Questo articolo parla di gas naturali mortali di provenienza dal sottosuolo.
E’ stato scritto dal massimo esperto di Rischio in Ambienti Confinati a livelli mondiale, Neil McManus, con il quale da un po’ di tempo ho avviato uno scambio di idee e opinioni sulla situazione italiana.
Da piccolo tecnico il quale sono, gli ho chiesto il permesso di poter tradurre in italiano i suoi interessantissimi articoli. Immaginate la mia felicità quando mi ha detto di esserne felicissimo e mi ha dato l’autorizzazione alla pubblicazione.
Ecco quello che Neil ha scritto sui gas del sottosuolo e sugli incidenti mortali che hanno provocato quelle volte in cui sono penetrati in un ambiente di lavoro confinato.
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Il titolo originale è: “Soil Gases: The Missing Link in Accidents Involving Subsurface Structures?”
by Neil McManus, CIH, ROH, CSP
North West Occupational Health & Safety
North Vancouver, British Columbia, Canada – nwohs@mdi.ca www.nwohs.com
© 2011 North West Occupational Health & Safety
Alcune parti di questo documento sono estratte da “Safety and Health in Confined Spaces” e “The Confined Space Training Program, Worker Handbook”.
I concetti sono stati presentati al Taiwan IOSH (Institute of Occupational Safety and Health) a Taipei, Taiwan, nell’aprile del 2007; e presso l’AIHCE (American Industrial Hygiene Conference and Exhibition) tenutosi a Philadelphia, Pennsylvania, nel giugno del 2007.
Le idee qui espresse rappresentano le opinioni dell’autore e sono destinate esclusivamente a promuovere la discussione.
Traduzione: Emanuele Mazzieri dietro consenso scritto dell’autore, Neil McManus
Immagini selezionate da Emanuele Mazzieri
Introduzione ai pericoli derivanti da gas naturali negli ambienti confinati
Nel corso degli anni, le cause di molti incidenti verificatisi all’interno di strutture interrate o sotterranee di siti industriali o in quei settori produttivi che presentano rischi atmosferici, hanno messo a dura prova gli esperti durante le indagini che si sono susseguite per determinare con precisione la causa.
Fatto comune in tali incidenti era che gli ambienti lavorativi fossero strutture in cemento e interrate (ambienti confinati) e che le attività di intervento precedenti all’incidente si fossero svolte sempre senza problemi.
Come verificato in seguito, l’aria all’interno dell’ambiente, al momento dell’incidente, risultava inodore e non dava motivi di allarme.
Salvo poi verificarsi un rapido collasso della vittima.
A volte, in alcune di queste situazioni, anidride carbonica (CO2) e metano (CH4) risultavano presenti a livelli elevati rispetto la normale atmosfera esterna.
Per quanto riguarda l’Idrogeno solforato (H2S), quando rilevato, a seguito dell’incidente, questo non risultava essere presente a livelli elevati.
In altre situazioni ancora, verificatesi nell’industria, sono state trovate sostanze contenenti zolfo.
Un filo conduttore in molti di questi incidenti era la presenza di acqua.
L’acqua, in forma liquida o sotto forma di umidità, è essenziale per l’attività microbiologica che riguarda la materia organica; ma anche per la formazione di sostanze chimiche inorganiche derivanti dalle reazioni di corrosione e ossidazione.
La presenza di materia organica può causare la proliferazione di microrganismi come funghi e batteri.
Suddetti microrganismi, in condizioni aerobiche (sufficiente presenza di ossigeno) producono anidride carbonica.
La proliferazione in condizioni anaerobiche, come accade in condizioni di scarsità o assenza di ossigeno, porta alla produzione di metano, idrogeno solforato e altri mercaptani, ammoniaca, ammine e anidride carbonica.
Alcuni tipi di impianti passanti all’interno delle strutture sotterranee, possono certamente essere determinanti nella conformazione dei gas residui che si vanno a rilevare in tali ambienti.
Vie di ingresso in entrata possono ad esempio far entrare gas atmosferici da un posto più lontano. Queste vie possono essere sia impianti costruiti dall’uomo, come nel caso di fognature o impianti elettrici sotterranei collegati tra loro da condutture o canaline; ma possono anche essere costituiti da vie di infiltrazione involontarie collegate per esempio ad un bacino naturale o ad una sorgente di gas distante.
