Geochimica dei processi di carbonatazione in rocce ultrafemiche: i casi di studio di Monte Ramazzo (Genova) e Carro (La Spezia)

Abstract

L’obiettivo principale di questa Tesi è quello di descrivere, caratterizzare e interpretare i processi di carbonatazione operati da fluidi ricchi in CO2 su rocce ultrafemiche serpentinizzate di litosfera oceanica attraverso: i) lo studio mineralogico e geochimico di campioni mineralizzati; ii) il modelling termodinamico delle relazioni di fase e dei processi di interazione fluido-roccia. A tale scopo sono stati selezionati campioni rappresentativi di serpentiniti alterate in contesti alpini o appenninici, provenienti da due ex-siti minerari liguri che hanno costituito i casi di studio di questa Tesi: la miniera di Monte Ramazzo (Genova) e la miniera di Carro (La Spezia). Attraverso un approccio analitico multi-metodologico, che ha previsto l’uso di diverse tecniche quali microscopia ottica a luce trasmessa, microscopia elettronica a scansione con microanalisi chimica (SEM-EDS) e spettroscopia μ-Raman, è stato possibile definire la natura dei minerali coinvolti nei processi di carbonatazione: serpentino, brucite, aragonite, carbonati idrati di magnesio (idromagnesite e artinite) e brugnatellite, una fase LDH (= Layered Double Hydroxide). Infine, attraverso il modelling termodinamico e l’uso di diagrammi di attività e affinità all’equilibrio è stato possibile definire un possibile modello genetico per la formazione di queste fasi, applicabile ai casi di studio investigati. Una delle principali conclusioni è che l’interazione in condizioni superficiali o sub-superficiali tra serpentiniti brucitizzate e acque di sorgente a Mg-HCO3 e pH circumneutrali porta alla dissoluzione di brucite più o meno ferrifera provocando un innalzamento nel pH e nel contenuto in Mg della soluzione e permettendo così la precipitazione dei carbonati idrati di magnesio e fasi LDH, capaci di sequestrare CO2 atmosferica, fattore fondamentale al fine di individuare una corretta strategia di cattura e sequestro mineralogico del diossido di carbonio per ridurne l’impatto ambientale.

The main goal of this study is to provide a detailed characterization and interpretation of the carbonation processes driven by hydrothermal fluids and spring waters in serpentinized ultramafic rocks of the oceanic lithosphere by: i) the geochemical and mineralogical investigation of mineralized rock samples; ii) the thermodynamic modelling of phase relations and water-rock interaction processes. To that end, selected samples of altered serpentinites have been considered in different alpine or apenninic settings, i.e. the former mining sites of Monte Ramazzo and Carro, in the Genova and La Spezia provinces, respectively. Through a multidisciplinary approach, which involved the use of different analytical techniques such as transmitted light optical microscopy, scanning electron microscopy with chemical microanalysis (SEM-EDS) and μ-Raman spectroscopy, it was possible to define and characterize the peculiar mineral phases involved in these carbonation processes: serpentine, brucite, aragonite, hydrated magnesium carbonates (hydromagnesite and artinite) and brugnatellite, a LDH (= Layered Double Hydroxide) phase. Finally, a detailed thermodynamic modelling allowed to define a possible minerogenetic model for the case studies investigated in this work by the use of activity diagrams and simulation of saturation index changes with temperature. One of the main conclusions is that the interaction at surface or near-surface conditions between brucite-rich serpentinites and spring waters with Mg-HCO3 composition and circumneutral pH leads to the dissolution of Fe-rich or Fe-poor brucite minerals and, consequently, to a marked increase of both pH and Mg content of the aqueous solutions by favouring and promoting the formation of hydrated magnesium carbonates and LDH mineral phases able to capture atmospheric CO2 and thus to reduce the environmental impact by playing a relevant role in the Carbon dioxide Capture and Storage (CCS).