La simmetria assiale

LA SIMMETRIA ASSIALE

In geometria la simmetria assiale fa parte delle ISOMETRIE (dal greco isos che significa uguale) che sono (trasformazioni) movimenti rigidi di una figura tali da preservare le distanze fra i vari punti della figura, l'ampiezza degli angoli, l'area e il perimetro.

La figura (trasformata) spostata viene detta IMMAGINE.

Sia la figura che l'immagine hanno lo stesso numero di lati, la stessa lunghezza di ogni lato corrispondente, la stessa ampiezza degli angoli, lo stesso perimetro e la stessa area. 

Ma non sono uguali! 

Infatti i vertici della figura e dell'immagine non sono nello stesso ordine ma in ordine inverso.

E' come per le nostre mani: la sinistra è disposta in ordine inverso alla destra.

Tra la figura e l'immagine c'è una linea retta, che ha la stessa funzione di uno specchio piano, detta ASSE di SIMMETRIA. Nel disegno tecnico viene rappresentata da una successione di punti e tratti lunghi circa 1,5-2 cm.

Attenzione! la distanza tra i punti e i tratti deve essere breve! e NON...

Per distinguere i punti dell'immagine dai corrispondenti punti della figura utilizziamo:

                                         punti figura:                    A   B   C   D   E
                                         punti immagine:             A'  B'  C'  D'  E'

Sia la figura che l'immagine rispettano delle regole esattamente come avviene per l'immagine riflessa dallo specchio.

Più lontano si trova la figura dall'asse di simmetria e più lontano si forma l'immagine.

Come facciamo a costruire l'immagine?

Assegnato un punto A e l'asse di simmetria 

occorre tracciare la perpendicolare all'asse passante per A,

misurare, sulla perpendicolare, la distanza di A dall'asse e riportare (sulla perpendicolare), dall'altra parte dell'asse la stessa distanza  A'. 
Invece di misurare con il righello si può utilizzare il compasso, puntandolo nel punto (O) in cui la perpendicolare taglia l'asse.

La simmetria assiale di asse r (retta) o riflessione è una trasformazione isometrica che ad ogni punto P di una figura associa un punto P' (immagine) tale che il segmento PP', è perpendicolare all'asse e il punto medio M di PP' appartiene all'asse.

Questo naturalmente vale per tutti i punti della figura anche se noi ci limitiamo a considerare i vertici.

Per le figure formate da linee curve le costruzioni sono notevolmente più complesse ed esulano dalla presente trattazione.

(da geogebra.altervista.org)

Utilizzando il foglio a quadretti, le simmetrie con asse verticale o orizzontale sono abbastanza semplici da costruire, senza dover usare il compasso.

esempio 1

esempio 2

esempio 3

esempio 3 b

esempio 4

esempio 5

esempio 6

Tracciamo ora l'asse di simmetria con inclinazione di 45° (diagonale dei quadretti)

Se i punti della figura corrispondono ai vertici dei quadretti è facile costruire i simmetrici tracciando le perpendicolari all'asse che sono ancora le diagonali dei quadretti.

Non è il caso di misurare la distanza dall'asse, basta contare le diagonali dei quadretti.

Non è nemmeno il caso di tracciare le perpendicolari perché con un semplice ragionamento logico si riesce a costruire l'immagine.

Scegli un punto della figura (esempio A) segna il simmetrico A' e, a partire da questo costruisci l'immagine ricordando che le linee orizzontali diventano verticali e viceversa.

esempio 7

esempio 8

esempio 9

esempio 10

esempio 11

esempio 12

Possiamo anche disegnare una composizione di simmetrie. Costruiamo l'immagine, poi tracciamo un altro asse di simmetria e costruiamo l'immagine dell'immagine.

figura AB    immagine A'B'

figura AB immagine A'B' immagine 2 A''B''

figura AB immagine A'B' immagine 2 A''B'' immagine 3 A''' B'''

esempio 11

esempio 12

Consideriamo una retta inclinata, su un foglio di carta a quadretti.

Come facciamo a stabilire quanto è inclinata? 
Potremmo scegliere un punto sulla retta e dal punto tracciare una linea orizzontale e poi con il goniometro misurare l'angolo.

L'inclinazione della retta è 56,3 °
Ma si può usare un altro metodo, più semplice. 
(Negli esempi seguenti si usa come unità di misura di lunghezza il quadretto)

Scegli due punti in cui la retta passa per i vertici dei quadretti, considera lo spostamento orizzontale b e quello verticale a. L'inclinazione è individuata da questi due numeri scritti in forma di frazione  a/b.

Se per la stessa retta consideri altri due punti come nell'esempio, semplificando la frazione ottieni sempre la stessa inclinazione.

Per stabilire l'inclinazione scegli due punti consecutivi (della retta) che cadono sui vertici dei quadretti (esempio A e B).

Poi considera lo spostamento orizzontale b e quello verticale a per andare da A a B. L'inclinazione è 8/3.