Le pareti, i pavimenti e spesso i soffitti delle strutture sotterranee sono circondati da materiale di riempimento. A volte il riempimento è materia risultante dalla escavazione del sito stesso, altre volte è materiale riportato scelto sulla base di specifici requisiti tecnici.
Questi materiali di solito sono permeabili alla migrazione di gas e vapori, proprio perché così richiesti in fase di scelta tecnico-progettuale.
Questo articolo si concentra su queste tipologie di situazioni: condizioni del terreno all’esterno dell’ambiente di di terreni in posizioni remote intorno al sito che possono influenzare l’atmosfera all’interno dell’ambiente, piuttosto che gas presenti nell’atmosfera esterna.
Gas naturali mortali all’interno di Strutture per la ventilazione
Alcuni eventi riportati vedono coinvolte strutture sotterranee che lavorano come “polmoni” per per i locali interni.
Essi, in genere, hanno un’unica via di collegamento ad una sorgente e/o un bacino gassoso; “inspirano” l’aria esterna ed “espirano” aria contaminata o a basso contenuto di ossigeno.
Escavazione Pozzi
Un certo numero di casi menzionati nel rapporto NIOSH sugli ambienti confinati vedeva coinvolti dei pozzi (rapporto NIOSH 1994).
In un caso, invece non contenuto nel rapporto NIOSH, un padre e un figlio sono morti in due pozzi distinti, scavati in un terreno sabbioso.
Tipica conformazione di un pozzo in tubi di cemento prefabbricati – la porosità delle parete contribuisce al passaggio dei gas naturali mortali
I due uomini lavoravano all’interno di condotte in cemento posizionate verticalmente. La causa della morte è stata un gas atmosferico mai identificato.
Questi pozzi sono stati scavati in un terreno incolto e mai smosso, costituito principalmente da sabbia. Questi pozzi erano in aree boscose e rimboschite contenenti alberi semi-maturi, all’interno di aree edificate a case e villette di recente costruzione.
Il terreno incolto e la sabbia nella parte inferiore del pozzo, erano potenzialmente reattivi con l’ossigeno dell’atmosfera. Un ulteriore potenziale causa di abbattimento dell’ossigeno nello spazio aereo è stata la fuga di questo attraverso il calcestruzzo delle pareti (poroso – N.d.T) nel terreno in risposta ad una richiesta di respirazione di radici e batteri del suolo aerobico e altri microrganismi.
Scavo di Fosse – l’effetto “soffia e succhia” e la fuoriuscita di gas naturali mortali
Vi è stato il caso di una camera sotterranea situata sotto il pavimento di un granaio. Conteneva la testa di un pozzo artesiano, le attrezzature di pompaggio oltre al serbatoio a pressione. Tali stanze sono comuni nelle zone rurali e sono solitamente adibite a proteggere le attrezzature dal congelamento durante l’inverno (parliamo del Canada – N.d.T.)
Il pozzo era costituito da due tubi, uno dentro l’altro. Il tubo esterno terminava nella struttura rocciosa sopra la falda freatica. Il tubo interno penetra più in basso, nella roccia dal quale sgorga l’acqua.
La famiglia usava la stanza come “root cellar” (dispensa interrata – N.d.T.) per conservare le verdure durante l’inverno e l’aveva usata per 25 anni senza che mai si verificasse alcun incidente.
Root-Cellar è il termine con cui i Canadesi e i Nord Americani definiscono dei depositi interrati utilizzati come cantine o depositi attrezzi: quando all’interno vi è anche la testa di un pozzo, è allora che il rischio di diffusione dei gas naturali mortali si può verificare.
Nell’episodio segnalato sul rapporto, la figlia entrò nella stanza e poco dopo cadde morta. Suo fratello entrò per salvarla e anche lui cadde morto. Anche il loro padre, nel tentativo di salvarli, entrò e svenne privo di sensi: fortunatamente sopravvisse.
L’atmosfera nella stanza, al momento dell’incidente, è stata stimata contenesse il 91% di azoto (N2), lo 0,5% di ossigeno (O2) e lo 0,6% di CO2.
L’indagine ha poi dimostrato che la colpa fosse da imputare al cedimento della guarnizione posta a sigillo dell’intercapedine tra i due tubi del pozzo.
Ciò ha permesso all’atmosfera della camera di entrare in contatto con l’atmosfera tra i due tubi e potenzialmente contigua con quella nella struttura rocciosa.
La struttura del pozzo, letteralmente stava “respirando”.
I trivellatori chiamano questi pozzi “soffia e succhia” (inspiratori ed espiratori – N.d.T.). I pozzi inspiratori ed espiratori sono ben noti in tutto il Nord America.
