Geologia e mineralogia

Salgemma, sale della formazione di Zechstein, sale di arenaria variegata, sale di Muschelkalk (calcare conchiglifero) o sale del giurassico: esistono i più svariati giacimenti di sale, che si differenziano nettamente gli uni dagli altri per era e geologia. Il cloruro di sodio – la denominazione chimica del sale – è composto dall’elemento metallico sodio e dall’elemento gassoso cloro.

1. Geologia e mineralogia

Halite/Salgemma
Halite/SalgemmaIl sale della terra non ha solo un significato simbolico biblico, ma è strettamente legato al nostro pianeta e alla sua storia. Il suo nome (halite) deriva dalle parole greche «άλς» che significa sale e «λίθος», pietra.
Con il suo grado 2 di durezza, il salgemma è uno dei minerali più teneri (il diamante ha una durezza pari a 10). La sua forma base è un cubo perfetto (esaedro, «sei facce»). Il cristallo del sale di evaporazione è composto da un reticolo cristallino «cubico a facce centrate» di ioni di sodio e di cloro. In questa struttura uno ione Na è simmetricamente circondato da 6 ioni Cl e ogni ione Cl da sei ioni Na.
L’halite cristallizza rigorosamente secondo le regole del sistema cristallino cubico, come è stato dimostrato da numerosi test di laboratorio eseguiti con le più diverse condizioni di soluzione. Che si tratti di un ottaedro (otto facce), rombododecaedro (dodici facce), whisker (ago) o dendrite (scaglia), non c’è forma che si distacchi dal sistema di base.
La halite o salgemma appartiene agli evaporiti, minerali che si formano per deposizione, quando l’acqua di un mare salato o di una laguna evapora. Il residuo secco è formato da sale e altri minerali, come p. es. silvite (cloruro di potassio, KCl), gesso (solfato di calcio, CaSO4, 2H2O), calcare (carbonato di calcio, CaCO3), dolomite (carbonato di calcio/magnesio, CaMg(CO3)2) e anidrite (gesso anidro). Il processo di sedimentazione segue sempre le stesse leggi fisiche. L’apporto di nuova acqua, interrompe il processo causando la ridissoluzione dei minerali o la formazione di nuovi strati di copertura (cfr. teoria dello sbarramento).

Sale della formazione Zechstein
I giacimenti di salgemma più importanti e diffusi dell’Europa centrale risalgono allo Zechstein (Permiano superiore) e si sono formati in diversi cicli, con l’avanzata e il ritiro del mare. Lo spessore degli strati dei vari cicli oscilla tra i 100 e i 600 metri. Da quattro a sei cicli del sale della formazione Zechstein contengono sali potassici. Il sale della formazione Zechstein è stato in parte ricoperto da strati di rocce più recenti spessi oltre 2’000 metri. In questi punti, la pressione ha provocato la risalita del sale verso la superficie terrestre con la formazione di giganteschi diapiri salini (cupole salifere). I diapiri vengono sfruttati per estrarne salgemma e sale potassico, come depositi di petrolio e metano e per lo stoccaggio finale di rifiuti.
Denominazione geologica: Permiano superiore
Milioni di anni or sono circa: 250  
Estensione: Inghilterra, bassopiano della Germania settentrionale

Sale del permiano superiore (o lopingiano) / sale del werfeniano
Appartengono a questo periodo i giacimenti saliferi delle Alpi orientali, soprattutto nella regione di Hall nel Tirolo, Berchtesgaden, Bad Ischl, Hallstatt e Altaussee. Questi depositi risalgono alla formazione della catena alpina, quando la collisione delle placche li spinse da sud a nord, dalla loro zona di deposizione nel Tetide. Questi giacimenti saliferi non sono stratificati, bensì corrugati e alternati ad altre rocce (concetto di Haselgebirge) e quindi con forti inclusioni di argilla, anidrite e dolomite (basso tenore di sale).
Denominazione geologica: Permiano superiore
Milioni di anni or sono circa: 245
Estensione: Austria e Baviera (da Hallein ad Altausee)

Sale del Triassico inferiore.
Questo sale con strati di spessore compreso tra i 60 e gli 80 metri, è noto soprattutto per via delle trivellazioni petrolifere. Si ottiene per lisciviazione da un sito di Hengelo (NL) ad una profondità compresa tra 300 e 400 metri.
Denominazione geologica: Triassico inferiore
Milioni di anni or sono circa: 240
Estensione: Germania settentrionale, Olanda