Sia la retta con inclinazione 2/1 e si voglia tracciare la perpendicolare  passante per il punto B.

La perpendicolare passante per B deve avere i valori di a è b invertiti e di conseguenza pendenza 1/2.

Anche questa retta passante per B ha inclinazione 1/2, ma non è perpendicolare all'altra retta. Si dovrebbero aggiungere altre precisazioni (vedi Nota finale), ma per il momento accontentiamoci di tracciare, delle due possibili, quella che risulta perpendicolare (ad occhio).

Sia la retta con inclinazione 3/2 e si tracci la perpendicolare passante per B.

La perpendicolare per B deve avere inclinazione 2/3.

Si costruisca la simmetria assiale di AB con l'asse inclinato 3/1.

Traccia da A e da B le perpendicolari all'asse con inclinazioni di 1/3.

Puntando il compasso nei punti in cui le perpendicolari tagliano l'asse riporta le di stanze di A in A' e di B in B'.

Unisci poi i punti A'B'

Costruisci la simmetria assiale del poligono, con asse di simmetria inclinato 2/1.

Traccia le perpendicolari all'asse, con inclinazione 1/2, passanti per i vertici del poligono.

Con il compasso punta nei punti di intersezione, riporta le distanze sulle perpendicolari (esempio A - A').

La stessa cosa la potresti fare con un righello, ma con il compasso è più precisa.

Unisci poi i vertici dell'immagine A'B'C'D'E'

Costruisci la simmetria assiale del poligono, con asse di simmetria inclinato 1/3.

Traccia le perpendicolari all'asse, con inclinazione 3/1 passanti per A B C D E.

Con il compasso riporta le distanze sulle perpendicolari.

Unisci i verti A'B'C'D'E' dell'immagine.

Costruisci la simmetria assiale del poligono con asse di simmetria inclinato 4/1.

Traccia le perpendicolari all'asse, con inclinazione 1/4, passanti per A B C D E.

Con il compasso riporta le distanze.

Unisci i vertici  A'B'C'D'E'  dell'immagine.

Costruisci la simmetria assiale del poligono con asse di simmetria inclinato 2/5.

Nota

INCLINAZIONE DELLE RETTE 

Come abbiamo detto sopra, le due rette (r e t) hanno la stessa inclinazione 1/4.

Consideriamo allora la pendenza della retta: se questa passa all'interno dell'angolo retto, segnato in rosso, diciamo che ha pendenza (+) positiva.

Se la retta passa nell'angolo retto segnato in arancione, diciamo che ha pendenza (-) negativa.

Due rette sono parallele  se la frazione che indica l'inclinazione è inversa e se hanno pendenza opposta (+ e -) (- è +)

esempio 1

esempio 2

La fine del carbone

LA FINE DEL CARBONE

Alla metà del Cinquecento le foreste inglesi cominciarono a diradarsi. Poiché non si poteva fare a meno del fuoco, la gente ricorse a una strana una pietra  nera infiammabile che si estraeva dal suolo. All'epoca non si sapeva che quelle rocce erano i resti condensati di felci e resti di piante marcite nelle paludi, milioni di anni prima. Erano carbone.

Come combustibile non era l'ideale. Il colore ricordava quello nerastro dei morti di peste bubbonica. Il fumo faceva star male. L'estrazione comportava un notevole dispendio di tempo, era pericolosa e poco agevole. Le miniere  contenevano gas esplosivi (grisou o grisù: gas inodore e incolore, più leggero dell'aria, per cui si accumula in sacche nelle parti alte delle gallerie, se combinato con 5-14% di aria, a contatto di fiamma, dà luogo a miscele esplosive) e venefici ed erano soggette ad improvvise inondazioni. Era però sempre meglio che morire di freddo.

E così si cominciò ad estrarre dal terreno il carbone per alimentare i focolari. Come effetto collaterale le città si ricoprirono di uno strato di fuliggine e i cieli furono oscurati da nuvole nere. Nel Settecento i filoni superficiali erano ormai esauriti. Si dovette scavare più in profondità, con rischi sempre maggiori di inondazioni ed esplosioni.
Continuare a fare affidamento su un combustibile tanto difficile da estrarre e tanto caro sarebbe stato rischioso e magari anche sconsiderato. La quantità di energia che sarebbe servita a pompare fuori l'acqua dalle gallerie profonde che si inabissavano sotto la falda freatica (Dovuta all'acqua dei fiumi e alla pioggia, che viene lentamente trasportata in profondità dalla forza di gravità finché non raggiunge uno strato impermeabile argilloso dove si ferma e si accumula) sarebbe stata pari, se non superiore, a quella ottenibile dal carbone estratto. Tuttavia c'era già chi era disposto a lottare per difendere il business del carbone. I proprietari delle miniere calcolarono che, pur dovendo sborsare il denaro necessario per più operai e più macchinari, se fossero riusciti a rientrare nei loro investimenti vendendo sempre più carbone, avrebbero comunque tratto profitto da miniere più grandi e più profonde.