Come è costituita la struttura a doppio tubo di un pozzo: i gas naturali mortali possono passare attraverso la guarnizione che isola l’intercapedine tra i due tubi ed invadere l’atmosfera dell’ambiente all’esterno del pozzo
Le condizioni di alta pressione comprimono l’atmosfera nell’intercapedine tra i due tubi nella struttura rocciosa.
In condizioni di bassa pressione, l’atmosfera viene risucchiata attraverso l’intercapedine nell’aria circostante.
In questo caso, l’aria circostante è stata confinata in un “ambiente confinato”.
Altre strutture in cui questa situazione può verificarsi sono gli edifici situati sopra il livello del suolo, costruiti intorno alla testa del pozzo.
Quindi, le condizioni qui riportate, non riguardano unicamente le camere sotterranee classificate come ambienti confinati. (Fare riferimento al documento sull’area di lavoro non caratterizzata)
In alcune regioni, i proprietari di case utilizzano queste esalazioni per il raffrescamento degli scantinati durante i mesi estivi.
L’espirazione, in alcune situazioni, è abbastanza potente da spingere addirittura piccoli sassi fuori dal pozzo.
Il meccanismo di sottrazione dell’ossigeno dall’atmosfera, nella situazione qui documentata, è causa sconosciuta.
Recupero dei detriti delle Miniere
Questo episodio citato nel rapporto vede coinvolto un capanno di campionamento di circa 2 m per 2,5 m.
La porta, di dimensioni standard, era posta sulla parete minore. Il capanno di campionamento conteneva all’interno un fosso utilizzato per il drenaggio. Il fosso scorreva nel pavimento e veniva impiegato per eseguire i campionamenti delle acque di drenaggio.
Il fosso è stato creato con “pannelli prefabbricati” (calcestruzzo colato in blocchi utilizzati per costruire muri di sostegno e altri tipi di strutture). Il fosso era profondo circa 1,2 m.
Un canale sotterraneo scarica in un lato del fosso mentre un tubo situato sull’altro lato convoglia l’acqua di drenaggio verso un impianto di trattamento.
Il canale sotterraneo raccoglie l’acqua di drenaggio da un fossato situato alla base di un cumulo di rocce di scarto accumulato nel corso di 50 anni di attività di scavo. La roccia era lo scarto di una miniera attiva per 100 anni.
Durante la bonifica, il cumulo di scarti fu rovesciato nel fossato che si trovò quindi riempito di grandi rocce in grado di mantenere la capacità di drenaggio dell’acqua.
Le rocce furono poi ricoperto da 1 metro di terreno argilloso.
La roccia di scarto del cumulo contiene solfuri e carbonati. Durante i 50 anni in cui si è andata accumulando, la pioggia poteva entrare liberamente nella pila e l’aria poteva liberamente circolare attraverso il cumulo e le superfici esposte.
Cumuli di ciottoli e canali di smaltimento (veduta aerea): l’infiltrazione dell’acqua di drenaggio può, a contatto con le scorie di lavorazione, portare alla formazione di gas naturali mortali
Lo scopo della ricopertura con terreno argilloso era quello di creare un tappo per impedire il proseguimento di questo processo, il che ha significato bloccare il drenaggio acido delle miniere.
Il prelievo di campioni d’acqua dal capanno, prima della ricopertura con terreno argilloso del cumulo di detriti, era avvenuto per cinque anni senza alcun tipo di incidente.
Poi un appaltatore indipendente è entrato nel capanno per prelevare un campione d’acqua ed è morto.
Altre tre persone sono morte in questa stessa tragedia nelle 36 ore successive. (Fare riferimento all’articolo sullo spazio di lavoro non caratterizzato per ulteriori discussioni.)
Le indagini hanno dimostrato che l’atmosfera all’interno del capanno, al momento dell’incidente, conteneva una percentuale del 90% di N2, l’8% di CO2 e il 2% di O2.
La CO2 era di origine mineralogica. Gli autori del rapporto investigativo hanno ipotizzato che i solfuri nella roccia reagivano con l’O2 per formare solfati e che l’acido prodotto in questo processo ha reagito con i carbonati per formare CO2 .
Queste reazioni sono ben note nell’estrazione di rocce dure e influenzano le scelte progettuali riguardanti la ventilazione delle miniere.