Sale di Muschelkalk (calcare conchiglifero)
Questo giacimento si è formato 235 milioni di anni fa con l’avanzamento del mare dalla regione dell’attuale Mare del Nord e si estende fino alla Svizzera e alla Francia orientale. Gli strati raggiungono uno spessore massimo di 100 metri. Questo giacimento fu uno dei primi a destare interesse, in quanto alimentava numerose fonti salate dell’interno e consentiva così di produrre sale anche in zone lontane dal mare. I moderni metodi estrattivi hanno reso questo sale ancora più importante. È privo di sali potassici, ma è spesso frammisto ad anidrite, argilla e dolomite.
Nelle saline di Schweizerhalle e Riburg le saline svizzere estraggono il sale dal salgemma di Muschelkalk con la lisciviazione. Importanti siti estrattivi sono, fra gli altri, Heilbronn e Stetten in Germania e Varangeville, Tavaux e Dombasle in Lorena. Il sale viene estratto con tecnica mineraria come salgemma, ma successivamente stoccato come sale di evaporazione. Vd. illustrazione «Il sale in Svizzera».
Denominazione geologica: Triassico medio
Milioni di anni or sono circa: 235
Estensione: Lorena, Svizzera e Giura francese, Germania meridionale
Il sale di Muschelkalk e Zechstein rilascia ioni di cloro nell’acqua imprigionata nelle rocce in profondità formando così acque minerali naturali.

Sale del Keuper
Nel Keuper (Triassico superiore), 225 milioni di anni fa, nell’Europa centrale si assiste nuovamente alla sedimentazione di evaporiti, in particolare gesso e anidrite. In questo territorio si trovano bacini saliferi regionali come quelli dello Cheshire (GB), di Nancy e di Lons-le-Saunier (Giura). La potenza è inferiore ai 100 metri e la qualità modesta.
Anche il giacimento isolato di Bex (Canton Vaud) nella valle del Rodano è sale del Keupen e proviene originariamente dal sud delle Alpi attuali. Come nel caso dell’Haselgebirge, si tratta di rocce sedimentarie clastiche, cioè un miscuglio di rocce frammiste a sale. Il contenuto di sale è piuttosto basso.
Denominazione geologica: Triassico superiore
Milioni di anni or sono circa: 225
Estensione: Inghilterra, Loira, Svizzera e Giura francese

Sali del giurassico
Anche durante il giurassico, all’incirca 150 milioni di anni fa, si sono formati nell’Europa centrale depositi di sale. Non vi sono notizie di un suo sfruttamento.
Denominazione geologica: giurassico superiore
Milioni di anni or sono circa: 150
Estensione: Germania settentrionale

Sali del terziario
Durante il cretaceo (da 145 a 65 milioni di anni fa) le formazioni di sale erano limitate alla regione del Mediterraneo. Solo nel terziario inferiore, 40 milioni di anni fa, ripresero a formarsi depositi di sale anche a nord delle Alpi. Si formarono così i giacimenti di salgemma e di sali potassici della fossa renana tra la Foresta nera e i Vosgi (eocene/oligocene), gli imponenti depositi di sale della Bresse (stoccaggio del gas) e i giacimenti sfruttati a partire dal Medio Evo lungo la depressione dei Carpazi, a Wieliczka e Bochnia, entrambi in Polonia.
Denominazione geologica: terziario
Milioni di anni or sono circa: 40
Estensione: fossa renana, Carpazi
Moltissimi, imponenti giacimenti della regione del Mediterraneo risalgono al terziario, p. es. in Romania, Sicilia, Italia, Francia meridionale e Spagna.

2. Chimica e fisica

Sale, sale di evaporazione, cloruro di sodio (NaCl)
Per sale s’intendono, in senso lato, le sostanze per si formano per reazione di un acido con una base. I sali sono caratterizzati da

  • Legami ionici
  • Punti di fusione elevati
  • Conduttività elettrica in masse fuse e soluzioni
  • Struttura cristallina

Sale, cloruro di sodio
Il sale, composto dall’elemento metallico sodio e dall’elemento gassoso cloro, è un solido bianco solubile in acqua calda e fredda. Il sale è poco solubile in alcool e insolubile in acido cloridrico concentrato. Il sale è molto diffuso in natura. Ve ne sono quantità enormi nei mari, alla concentrazione media di circa 35 g per litro d’acqua. Il sale è presente inoltre in molti fiumi, laghi e mari interni. Anche i giacimenti di salgemma nella crosta terrestre, noti da circa 600 milioni di anni, sono inesauribili.