In altre parole più il carbone si esauriva e più problematico diventava estrarlo, più bisognava venderne perché ne valesse la pena. Eppure questo sistema assurdo funzionava. Assoldando più lavoratori e attirando investimenti più cospicui, l'estrazione del carbone divenne presto una delle industrie più grandi e a maggior intensità di capitale della Gran Bretagna.

Nel 1702 con Thomas Savery e nel 1712 con Thomas Newcomen fu inventata la macchina a vapore, subito impiegata per far defluire l'acqua dalle miniere sempre più profonde.

Grazie a questa invenzione "la più straordinaria che l'ingegno umano abbia mai prodotto", scrissero gli storici, si poté beneficiare "dell'arte di convertire il combustibile in energia utile, a tutto vantaggio dell'umanità". Il carbone reso accessibile dalla macchina a vapore fu utilizzato in parte per alimentare la macchina stessa e le fucine dove si fondeva il ferro con cui era costruita. Era un ciclo che si autososteneva e permise l'intensificazione della produzione del carbone e del ferro abbassando il prezzo di entrambi. Poco dopo esplose la rivoluzione industriale che portò al parossismo il legame tra ferro, acciaio e carbone. 

Nel Settecento e nell'Ottocento carbone era sinonimo di potere. Ma c'era un prezzo da pagare. Il suo fumo era così denso che lo si vedeva sospeso sopra le città inglesi da chilometri e chilometri di distanza e in certi casi arrivava perfino ad oscurare il sole.

I bambini lavoravano nelle fabbriche alimentate a carbone o peggio ancora nelle miniere fredde umide e malsane. "Di solito i bambini più piccoli sono impiegati per guardare gli ingressi" annotava l'economista Friedrich Engels "e così passano dodici ore al giorno al buio, soli, seduti in  umidi corridoi, senza nemmeno avere abbastanza lavoro per salvarli dal tedio di non fare nulla, che li istupidisce ed abbruttisce". Privati della luce del sole, esposti all'aria avvelenata delle esplosioni, si ammalavano e morivano. A Manchester, alla metà dell'Ottocento, la maggior parte dei poveri non sopravviveva fino al diciottesimo compleanno.

Chi ci riusciva invecchiava prematuramente. Alcune delle tragedie che colpivano gli operai delle miniere venivano fatte passare sotto silenzio, almeno per un po', dai proprietari, che cospiravano con i giornali locali.

Sull'altra sponda dell'Atlantico, nel frattempo cominciava un'altra storia. Alla metà dell'Ottocento gli abitanti della Pennsylvania Nord-occidentale  avevano trovata una sostanza nera oleosa che galleggiava sulla superficie di ruscelli e sorgenti. Cominciarono quindi a schiumare il liquido con degli stracci e lo usarono per la prima cosa a cui si pensava in quei tempi duri: cercare di contenere la sbalorditiva schiera di malattie che li perseguitava. All'epoca le epidemie di colera, febbre gialla, influenza e vaiolo decimavano la popolazione del Nord America. Alcuni individui intraprendenti vendevano il petrolio con il nome di "olio di Seneca" come curativo di innumerevoli patologie.

Se incendiate, le lunghe catene di carbonio del petrolio, si rompono, rilasciando l'energia immagazzinata nei loro forti legami chimici. In seguito gli atomi di carbonio e idrogeno si legano con l'ossigeno formando anidride carbonica e acqua. La quantità di energia presente in 4 litri di petrolio è pari a quella presente in 5 kg del miglior carbone o a 10 kg di legna o a 40 schiavi ben nutriti che fatichino per un'intera giornata.
Il petrolio conteneva tanta energia da poter essere usato in grandi quantità perché rilasciava comunque più energia di quanta ne era necessaria per estrarlo.
In Pennsylvania si cominciò a trivellare un pozzo, come si faceva per l'acqua e il sale e nel 1859 Edwin Drake alla profondità di 21 metri trovò il petrolio.

Esploratori di ogni tipo e genere percorsero il globo in lungo e in largo a caccia di segni rivelatori di fuoriuscite di petrolio che li avrebbero resi ricchi. Dall'altra parte del mondo i russi trivellarono le polle i cui fuochi inestinguibili avevano tanto affascinato  i persiani. A Baku, sul Mar Caspio, imbarcavano il petrolio sulle navi cisterna. Intorno al porto il fumo delle duecento raffinerie che distillavano il greggio era talmente denso che l'area era nota come "città nera". Il fuligginoso petrolio russo cominciò a riempire le lampade di tutta l'Asia insieme a quello estratto dalle rocce dell'Indonesia.