Ulteriori indagini hanno indicato che l’aria è entrata nella pila di roccia attraverso il canale sotterraneo e che il
cumulo di detriti ha esalato gas altamente carente di ossigeno.
In altre parole, anche questa struttura stava respirando.
Cimiteri – l’azione dei gas naturali mortali che non ti aspetti.
I cimiteri di oggi hanno modificato il modo in cui avvengono le sepolture.
Invece di scavare un buco nel terreno con un escavatore, calando poi la bara e riempiendo il foro, oggi il metodo utilizzato è quello di rimuovere lo strato di terra da sopra un coperchio di una struttura cava di cemento.
Sistema prefabbricato di fosse cimiteriali in cemento: si crea in tutto e per tutto un sistema di camere e di ambienti confinati a rischio propagazione di gas naturali mortali
Si rimuove la terra e il coperchio superiore, si cala la bara, si ripristina il coperchio e si riporta la terra.
Un “cimitero” è oggi in realtà una gigantesca struttura composta da numerose file di camere di cemento interrate. Le camere sono poggiate su un massicciato di drenaggio grossolano.
La roccia drenante ingloba tubazioni di plastica traforate. Queste tubazioni sono collegate ad una stazione di pompaggio.
Ia depressurizzazione aerobica nelle camere rimuove l’ossigeno dall’aria.
Questa, a sua volta, abbatte l’ossigeno all’interno della massicciata di drenaggio, dalle tubazioni e infine dall’atmosfera all’interno della stazione di pompaggio.
In un caso citato sul report, si è rilevato il 5,5% di O2 all’altezza del passo d’uomo e il 4,5% al livello delle pompe, 4 m più in basso. Il metano era irrilevabile. Questa situazione può far sì che un operatore muoia già nel tentativo di guardare all’interno della stazione di pompaggio, dall’esterno, senza necessariamente entrare con la faccia al di sotto del piano del terreno. (Per ulteriori informazioni, fare riferimento all’articolo sull’area di lavoro atipica)
L’apertura e la richiusura di camere sotterranee in varie situazioni, costituisce un potenziale meccanismo di inspirazione e espirazione. Anche i cimiteri sono potenzialmente delle strutture che “respirano”.
Camere Sotterranee e Falde Freatiche
Il cemento armato prefabbricato è impiegato in molte tipologie di strutture sotterranee e all’interno di siti produttivi.
Queste strutture possono avere sia un pavimento in cemento sia in terra. Il cemento delle pareti e del pavimento è in genere grezzo quindi poroso.
L’assenza di un rivestimento sul calcestruzzo o l’assenza stessa di calcestruzzo nel pavimento favorisce lo scambio tra l’aria dell’ambiente i gas nel terreno.
Questa situazione può portare alla propagazione interna di gas con conseguente spinta verso l’esterno dell’ossigeno, a seconda delle situazioni.
Un episodio di questo tipo, tra quelli citati nel report, si è verificato in una struttura simile, dopo anni di accessi di routine senza problemi.
Si è trattato di un incidente mortale non molto diverso dagli altri citati. Indagini successive hanno condotto ad identificare le cause nella falda freatica della zona.
Falde Freatiche e Falde Artesiane – gli strati del suolo dove l’acqua ha un ruolo importante nella formazione e nel trasporto dei gas naturali mortali.
La falda freatica aveva subito un abbassamento dovuto alla bonifica edilizia e alla grave siccità.
Si è quindi imputato il cambiamento dello stato dell’atmosfera all’interno dello spazio confinato al cambiamento del livello della falda freatica. Questo ambiente ha potenzialmente subito un effetto di inspirazione ed espirazione come descritto nei casi precedenti.
Processi geologici sotterranei
I processi sotterranei non dipendenti dall’attività umana includono attività vulcaniche e processi che riguardano l’acqua piovana o le acque sotterranee.
I processi vulcanici dipendono dal magma, la materia fusa del nucleo centrale della terra (USGS 2010). Il
il magma contiene gas disciolti. I gas vulcanici portano alle eruzioni. I gas emergono continuamente dal terreno, attraverso prese d’aria vulcaniche (fumarole) e sistemi idrotermali. I gas vulcanici più frequenti sono il vapore acqueo (H2O), l’anidride carbonica (CO2 – circa 1/150 di quella prodotta dall’attività umana), e l’anidride solforosa (SO2).
In aggiunta, ci sono quantità minori di idrogeno solforato (H2S), idrogeno (H2), monossido di carbonio (CO), alogenuri di idrogeno (HF, HCl e HBr), elio (He), carbonil solfuro (COS), disolfuro di carbonio (CS2), metano (CH4), ammoniaca (NH3), vapore di mercurio (Hg) e composti organici.