Sodio
Simbolo Na; elemento metallico estremamente reattivo, bianco argento, numero 11 nella tavola periodica degli elementi. Il sodio appartiene al primo gruppo principale della tavola periodica, rientra quindi tra i metalli alcalini. Questo metallo venne scoperto nel 1807 dal chimico inglese Sir Humphry Davy. Allo stadio elementare il sodio è così soffice che si può tagliare con un coltello. All’aria si ossida in pochi secondi diventando grigio opaco (strato di idrossido di sodio). A contatto con l’acqua il sodio sviluppa una potente reazione chimica, formando idrossido di sodio e idrogeno. Nella reazione con alogeni o idrocarburi clorurati c’è rischio di esplosione. Il sodio è al settimo posto nella classifica per frequenza degli elementi della crosta terrestre. Circa il 2,5 per cento dello strato più superficiale della crosta terrestre è costituito da legami chimici del sodio. Inoltre questo elemento è un componente essenziale degli organismi viventi. Per esempio il sodio svolge un ruolo importante nella conduzione degli stimoli nervosi.

Cloro
Simbolo Cl; è un gas giallo-verde. Esso appartiene, insieme a fluoro, bromo, iodio e astato, al gruppo degli alogeni. Il cloro elementare venne isolato per la prima volta nel 1774 dal chimico svedese Carl Wilhelm Scheele. A temperatura ambiente il cloro è gassoso, tuttavia se si aumenta la pressione, può diventare facilmente liquido. Il gas ha un odore pungente e a concentrazioni elevate è molto tossico. Il cloro allo stato elementare non è presente in natura. I suoi composti invece sono minerali che s’incontrano frequentemente, per lo più cloruri. Il cloro è al 20° posto nella classifica per frequenza degli elementi della crosta terrestre. Il cloro reagisce facilmente con molte sostanze, come per esempio l’acqua, i composti organici e numerosi metalli.
La tecnica utilizzata per ottenere il cloro è soprattutto l’elettrolisi di soluzioni saline acquose (cloruro di sodio e anche cloruro di potassio). Come sottoprodotto si ottiene la potassa caustica (processo cloro-soda).

Un pizzico di teoria e di pratica

A) L’acqua scioglie il sale:

parole chiave:
solubilità, concentrazione, saturazione, salamoia, torre di gradazione, evaporazione della salamoia per ottenere il sale/sale ottenuto per evaporazione

Esperimento:
«Dissoluzione del sale in acqua»

Importanza pratica:
Con l’evaporazione dell’acqua di mare di lagune e saline, al raggiungimento della soglia di saturazione, il sale si cristallizza. Viceversa il sale si dissolve di nuovo facilmente con l’ingresso di nuova acqua o in caso di piaggia.

Affinché il sale contenuto nell’acqua salina cristallizzi, bisogna che la salamoia sia satura, perché altrimenti occorrerebbe un grande apporto di energia per ottenere l’evaporazione dell’acqua in eccesso. Se la salamoia è satura, il sale cristallizza immediatamente. Un tempo nelle torri di gradazione si sfruttava il vento per aumentare la concentrazione dell’acqua poco salata e solo successivamente la si convogliava ai recipienti di evaporazione.

B) Il sale scioglie il ghiaccio:

Parole chiave:
Scioglimento del ghiaccio, servizio invernale, ghiaccio antigelo, calore di fusione e di dissoluzione, dissoluzione, idratazione, processo endotermico ed esotermico.

Esperimento:
«Produzione del freddo con una mistura di ghiaccio e sale»

Importanza pratica:
Il sale antigelo viene utilizzato ogni inverno per garantire la sicurezza del traffico. Ghiaccio e neve gelata fino a temperature attorno a -8 ºC si possono contrastare efficacemente con il sale.

C) Il sale sa di sale:

Parole chiave:
Gusto, soglia di percezione, riconoscimento, acqua dolce e acqua minerale, soluzione fisiologica salina, soluzioni isotoniche.

Esperimento:
«Degustazione di soluzioni saline a diversa concentrazione»

Importanza pratica:
Il sale è naturalmente presente nell’acqua, ne determina la qualità e il gusto (acqua dolce, acqua salata) o addirittura la possibilità di utilizzarla per scopi medicinali (acque minerali).

La nostra percezione del salato è individuale. La soluzione salina isotonica, normalmente percepita come piuttosto salata, sotto forma di infusione può servire a salvare vite umane, oppure, consumata come bevanda, può placare una grande sete.