Nel 1862 i pozzi scavati nella Pennsylvania producevano fino a 3 milioni di barili (1 barile = 158,987294928 litri) all'anno. Veniva chiamata "produzione" del petrolio, strana definizione se si pensa che l'uomo non produceva proprio niente, ma piuttosto estraeva qualcosa che la Terra aveva generato innumerevoli anni prima. 
Dopo appena trent'anni i 16.000 agricoltori, imprenditori e speculatori della Pennsylvania l'avevano prosciugata perforando il terreno in tutti i punti dove erano riusciti, facendone fuoriuscire il petrolio alla velocità massima allo tecnicamente consentita. Quando i pozzi improvvisamente si esaurirono, fu come se una pestilenza si fosse abbattuta sulle cittadine che erano spuntate come i funghi nei dintorni. Non avendo idea di quanto petrolio ci fosse nel sottosuolo né della sua provenienza, non erano stati in grado di prevederne la fine.

A differenza del carbone, che poteva essere bruciato appena estratto, per poter essere davvero utile il greggio richiedeva una lavorazione molto dispendiosa in termini energetici. Il petrolio che fuoriusciva gorgogliando dal terreno era una miscela di migliaia di diversi tipi di idrocarburi. C'erano catene di carbonio molto lunghe, anche più di 70 atomi, ma anche idrocarburi formati da 4 atomi appena, e catene intermedie. La miscela variava a seconda del luogo e della profondità da cui proveniva il greggio.

I diversi idrocarburi bruciano a diverse temperature, il che diventa un problema quando si cerca di imbrigliare l'energia prodotta dalla loro combustione. Era necessario separare varie frazioni di idrocarburi, con la distillazione, e costruire dei macchinari adatti a bruciare i componenti in modo ottimale.
Quando si riscalda il greggio, le diverse frazioni raggiungono via via il loro punto di ebollizione e si trasformano in vapori. A temperatura ambiente il metano (nota 1) è un gas così pure gli idrocarburi fino a 4 atomi di carbonio.

A temperature superiori a 36 °C bollono gli idrocarburi con 5 o più atomi di carbonio...a 260 °C quelli a 16 atomi di carbonio...a 500 °C gli idrocarburi più complessi. Nelle raffinerie si separavano i vari idrocarburi in torri di acciaio con evaporazione e condensazione (vedi distillazione del petrolio).
Nel XIX secolo solo una frazione era considerata utile: il cherosene, che veniva utilizzato per illuminazione in quanto rappresentava un notevole miglioramento e meno costoso rispetto all'olio di balena e alla trementina.

John D. Rockefeller costruì la sua fortuna sul commercio del Cherosene. Egli considerava il suo compito in termini spirituali: portare la luce nelle tenebre del mondo. "Diamo al povero luce a poco prezzo" diceva ai suoi colleghi. Ma in realtà si trattava di un grosso business altamente lucrativo. 

Fu Rockefeller a renderlo tale, con la sua spietata brama di espandere il proprio impero petrolifero e dominare i mercati e costringere i concorrenti a ritirarsi.
Poi nel 1879 Thomas Edison inventò la lampadina ad incandescenza nel laboratorio del New Jersey e con essa la nascita dell'energia elettrica.

Il desiderio di cherosene della società si dissipò rapidamente a fronte della nuova illuminazione. Ma Rockefeller e altri industriali del petrolio nuotavano nel cherosene. Con i giacimenti della Pennsylvania esauriti, intorno al 1885, l'industria petrolifera si era spostata in Ohio e nell'Indiana. Si doveva trovare un nuovo mercato e...in fretta.
Nel XIX secolo il termine "trasporti" faceva pensare ai carri trainati da cavalli e alle rotaie forgiate nella fucina della Rivoluzione Industriale, su cui viaggiavano carbone, acciaio e persone. 

In entrambi i casi l'energia necessaria ad alimentare il movimento era ingente. Servivano tonnellate di acciaio e sudore per costruire treni e rotaie, e poi carbone e uomini per alimentarle e manovrare i convogli.
Il trasporto su carri richiedeva un investimento energetico inferiore, ma era anche meno potente e più limitato in termini di distanze e utilità. 

Nel 1860 fu inventato un aggeggio in grado di accrescere in maniera sostanziale la resa energetica: la bicicletta. Questa macchina semplice e compatta riusciva a rendere il movimento umano fino a quattro volte più potente. Pedalando senza fretta per un'ora si percorrevano 9-10 Km, il doppio della distanza coperta nello stesso tempo camminando di buon passo.

La bicicletta richiedeva una manutenzione limitata e i materiali comuni con cui era costruita ripagavano ampiamente dell'investimento in termini di energia. A differenza del treno che necessita di montagne di carbone, e dei carri che sfruttano il metabolismo animale, la bicicletta era piccola ed efficiente, e veniva azionata dall'uomo. (I treni oggi necessitano di 210 Kcal di energia per muovere una sola persona di un chilometro e mezzo. La bicicletta ci riesce con sole 20 Kcal, la quantità di "carburante" contenuta in un morso di banana.)
La bicicletta conquistò il mondo intero. Era un modo per muoversi completamente nuovo perché, a differenza dei treni, che partono solo a orari prestabiliti, verso località prestabilite, la bicicletta era completamente sotto il controllo di chi pedalava.