Laghi gassosi Vulcanici – quando i gas naturali mortali causano stragi.
Le situazioni descritte nelle sezioni precedenti si riferiscono a strutture create dall’uomo che favoriscono il verificarsi di fenomeni causati da gas sotterranei.
La produzione e l’intrappolamento dei gas avvengono però anche in natura.
Il lago Nyos, il lago Monoun e il lago Kivu in Africa sono laghi gassificati da infiltrazioni di CO2 provenienti dagli strati profondi della roccia (Anonimo 2011a).
L’eruzione dei gas naturali mortali proveniente dal Lago Nyos, in Camerum, avvenuta il 21 agosto del 1986. Provocò la morte di oltre 1700 persone e un numero indefinito di animali
L’anidride carbonica prodotta dall’attività geologica nelle profondità della roccia affiora seguendo percorsi attraverso fessure naturali che portano a fughe gassose nelle acque di questi laghi.
Molte volte, questo scambio di gas passa, inosservata, nell’atmosfera circostante.
Il lago Nyos in Camerun è un lago profondo situato nel cono di un vulcano inattivo.
La CO2 penetra nelle acque profonde del lago. Una soluzione supersatura di CO2 si forma nell’acqua per un lungo periodo di tempo. Questa soluzione diventa circa 5 volte più concentrata della CO2 contenuta nelle lattine di birra o di bibite gassate.
Questa situazione si verifica a causa della forma e della profondità del lago, della temperatura dell’acqua e della pressione esercitata sui livelli inferiore dell’acqua dagli strati superiori.
Un altro fattore che contribuisce alla stratificazione è l’assenza di miscelazione.
La stratificazione e la successiva miscelazione turbolenta si verificano normalmente con cadenza annuale.
Il sistema illustrato, nel Lago Nyos diventa altamente compresso e instabile.
Nel caso citato, il lago Nyos letteralmente ruttò mentre il gas si trasformava rapidamente da soluzione a forma gassosa. Il volume d’acqua aumentò a causa della formazione improvvisa di bolle e alla fuga di gas.
Nel giro di 20 secondi, il gas tracimò dalla superficie del lago e colò giù lungo il cono vulcanico fino alle valli circostanti.
Il CO2 era almeno 1,5 volte più denso dell’aria circostante (rispetto al normale rapporto di densità data la stessa temperatura). Venendo dalla profondità del lago, il gas probabilmente era più freddo e persino più denso dell’aria circostante a causa della differenza di temperatura.
In questo disastro, morirono 1700 persone e molti animali.
Il Lago Kivu, nell’Africa orientale, contiene molto metano e CO2 derivante da emissioni sotterranee. Vi sono anche molte attività commerciali di estrazione.
Impianto di raccolta del Gas Metano proveniente dalle profondità del Lago Kivu – Rwanda (Africa)
Sorgenti Gassose
L’acqua che esce da queste sorgenti è naturalmente gassata. Ciò si verifica dal contatto con la esalazioni di CO2 proveniente da depositi profondi e anche da CO2 prodotta dall’azione degli acidi sui carbonati nelle rocce.
La maggior parte dell’acqua piovana contiene CO2 disciolto. La CO2 reagisce con l’acqua per formare acido carbonico, H2CO3.
Entrambi di questi processi portano alla carbonatazione. La decarbonatazione può verificarsi in luoghi inopportuni e in momenti inopportuni che portano a un’esposizione imprevedibile ad atmosfere arricchite di CO2.
Gas nelle Grotte
Le grotte sono luoghi in cui è logico prevedere la presenza di gas naturali mortali.
Queste situazioni si verificano quando la grotta fa parte di un sistema che contiene prese d’aria con che penetrano nelle profondità della struttura rocciosa.
Il gas che desta maggiore preoccupazione nelle grotte è la CO2. L’atmosfera di una grotta contenente più del 1% (> 10.000 ppm) di CO2 viene chiamata ‘foul air’ (aria viziata – N.d.T.) (Smith 1997).
È più probabile che questo rischio si sviluppi nelle caverne calcaree più profonde con minore o assente movimento dell’aria.
La CO2 può penetrare nell’atmosfera della caverna esalando dalle acque sotterranee e dall’espirazione dalle fessure che conducono agli strati profondi. Esalazioni da microrganismi, pipistrelli e altri abitanti delle caverne, oltre che i visitatori, sono fonti aggiuntive.
