radioattivo di elementi quali ad esempio la catena radiottiva di U e Th e K, dispersi nella matrice rocciosa e/o in fluidi incorporati o per produzione nucleogenica
  • Il mantello terrestre, che ha una firma significativamente diversa dagli altri serbatoi principalmente per alto arricchimento in 3He.

Tutti questi serbatoi hanno una loro caratteristica firma isotopica che permette di tracciare efficientemente il relativo contributo nelle varie matrici geologiche. 

I gas nobili hanno trovato grande applicazione come traccianti in: prospezione/sfruttamento in idrogeologia, geotermia, vulcanologia, gestione dei serbatoi di geotermici e di idrocarburi, valutazione e monitoraggio di siti per lo stoccaggio geologico della CO2, origine dei paleofluidi intrappolati in inclusioni fluide in rocce e minerali, in carote di ghiaccio, fluidi di poro dei sedimenti per lo studio sia dei processui di degassamento / miscelazione durante la formazione del sistema solare e della Terra sia delle variazioni climatiche.

STRUMENTAZIONE

La ricerca e i servizi del Laboratorio di gas rari sono centrati sulla determinazione della composizione isotopica dei gas nobili per tracciare l'origine dei fluidi presenti in diversi ambienti tettonici.

Il laboratorio Gas Rari è costituito da un sistema di spettrometri di massa, capace di misure isotopiche precise dei gas nobili, costituito da:

  • Uno spettrometro di massa magnetico per gas nobili Mass Analyser Products Ltd. MAP215-50, dotato di Ion Counting.
  • Uno spettrometro di massa a quadrupolo SpectraLab200.
  • Un sistema UHV di purificazione e separazione dei gas nobili dalla matrice chimicamente reattiva dotato di un criostato (temperatura minima di circa 13 K). Il sistema UHV è stato progettato per essere versatile ed adattabile ad estrarre gas nobili da vari materiali (rocce, gas, acqua).

PERSONALE

Dott.ssa Gabriella Magro (Ricercatore CNR - Responsabile Laboratorio)
Dott. Fabrizio Gherardi (Ricercatore CNR)

CONTATTI

Telefono:

050 6212337 (Dott.ssa Gabrilella Magro - Ufficio)
050 6212271 (Laboratorio)
050 6212316 (Dott. Fabrizio Gherardi - Ufficio)

E-mail:

gabriella.magro(at)igg.cnr(dot)it
fabrizio.gherardi(at)igg.cnr(dot)it

METODI E APPLICAZIONI

Il metodo è stato applicato negli anni a:

  • Sorveglianza vulcanica e mitigazione del rischio,
  • Origini e ambienti tettonici dei gas nobili in acqua e gas liberi ad essa associati
  • Esplorazione geochimica per minerali, geotermia e risorse petrolifere
  • Gestione geotermica e di giacimento di idrocarburi/petrolio.

PROGETTI

Nel corso degli ultimi anni il laboratorio di gas rari di IGG è stato attivamente coinvolto in vari progetti scientifici finanziati da:

  • IAEA (IAEA TC Progetto no.PHI / 8/023 "Geochimica per la gestione delle risorse geotermiche nelle Filippine")
  • Unione Europea : CEE EV5V-CTP3-0285 " Laboratorio Geochimica: vulcano di Santorini ", ERB-CHRX-CT94-0567 (KATRIN) "Un approccio multidisciplinare globale alle acque sotterranee di aree carsiche e alle conseguenze sulla risorse idriche e sugli studi ambientali" , DESCRAMBLE (Horizon 2020) "Perforazione in condizioni geotermiche supercritiche"
  • Compagnie petrolifere (ENI)
  • Compagnie di ricerca e sfruttamento energia geotermica (ENEL)

INTERESSI SCIENTIFICI

  • I gas nobili in fluidi supercritici
  • I gas nobili in enhanced geothermal systems
  • I gas nobili come impronte digitali di idrocarburi nei diversi contesti tettonici
  • I gas nobili associati ai vulcani di fango e acque saline

PUBBLICAZIONI SELEZIONATE

  • Bellani, S, Magro,G. and Gherardi, F.(2015) Heat Flow and Helium Isotopes in the Geothermal Areas of Tuscany (Central Italy) GRC Transactions, Vol. 39, 399-405
  • Magro, G., Gherardi, F., Bayon, F.E.B. (2013) Noble and reactive gases of Palinpinon geothermal field (Philippines): Origin, reservoir processes and geodynamic implications. Chemical Geology, 339, 4-15.
  • Magro, G., Gherardi, F., Bellani, S. (2010) Noble gases in karstic and thermal waters of Strimon basin (Greece-Bulgaria) Water-Rock Interaction - Proceedings of the 13th International Conference on Water-Rock Interaction, WRI-13, 345-348.
  • Magro, G., Bellani, S., Della Vedova, B. (2009) The deep roots of the Larderello geothermal field (Italy) from heat flux and 3He anomalies Transactions - Geothermal Resources Council, 33, pp. 360-365.
  • Bayon, F.E.B., See, F.S., Magro, G., Pennisi, M. (2008) Noble gas and boron isotopic signatures of the Bacon-Manito geothermal fluid, Philippines. Geofluids, 8 (4), 230-238.
  • Aguilera, E., Cioni, R., Gherardi, F., Magro, G., Marini, L., Pang, Z. (2005) Chemical and isotope characteristics of the Chachimbiro geothermal fluids (Ecuador) Geothermics, 34 (4), 495-517.
  • Dallai, L., Magro, G., Petrucci, E., Ruggieri, G. (2005) Stable isotope and noble gas isotope compositions of inclusion fluids from Larderello geothermal field (Italy): Constraints to fluid origin and mixing processes Journal of Volcanology and Geothermal Research, 148 (1-2), 152-164.
  • Magro, G., G. Ruggieri, G. Gianelli, S. Bellani, and G. Scandiffio, (2003) Helium isotopes in paleofluids and present-day fluids of the Larderello geothermal field: Constraints on the heat source, J. Geophys. Res., 108(B1), 2003, doi:10.1029/2001JB001590, 2003.
  • Minissale, A., Kerrick, D.M., Magro, G., Murrell, M.T., Paladini, M., Rihs, S., Sturchio, N.C., Tassi, F., Vaselli, O. (2002) Geochemistry of Quaternary travertines in the region north of Rome (Italy): Structural, hydrologic and paleoclimatic implications. Earth and Planetary Science Letters, 203 (2),709-728.
  • Vaselli, O., Minissale, A., Tassi, F., Magro, G., Seghedi, I., Ioane, D., Szakacs, A. (2002) A geochemical traverse across the Eastern Carpathians (Romania): Constraints on the origin and evolution of the mineral water and gas discharges Chemical Geology, 182 (2-4), 637-654.
  • Minissale, G. Magro, G. Martinelli, O. Vaselli, G.F. Tassi, (2000) Fluid geochemical transect in the Northern Apennines (central-northern Italy): fluid genesis and migration and tectonic implications, Tectonophysics, Volume 319, Issue 3, 199-222
  • Minissale, A., Vaselli, O., Chandrasekharam, D., Magro, G., Tassi, F., Casiglia, A. (2000) Origin and evolution of 'intracratonic' thermal fluids from central-western peninsular India Earth and Planetary Science Letters, 181 (3), 377-394.