Forse era inevitabile che le due forme di trasporto alla fine si fondessero.
Nel 1886, sette anni dopo che l'invenzione della lampadina elettrica aveva minato il mercato del cherosene e fatto vacillare i baroni del petrolio, l'ingegnere tedesco Carl Benz collegò un motore a un triciclo.

Nel 1890 i francesi Panahard e Levassor realizzarono un quadriciclo con motore anteriore, albero di trasmissione longitudinale e trazione posteriore.
Non si può comunque affermare che le nuove invenzioni avessero rivoluzionato il sistema di trasporto treno-cavallo-bicicletta perché le auto che si vendevano erano davvero in numero esiguo. Il "New York Times" il 3 gennaio 1899 scriveva: "...questi veicoli di nuova concezione sono di una bruttezza indicibile e nessuno di essi ha mai avuto un bel nome o almeno un nome durevole. I francesi, i quali, se non altro, sono solitamente ortodossi nelle questioni etimologiche, hanno coniato "automobile", che essendo per metà greco e per metà latino è talmente indecente che lo stampiamo con una certa reticenza.".

Oltre a essere brutte le auto non erano molto efficienti come mezzi di trasporto per le persone. Anche le auto di oggi, a parità di distanza, richiedono tre volte più di energia dei treni e trenta volte più della bicicletta. Ma erano veloci e soprattutto, a differenza dei treni, alimentati a carbone, la loro velocità dipendeva dal petrolio. Il carbone poteva competere con il petrolio per alcune applicazioni, ma in questo caso era decisamente perdente. Il carbone era ingombrante e il rilascio di energia troppo lento per motori che dovevano essere accesi e spenti in fretta.
Cominciò così lo sviluppo esponenziale dell'industria automobilistica collegata all'industria petrolifera di estrazione e raffinazione.

Mentre l'industria petrolifera toccava vette sempre nuove grazie all'aumento della domanda, l'industria del carbone era impantanata. I minatori sfruttati insorgevano in preda alla disperazione. Tra il 1929 e il 1954, l'industria estrattiva del carbone aveva perso ogni anno 5 milioni di giorni-uomo per gli scioperi. E dopo ogni interruzione del rifornimento di carbone erano sempre di più i dirigenti delle fabbriche  a investire, esasperati, nella conversione al più affidabile petrolio.

L'ambiente annerito di Londra, la capitale del carbone, era diventata letale. Il 4 dicembre 1952 un anticiclone si fermò sulla città creando un'inversione termica, ovvero dell'aria stagnante e fredda rimase intrappolata sotto uno strato di aria calda. A causa del freddo i londinesi aumentarono la potenza degli impianti di riscaldamento, bruciando più carbone e di conseguenza creando più smog che per via dell'inversione termica rimase intrappolato. Si creò un problema di visibilità, non si riusciva a vedere a più di due o tre metri, ma i londinesi erano abituati a questa nebbia fitta che chiamavano "black fog o killer fog" e non si resero conto di quello che stava succedendo.
I trasporti pubblici si fermarono ad eccezione della metropolitana e addirittura le ambulanze si fermarono costringendo i londinesi a raggiungere gli ospedali con i loro mezzi di trasporto o a piedi.
Il problema fu reso peggiore dall'uso per il riscaldamento di carbone di bassa qualità ad alto contenuto di zolfo, per permettere l'esportazione di carbone di buona qualità a causa della critica situazione economica della Gran Bretagna dopo la seconda guerra mondiale.

Le 1000 tonnellate di particolato, le 2000 di anidride carbonica, le 140 di acido cloridrico e le 370 di biossido di zolfo che il carbone londinese aveva riversato nell'aria quel giorno erano intrappolate sopra la città. Seguirono cinque giorni senza vento e la nube stagnante asfissiava gli abitanti, il biossido di zolfo reagì con le goccioline d'acqua fuligginosa a formare un composto acido che portò ad infezioni e a gravi problemi dell'apparato respiratorio. Molti non riuscirono nemmeno a raggiungere gli ospedali sovraffollati e crollarono per strada. I servizi medici compilarono statistiche per le quali ci furono nella prima settimana 4000 decessi dovuti ad infezioni dell'apparato respiratorio, ipossia, bronchiti acute e polmoniti. Ulteriori 8000 morti seguirono nelle settimane e nei mesi successivi.

Prima della seconda guerra mondiale circa la metà dell'energia utilizzata negli Stati Uniti derivava dal carbone; nel 1955 meno di un terzo. Nel 1956 anche la città di Londra aveva ormai bandito il carbone.

Ci è voluto meno di un secolo perché il petrolio eclissasse il carbone. La causa non sta solo nella potenza e nella versatilità del petrolio, che ha una miriade di applicazioni, ma anche dal fatto che le ricchezze accumulate con la sua estrazione hanno scatenato una feroce competizione fra le compagnie, il cui unico fine era il profitto.