Questa situazione colpisce dall’1% al 2% delle grotte in Nord America
L’Oracolo di Delfi è l’impiego più famoso delle emissioni naturali dal sottosuolo (Anonimo 2011b).
I greci hanno creato un complesso di templi sul sito come mezzo per legittimare le capacità dell’Oracolo di predire il futuro.
La sacerdotessa si metteva seduta sopra uno sfiato e si lasciava intossicare dall’emissione di gas e vapori provenienti dalle faglie geologiche profonde.
Raffigurazione storica dell’Oracolo di Delfi: sembra che lo sgabello della sacerdotessa (raffigurato anche in questa immagine) fosse piazzato proprio sopra una sorgente di gas naturale
La posizione originale dell’oracolo non è più visibile. Le emissioni in una grotta situata vicino al sito contengono CH4, vapori di etanolo e CO2.
Quindi, le emissioni erano in grado di indurre ad uno stato ipnotico (intossicazione) la sacerdotessa, stato durante il quale lei avrebbe borbottato discorsi inintelligibili che venivano interpretati come previsioni del futuro.
Gas Radon
Il Radon (Rn) è presente in grotte, in miniere, in strutture sotterranee e talvolta in strutture superficiali
Il Radon è presente solo dove vi è la presenza di Radio (Ra) nel sottosuolo o in rocce affioranti.
Il Radon è formato dal decadimento radioattivo del nucleo atomico del Radio.
Il Ra è immobilizzato nel suolo e nella roccia.
Il Rn è un gas inerte e quindi chimicamente non reattivo. Il Rn può diffondersi dal punto di formazione, trasportato dall’acqua, attraverso spazi porosi e fratture del suolo.
Il Radon può penetrare in uno spazio aereo per diffusione attraverso le superfici delle strutture o per espirazione, specialmente a seguito di un uso abbondante di acqua in doccia, in cucina, in lavastoviglie e lavatrici.
Il processo di decadimento radioattivo del nucleo di Radon è casuale e non prevedibile.
Tutti gli atomi di Radon sono radioattivi e quindi vi è sempre la possibilità di verificarsi un decadimento radioattivo: é qui che si forma quello che può essere definito uno dei gas naturali mortali.
Il Radon ha tre tipi di atomi radioattivi chiamati isotopi. L’isotopo più longevo del Rn ha un’emivita, t½, di 3,8 giorni, il che significa che in 3,8 giorni la metà degli atomi di Rn è decaduta per formare altre sostanze, anch’esse radioattive.
Una suggestiva immagine di un gasdotto immerso nella nebbia: il gas Radon, considerato inerte, potrebbe diventare radioattivo in pochissimo tempo.
Processi microbiologici sotterranei
I processi microbiologici contribuiscono in maniera importante alla presenza di gas nel suolo, anche nei processi che si verificano nelle profondità del sottosuolo (Brock and Madigan 1991).
Questa discussione si concentra sull’attività microbiologica a seconda delle condizioni e dei nutrienti disponibili, per vari motivi, nei terreni oltre che ai materiali organici introdotti da fuori all’interno di una struttura sotterranea.
Le composizioni del suolo sono suddivise, per attività caratteristiche, in orizzonti (strati).
L’orizzonte 0 contiene materiali vegetali e animali non decomposti.
L’orizzonte A comprende il terreno superficiale. Dove il contenuto organico è alto, il terreno nell’orizzonte A è di colore scuro. Alto contenuto organico porta ad un alto livello di attività microbica.
L’orizzonte B è il sottosuolo. L’orizzonte B contiene alcuni materiali organici e mostra attività microbica.
L’orizzonte C contiene la base del suolo e mostra poca attività microbica.
I terreni sono una miscela di particelle minerali, materia organica, radici e microrganismi.
Le particelle di un terreno arieggiato hanno ampi spazi tra loro. Ciò consente un rapido drenaggio dell’acqua.
L’acqua assorbe queste particelle che formano strati o pellicole. Quando l’aria penetra velocemente, il livello di O2 è alto.
In terreni scarsamente arieggiati si verifica poca penetrazione di acqua o gas. l’Ossigeno disponibile viene così consumato rapidamente dai microrganismi. Questo produce condizioni anaerobiche.
Quasi tutti i microrganismi nel terreno sono attaccati alle particelle di questo. I microrganismi aerobici e anaerobici possono vivere fianco a fianco sulle stesse particelle del suolo grazie al diverso livello di O2.
