Le acque termali sono ampiamente diffuse sul nostro Pianeta e la loro distribuzione è fortemente regolata da alcuni fattori geologici.
Un gruppo di ricercatori dell’INGV e del CNR ha recentemente pubblicato una mappa mondiale delle aree dove è più probabile trovare sorgenti termali. Questa mappa costituisce una base importante per l’individuazione di zone geotermali ancora sconosciute e potenzialmente interessanti da un punto di vista energetico.

Le acque termali

Un’acqua è definita termale (o geotermale) quando la sua temperatura è superiore alla temperatura media ambientale.

Le sorgenti di acque termali sono una delle espressioni superficiali dell’energia termica racchiusa nella crosta terrestre, ed il loro utilizzo per scopi terapeutici è noto fin dall'antichità.; In tempi più recenti esse sono utilizzate anche per la produzione di energia termica: ad esempio nell’anno 2000 è stato stimato che l’energia termica estratta a livello globale è stata di circa 15 GW.

Ci sono ancora tante aree geotermali che potrebbero essere utilizzate per la produzione di energia e questo potenziale ha attirato l’interesse del settore energetico.

Costruzione e analisi del database delle sorgenti termali a scala globale

In questo lavoro, un gruppo di ricercatori dell’INGV e del CNR ha compilato un catalogo (da Waring, 1965), in formato digitale, di circa 6000 aree geotermali sparse per il globo, completo di coordinate, temperatura e salinità dell’acqua, oltre ad altre informazioni complementari. Da una prima analisi di questo catalogo si evince che la temperatura mediana delle sorgenti termali catalogate è di 42 °C, mentre la loro portata varia da pochi centimetri cubici al secondo (10−6 m3/s) a qualche metro cubo al secondo (5.27 m3/s). Unendo le informazioni di temperatura e portata è stato calcolato il flusso termico generato dalle sorgenti, che varia da centinaia di kW fino a circa mille MW, con un valore mediano di circa 0.5 MW.

Combinando questi dati con dati globali più recenti del flusso di calore terrestre (cioè la quantità di energia termica che viene emessa dalla Terra per unità di area nell'unità di tempo), della sismicità, e della distribuzione spaziale dei vulcani, è stato possibile stimare con tecniche di machine learning quali fattori geologici sono maggiormente responsabili della presenza delle sorgenti termali sul globo. Si è così appurato che il flusso di calore terrestre e la presenza di vulcani giocano un importante ruolo nel fornire l’energia termica per riscaldare le acque sotterranee.

La topografia, in particolare la presenza di numerosi rilievi, faciliterebbe la presenza di pressioni idrostatiche maggiori e la formazione di più acquiferi (ossia acqua all’interno della crosta terrestre che alimenta le sorgenti in superficie). Infine, la tettonica distensiva, ossia un insieme di faglie che tendono ad aprire settori di crosta terrestre, crea nella crosta terrestre le fratture necessarie alla risalita di fluidi caldi ed il trasferimento convettivo del calore.

Costruzione della mappa globale della densità potenziale di sorgenti termali

Grazie alla stessa analisi di machine learning è stata realizzata anche una mappa aggiornata della densità potenziale di sorgenti termali, ossia una mappa che mostra dove ci dobbiamo aspettare di trovare queste sorgenti. Dal confronto con la posizione delle sorgenti termali già note è possibile dunque utilizzare questa mappa per individuare aree da esplorare in cerca di sorgenti ancora sconosciute.

Potenziali applicazioni

I dati ottenuti da questa ricerca costituiscono una base importante per approfondire studi geotermici in zone specifiche, dove la presenza di una risalita di fluidi caldi potrebbe consentire l'utilizzo indiretto ma soprattutto diretto del calore da essi trasportato e, contestualmente, diminuire la quantità di gas climalteranti, come la CO2, oppure contaminanti, come H2S, spesso associati alle sorgenti termali.

Per approfondire, bibliografia:

• Global thermal spring distribution and relationship to endogenous and exogenous factors. Nat Commun 13, 6378 (2022); by Tamburello, G., Chiodini, G., Ciotoli, G. et al. https://doi.org/10.1038/s41467-022-34115-w
  
  

• Thermal springs of the United States and other countries of the world; a summary. Professional Paper 492; by Gerald Ashley Waring, Reginald R. revised by Blankenship, and Ray Bentall https://doi.org/10.3133/pp492
  
  

• Systematic review of geochemical data from thermal springs, gas vents and fumaroles of Southern Italy for geothermal favourability mapping. Earth-Science Reviews,Volume 188; by Minissale, A., Donato, A., Procesi, M. et al. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2018.09.008