(tratto da "Oro nero" di Sonia Shah)



Nota 1

Il metano è presente normalmente nei giacimenti di petrolio e quando si estrae il petrolio, risale in superficie anche il metano, in media in quantità pari allo stesso petrolio. Se i giacimenti sono lontani dai luoghi di consumo o situati in mare aperto, risulta quasi impossibile usare quel metano, che pertanto viene bruciato all'uscita dei pozzi senza essere utilizzato in alcun modo oppure viene ripompato nei giacimenti mediante compressori centrifughi favorendo l'uscita del greggio grazie alla pressione.
Il costo del metano trasportato nei gasdotti è circa quattro volte superiore a quello del petrolio perché la densità del gas è molto minore e quindi molto metano estratto non viene utilizzato.

Molecola di Metano

Origine biologica del petrolio

ORIGINE DEL PETROLIO

...Un manto d'acqua avvolge la crosta della Terra, sotto forma di nuvole, oceani, laghi, fiumi, falde acquifere e ghiacciai, condensa, precipita, si scioglie, circola, gela ed evapora di continuo. La frenetica attività dell'acqua sulla superficie terrestre ne modella l'aspetto, erodendo montagne, incidendo valli, scivolando piano piano verso il basso attraverso i minuscoli spazi tra le particelle del suolo fino ad incontrare la roccia sottostante. Quando il clima si raffredda, l'acqua accumulata nello strato roccioso, gela espandendosi e frantumandolo. L'insieme di questi processi abbatte le montagne, lentamente ma inesorabilmente.

I prodotti dell'erosione e dell'azione degli agenti atmosferici, i sedimenti, vanno a depositarsi in pozze, vengono portati via dai corsi d'acqua e alla fine raggiungono il mare. I fiumi, con i loro vortici di sabbia e detriti, corrono verso gli oceani. Man mano che si avvicinano, la loro velocità diminuisce e i detriti in sospensione cominciano ad affondare. Sul fondale marino gli strati di sedimenti si accumulano e seppelliscono con il loro peso crescente quelli sottostanti che con il tempo si comprimono e si induriscono. Si trasformano cioè in roccia.

L'oceano brulica di piccoli crostacei, alghe, microscopiche forme di vita da cui dipende l'intera catena alimentare. Dei tre generi di animali marini - quelli ancorati al fondo, come i coralli; quelli che nuotano come i pesci; e le piccole creature che si limitano a farsi trasportare dalle correnti e dalle maree - i più piccoli sono di gran lunga i più prolifici: producono fino all'80 per cento della materia organica complessiva dell'oceano.
Queste orde di minuscole creature marine, sono dette plancton di cui il fitoplancton, microscopici organismi unicellulari fotosintetizzanti, è il motore del mare. Costituisce la base della catena alimentare sottomarina, trasformando, per mezzo della luce, l'anidride carbonica in composti organici, fornendo alimento ad altri organismi più complessi.

Lo scopo della vita del plancton è non affondare. Questi organismi devono rimanere nello strato di acqua in cui sono luce e calore sufficienti e lo sforzo fa sì che restino piccoli e, per evitare i predatori, trasparenti.
Particolarmente prolifere sono le diatomee, creature per metà piante e per metà animali che si riproducono per divisione cellulare e che possono rimanere latenti per anni, in attesa di una condizione favorevole per ritornare in vita. Le più lunghe misurano 80 micron. Dopo la morte il loro involucro siliceo precipita sul fondale andando a raggiungere i sedimenti portati dai fiumi. I piccoli gusci, insieme a quelli di altre creature unicellulari, si mescolano alla fanghiglia e si trasformano in quelli che i geologi chiamano fanghi carbonatici.

Ogni anno sul fondo marino si deposita circa un decimo di millimetro di detriti formati da resti di plancton e da altri sedimenti. Moltiplicando per dieci milioni di anni si arriva a un chilometro di spessore.

La fanghiglia in questione è ricchissima di CARBONIO, elemento costitutivo della vita, quello che le piante trasformano in materia organica (con la fotosintesi) e che noi espiriamo sotto forma di anidride carbonica. Elemento chimico che forma la sostanza nera e fuligginosa del carbone e della grafite, nonché il materiale più duro esistente in natura: il diamante, e moltissime altre sostanze.

Miliardi di anni fa, la Terra fu bombardata da meteoriti contenenti carbonio e da altri piccoli corpi celesti solidi. Ne conseguì un costante aumento di carbonio sul neonato pianeta. Oggi sulla Terra ci sono 49.000 gigatonnellate di carbonio (giga=1 miliardo), il che ne fa il quarto elemento più abbondante dell'universo dopo idrogeno, elio e ossigeno.
Il carbonio circola intorno al pianeta, sprofonda nella terra, zampilla dai vulcani e si diffonde nell'atmosfera. Nella sola atmosfera ne sono presenti 750 gigatonnellate.
La gran parte del carbonio - più di 30.000 gigatonnellate - si trova negli oceani che effettuano un mutuo scambio con l'aria sovrastante. L'anidride carbonica si dissolve nel mare e le correnti oceaniche trasportano le acque cariche di carbonio nelle oscure profondità.