La maggiore attività, come prevedibile, si verifica intorno alle radici.
I processi microbici causano la fissazione dell’azoto nei nitrati e la respirazione aerobica che coinvolge l’ossigeno presente negli spazi del suolo.
La respirazione aerobica consuma O2 con conseguente produzione di CO2.
La respirazione aerobica nei terreni, con conseguente consumo di ossigeno, crea un decadimento che causa a sua volta condizioni di scarsità nell’atmosfera delle strutture sotterranee.
Questo avviene per propagazione attraverso le superfici porose del calcestruzzo delle pareti e dei pavimenti.
L’acqua è la chiave per la fertilità del suolo superficiale. La disponibilità o meno di acqua crea condizioni favorevoli o di carestia per i microrganismi.
La disponibilità di sostanze nutritive coincide con la rapida crescita e la conseguente competizione (o collaborazione) per tali risorse da parte dei microrganismi. In condizioni collaborative, in cui le sostanze nutritive sono scarse, la crescita continua a verificarsi, anche se molto più lentamente di quanto non avvenga in condizioni ottimali.
L’attività microbiologica nella roccia profonda è stata valutata come una possibile causa di carenza di ossigeno
in situazioni di rischio che coinvolgono la perforazione di pozzi, come discusso in precedenza.
Funghi e batteri sono noti per riuscire a colonizzare la roccia e le strutture molto al di sotto della superficie (almeno 300 m).
Da qui l’interesse per una eventuale vita su Marte dopo la scoperta dell’acqua nelle rocce.
La disponibilità di nutrienti è la chiave per la proliferazione.
Un biofilm si forma vicino all’ingresso di pozzi d’acqua scavati nella roccia.
Un biofilm è costituito da una grande colonia di batteri, funghi e altri microrganismi che collaborano per la sopravvivenza reciproca.
I microrganismi che vivono nel suolo e nella roccia hanno sviluppato molti sistemi metabolici per la sopravvivenza, tra cui alcuni che sembrano contraddirsi l’un l’altro.
Ciò permette relazioni cooperative e collaborative tra microrganismi per utilizzare il contenuto energetico dei nutrienti disponibili.
Vedi l’elenco delle formule chimiche relative ai processi organici all’interno degli ambienti confinati
>>>>Neil McManus – ART. 2 SOIL GASSES – Formule<<<<
Gas naturali mortali in Miniera
L’estrazione mineraria è un’altra possibile fonte di emissioni gassose. L’estrazione espone i minerali all’aria del tunnel e causa così una via di fuga per le emissioni gassose.
I minatori vivono da sempre con il rischio di accumulo di gas naturali mortali ed esplosioni. E’ grazie al lavoro in miniera che negli anni si sono profilati e identificati tutti i pericoli derivanti dai gas naturali presenti nel sottosuolo.
La roccia contenente solfiti, esposta all’aria, reagisce con l’ossigeno formando solfati secondo la seguente reazione che crea il drenaggio della miniera acida (pirite di ferro):
2FeS2 + 7O2 + 2H2O → 2Fe2+ + 4SO4 2- + 4H+
Questa reazione rimuove l’ossigeno dall’atmosfera della miniera ed è ben noto ai minatori di minerali contenenti zolfo.
Il prodotto della reazione è acido ed è in grado di reagire con i carbonati nella seguente reazione:
CO3 2- + 2H+ → CO2 + H2O
La reazione produce anidride carbonica. La produzione di CO2 può condurre all’esaurimento dell’ossigeno. Questa reazione è ben nota ai minatori di minerali contenenti zolfo.
Alcuni depositi di carbone sono fonte di metano.
Il metano può penetrare nell’aria della miniera per diffusione dai filoni esposti.
Questa situazione ha causato numerosi incendi ed esplosioni. Anche il metano del carbone può penetrare nell’atmosfera attraverso crepe e fessure.
Le infiltrazioni di metano dal terreno si verificano anche in aree in cui non è presente il carbone. Questo è conseguenza di processi geologici, come l’attività vulcanica, invece che dei processi biologici che portano alla formazione di carbone.
L’utilizzo della dinamite e di altri esplosivi è fonte di un certo numero di gas, tra cui CO, CO2, NO, e NO2
L’esplosione della polvere di carbone produce anche idrogeno.
Questi gas sono ben noti nel settore minerario. I minatori, per rimuovere questi gas dall’area di lavoro, da sempre utilizzano appositi sistemi di ventilazione.