Se legato con l'idrogeno, il carbonio è idrorepellente, ed è per questa ragione che il petrolio non si mescola con l'acqua. Il petrolio e il gas naturale sono idrocarburi, così chiamati perché formati da idrogeno e carbonio. Le molecole di petrolio più semplici sono lunghe catene di idrocarburi. Più le catene di idrocarburi sono lunghe, meglio aderiscono le une alle altre e il composto diventa più denso. Le catene con 30 atomi di carbonio hanno consistenza della cera.

Per organismi come il plancton, che formati quasi esclusivamente da acqua e vivono nell'acqua, una barriera di materiale idrorepellente è fondamentale. Non c'è da stupirsi quindi che la componente essenziale della membrana cellulare del plancton siano catene di molecole di idrocarburi di 15-20 atomi di carbonio.

I resti del plancton accumulatisi sul fondo del mare si confondono con i detriti di materiale inorganico a formare i sedimenti. Man mano che nuovi sedimenti si formano, quelli sottostanti sono sepolti sempre più in profondità e piano piano si compattano espellendo quasi tutta l'acqua. Dal momento che buona parte del materiale organico proviene dal plancton e che, tolta l'acqua il plancton è formato da composti di carbonio (idrocarburi) idrorepellenti, gli strati diventano ricchi di idrocarburi. Nel corso di milioni di anni si induriscono, trasformandosi in fogli sottili di roccia nera nella quale sono ancora distinguibili, al microscopio, frammenti di gusci, pollini e perfino interi microrganismi fossilizzati.

Sepolti in profondità, ad almeno duemila metri, gli strati sedimentari si trasformeranno in roccia scistosa o argillosa, ricca di idrocarburi. Sotto costante pressione e a temperatura di circa 80 gradi (procedendo verso il centro della Terra la temperatura sale), in milioni di anni,  le grosse molecole si scindono in molecole sempre più piccole di idrocarburi, meno viscose e più volatili, formano il petrolio che riempie gli interstizi dello scisto o "roccia madre".

Se lo strato roccioso continua a sprofondare nella crosta terrestre, la pressione diventa troppo elevata e il calore troppo intenso, le molecole di petrolio continuano a rompersi fino a formare il metano o gas naturale che è l'idrocarburo più leggero.

Se il petrolio mondiale giacesse tutto in profondità nella roccia scistosa, l'uomo non avrebbe mai saputo della sua esistenza, ma questi si può spostare e rimanere intrappolato in luoghi dove gli uomini possono raggiungerlo.
Le rocce madri scistose e argillose sono intrise di petrolio, ma oggi è praticamente impossibile estrarlo perché troppo denso. Non che il tentativo non sia stato fatto. In Colorado sono presenti quantità enormi di scisto contenente petrolio, depositato da un gigantesco lago che ricopriva parte dello Utah, del Colorado e del Wyoming più di 60 milioni di anni fa. Oggi il lago è scomparso ma non i suoi sedimenti, sepolti sotto terra, che formano un giacimento embrionale.

I massi di scisto del Colorado bruciano come il carbone; lo scoprirono gli operai della ferrovia che li usavano per delimitare i falò. Queste rocce contengono tonnellate di petrolio. Se si potesse estrarlo, se ne otterrebbe una quantità quasi pari al petrolio convenzionale del resto del pianeta.

Negli anni ottanta la Exxon, alla disperata ricerca di una nuova fonte di greggio, spese più di un miliardo di dollari nel tentativo di estrarlo dallo scisto del Colorado, ma abbandonò il progetto quando il costo balzò a 8 miliardi per 50.000 miseri barili al giorno. La compagnia avrebbe dovuto estrarre la roccia, frantumarla e riscaldarla producendo una quantità immensa di "scarti". 

Di solito si cercano quindi luoghi dove le forze geologiche hanno spinto il petrolio, dallo scisto, dentro rocce più facili da trivellare. Questo accade quando gli strati di scisto vengono spremuti dal movimento delle placche. Milioni di anni di tale pressione spremono fuori il petrolio, che risale grazie al suo peso specifico. Il liquido nero può migrare per lunghe distanze, anche più di 150 km. Dove va? Schiacciato da una pressione tremenda, sotto centinaia di metri di roccia in movimento, il petrolio cerca la via di uscita più semplice attraverso le piccole fratture e i pori delle rocce che lo soffocano. E' un cammino tortuoso, che si dipana dentro interstizi minuscoli, salendo sempre verso la luce del Sole.

Non tutti gli strati rocciosi sono particolarmente densi. Immaginate che il petrolio incontri una roccia formatasi da sabbia bianca fine che si è fusa in uno strato di porosa arenaria.