Notevolmente meno nota è la capacità dei gas di migrare attraverso la roccia e il suolo da posizioni molto distanti. Questo è stato evidente in un incidente fatale che si è verificato in una struttura sotterranea (Anonimo 2002). L’uso di strumenti per i test di routine ,durante il lavoro in spazi confinati nel sottosuolo, avrebbe
Indicato un accumulo di CO2.
Un’indagine successiva ha rivelato che il brillamento di una carica di scavo in un lavoro vicino, anche se in un ambiente separato, era la fonte del CO2 rilevato.
I gas naturali mortali sono migrati attraverso le fratture nella roccia e si sono diffusi attraverso il cemento entrando nell’atmosfera della struttura sotterranea.
Altri gas gas naturali mortali e vapori
I terreni di superficie possono contenere numerosi gas e vapori. Le fonti più comuni derivano dall’utilizzo di prodotti chimici organici nel terreno, dalla sepoltura in discarica di materiale vegetale e animale, il
riempimento e la bonifica di paludi e acquitrini, sversamento e perdite da condotte, serbatoi o bacini naturali di petrolio situati nelle vicinanze
Queste circostanze sono la fonte di CH4 (metano) e C2H6 (etano) prodotto dal decadimento anaerobico di materiale organico presente nel terreno.
Le sostanze contenenti zolfo sono la fonte di H2S e mercaptani; sostanze contenenti nitrogeni sono la fonte di ammoniaca (NH3) e ammine.
L’emissione di CH4 da tali siti è un fenomeno ben noto. Le normative che regolano le costruzioni richiedono sistemi di raccolta e sfiato nei locali sotterranei degli edifici.
Rapporti occasionali hanno indicato la presenza di emissioni ad alto livello da ex siti industriali facendo così in modo che venisse effettuato il monitoraggio durante gli scavi per prevenire incendi ed esplosioni.
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Referenze:
Anonymous: Carbon Monoxide Poisoning and Death After the Use of Explosives in a Sewer Construction Project. Appl. Occup. Environ. Hyg. 17(3): 152-153 (2002).
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McManus, N.: Safety and Health in Confined Spaces. Boca Raton, FL: Lewis Publishers, 1999.
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Smith, G.K.: Carbon Dioxide, Caves and You. wasg.iinet.net.au/Co2paper.html (1997) [internet site]
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l’Autore
L’autore – Neil McManus
Neil McManus è un igienista industriale praticante con oltre 30 anni di servizio ad ampio spettro “in trincea” con i lavoratori, i loro supervisori e dirigenti. È certificato nella pratica completa di igiene industriale dal Board of Industrial Hygiene americano e dal Canadian Registration Board of Hygienists Occupational e nella pratica completa della sicurezza da parte del Board of Certified Safety Professionals. Il signor McManus è membro della American Industrial Hygiene Association, della British Occupational Hygiene Society e della American Society of Safety Engineers. È stato un volontario attivo in comitati della professione di igiene industriale e nella comunità locale e ha scritto numerosi articoli e brevi pubblicazioni. È autore di Safety and Health in Confined Spaces e Portable Ventilation Systems Handbook e coautore del programma di formazione HazCom e del programma di formazione WHMIS. È presidente del sottocomitato ANSI Z9.9 sui sistemi di ventilazione portatili. Il signor McManus è un membro dell’American Industrial Hygiene Association ed è stato il primo cittadino non statunitense eletto a questo onore. Ha parlato in conferenze e ha presentato corsi in Brasile e Taiwan come parte dello sviluppo della salute e della sicurezza sul lavoro in questi paesi.
Il signor McManus è anche un educatore. Ha iniziato la sua carriera come insegnante di scuola superiore e ha una notevole esperienza nell’educazione degli adulti, con corsi di inquinamento, igiene industriale e tossicologia. Ha un interesse particolare nella comunicazione dei pericoli e ha scritto articoli e creato e presentato workshop su questo argomento. Ha esperienza diretta nella comunicazione di rischio con molti gruppi in officina e conosce anche bene le sfide e le difficoltà nel comunicare i complessi concetti tecnici in materia di salute e sicurezza a un pubblico che non ha familiarità con loro.
Il signor McManus ha un M.Sc. in biologia delle radiazioni e un M.Eng. nell’ingegneria della salute e sicurezza sul lavoro, così come una B.Sc. in chimica e un B.Ed. specializzato in chimica e biologia.
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