Anche se la pressione è molto intensa, fino a un quarto del volume della pietra è costituito da spazi vuoti. I granelli si impilano come palline da ping-pong e tra uno e l'altro resta molto spazio.  
L'arenaria, inzuppata di petrolio, ha bisogno di un "coperchio", altrimenti il liquido continuerebbe a stillare disperdendosi su un'area tanto vasta che sarebbe impossibile raccoglierlo. E' necessario che sopra l'arenaria si formi uno strato impermeabile.

Il processo di migrazione trova maggior impulso quando nei pori della roccia è presente acqua, attraverso una vera e propria spinta di galleggiamento.

La roccia ove il petrolio si accumula e viene estratto è quasi sempre un'arenaria o una roccia carbonatica con porosità e permeabilità elevate e con contenuto organico originario praticamente nullo.

da Geologia.com/petrolio

Capita a volte che anni di erosione logorino le rocce di copertura, portando in superficie interi giacimenti. E' accaduto nell'Alberta, in Canada. Il petrolio e i gas leggeri si sono dispersi rapidamente nell'aria lasciando solo una fanghiglia bituminosa, l'infame sabbia petrolifera dell'Alberta, un "giacimento morto".

Un giacimento di petrolio deve essere costituito da spessi strati di roccia madre, di roccia serbatoio porosa e da una copertura di roccia impermeabile che siano disposti nella posizione adatta a formare una trappola petrolifera e abbiano le giuste condizioni di pressione e temperatura. Deve quindi verificarsi una sequenza di eventi complessa, nel corso di milioni di anni e che necessita delle carcasse di miliardi di organismi, dell'innalzarsi e abbassarsi dei mari e dello spostamento di tonnellate di roccia. Nel complesso si pensa che la Terra abbia generato 2 trilioni (10 ¹⁸) di barili di petrolio.

(Oggi (2011) consumiamo, nel mondo:      88 milioni di barili di petrolio al giorno
                                                                         32.120 milioni di barili all'anno)

Circa 180 milioni di anni fa , appena sopra l'equatore si estendeva un mare caldo e poco profondo che separava le terre emerse in due subcontinenti: Laurasia e Gondwana. In quel mare antichi organismi corallini costruirono le loro portentose barriere. Gli è stato dato il nome di Tetide, in onore della mitologica ninfa, figlia di due divinità greche del mare: Nereo e Doride, a loro volta filgli del dio del mare: Ponto e Gea, la madre Terra.

Per più di 100 milioni di anni il fondale della Tetide raccolse ricchi strati di sedimenti tra cui gusci vuoti, plancton e altro materiale organico. Poi le acque che lambivano le coste si ritirarono lasciando una crosta salina a ricoprire gli strati organici. La sabbia prese il posto dell'acqua, seppellendo il sale.
Questo fenomeno si ripeté molte volte e il risultato furono strati sovrapposti di roccia madre,  roccia serbatoio ed evaporite (sali dovuti all'evaporazione dell'acqua). A poco a poco gli strati cominciarono a sprofondare e la loro compressione diede origine al petrolio. Il fondale sprofondato della Tetide oggi contiene circa i due terzi di tutto il petrolio mondiale.

La maggior parte è rimasto intrappolato in Medio Oriente. Circa 15 milioni di anni fa il fondo del mare primordiale si trasformò in terra emersa: i suoi sedimenti vennero in superficie. Arabia e Asia, che vi si affacciavano, entrarono in collisione. L'impatto frantumò la terra sollevandola negli altissimi monti Zagros, nell'Iran sud-occidentale. A sud-ovest dei rilievi si formò una vasta depressione, il bacino mesopotamico, uno dei più grandi bacini sedimentari del mondo, dove trovarono riposo i sedimenti ricchi di materia organica della scomparsa Tetide.

Lo scontro tra placche continentali increspò la roccia, la ripiegò su se stessa e vi aprì faglie, strizzando gli strati profondi che contenevano il petrolio. Il liquido cominciò a migrare. Quelle che un tempo erano le spiagge e le barriere coralline della Tetide, sepolte e trasformate in arenaria e calcare, lo risucchiarono. In alcuni luoghi gli strati salini lo sigillarono sotto cupole, in altri furono le pieghe dei sedimenti a intrappolare il petrolio.

Se si pensa che trilioni di barili di greggio migravano dentro le rocce in profondità, non sorprende che una certa quantità abbia trovato il modo di raggiungere la superficie. Qui una parte semplicemente svaniva, evaporava, un'altra si raccoglieva e conservava in pozze fangose.

Gli esseri umani lasciarono l'Africa ancestrale sfruttando l'istmo formato dalla collisione tra Africa e Asia che aveva inghiottito la Tetide e si stabilirono nella fertile vallata tra il Tigri e l'Eufrate. Non ci volle molto perché scoprissero il petrolio che stava filtrando lentamente dal suolo e asciugava al sole.


(tratto da ORO NERO di Sonia Shah)