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Scritto da Marco Cirilli

È possibile utilizzare gli strumenti diagnostici della medicina moderna per conoscere lo ‘stato di salute’ del nostro Pianeta? La risposta ce la danno i ricercatori del Laboratorio di Diffrattometria a Raggi X dell’Osservatorio Vesuviano dell’INGV.

Qui infatti gli scienziati utilizzano i raggi X per fare degli “screening” delle rocce che compongono il nostro Pianeta e ottenere dalla loro analisi tutte le informazioni mineralogiche di cui hanno bisogno: dal funzionamento dei sistemi magmatici alla ricostruzione della dinamica eruttiva, passando per lo studio dei processi di alterazione idrotermale e geotermale, ma non solo.

Un Lab versatile che abbiamo scoperto attraverso le parole della sua responsabile, la ricercatrice Angela Mormone.

Angela, quando è nato il Laboratorio?

Il Laboratorio di Diffrattometria a Raggi X, situato presso l’Osservatorio Vesuviano dell’INGV, è nato a ottobre del 2012 grazie all’acquisto del diffrattometro X’ PERT PRO. 

Come spiegheresti la tecnica della Diffrattometria a raggi X a un pubblico di non esperti?

Bella domanda! Solitamente associamo i Raggi X ad esami diagnostici… Nel nostro Laboratorio, grazie all’utilizzo del diffrattometro, facciamo anche noi una sorta di “screening” su polveri (talvolta su campioni massivi), definendo i loro costituenti. Diversamente da una radiografia in cui l’immagine ottenuta è il risultato di un diverso assorbimento dei Raggi X a seconda dei tessuti attraversati, in diffrattometria l’immagine ottenuta è uno spettro di diffrazione, risultato dall’interferenza costruttiva di una radiazione X con il reticolo cristallino, un’impalcatura ordinata, periodica e tridimensionale degli atomi che costituiscono lo “scheletro” del minerale.

Lo spettro di diffrazione è caratteristico ed unico per le singole specie mineralogiche, ed è costituito da una serie di picchi variabili per posizione e intensità. L’analisi della posizione, dell’intensità, della larghezza e della forma del picco consente di ottenere le informazioni mineralogiche di cui necessitiamo. 

Quali strumenti utilizzate per le vostre ricerche?

Il nostro Lab, oltre al diffrattometro X’ PERT PRO, è dotato di una serie di supporti strumentali: un “multiple purpose sample stage” per montare campioni massivi; una camera riscaldante (HTK1200Anton Paar), che raggiunge temperature di 1200°C, per lo studio delle variazioni dei parametri strutturali e delle trasformazioni di fase; un microscopio binoculare per l’osservazione preliminare del campione e la separazione manuale (handpicking) delle fasi mineralogiche da analizzare; una serie di mortai di agata, per la polverizzazione micrometrica del campione; un set di porta-campioni intercambiabili, su cui le polveri possono essere facilmente posizionate.

Quali sono le attività che caratterizzano il lavoro che svolgete all’interno del Lab?

Le attività svolte in Laboratorio sono innumerevoli grazie alla versatilità, ai tempi di acquisizione e ai costi contenuti delle analisi. La diffrattometria a raggi X, infatti, è un’indagine mineralogica non distruttiva, che consente di individuare i minerali che costituiscono una roccia (vulcanica e non), un reperto archeologico, un materiale cementizio (anche ceramiche), un prodotto farmacologico o di sintesi. 

La diffrattometria, ad esempio, è basilare in petrologia, per la caratterizzazione delle associazioni mineralogiche di rocce vulcaniche, per contribuire agli studi sul funzionamento del sistema magmatico e sulla ricostruzione della dinamica eruttiva; è fondamentale per lo studio dei processi di alterazione idrotermale e geotermale. Lo studio delle fasi mineralogiche, tra l’altro, è di estrema importanza anche in archeometria; la presenza o l'assenza di determinati minerali, infatti, non solo è indicativa della temperatura di cottura e delle tecniche di lavorazione delle ceramiche e delle malte, ma fornisce elementi validi per stabilire e ricostruire itinerari utili ad individuare la provenienza dei materiali utilizzati.

Malgrado i minerali siano ampiamente utilizzati in innumerevoli campi di applicazioni per le loro vantaggiose peculiarità, non sempre rivestono un ruolo così benevolo, basti pensare ad esempio alla loro “complicità” nei calcoli renali (fosfati di calcio, struvite) oppure al loro utilizzo come composti fibro-cementizio (Eternit) o quando concorrono alle “pericolose” concentrazioni in depositi naturali (amianto). Al riguardo, la diffrattometria a Raggi X, può tuttavia alleviare gli effetti negativi degli stessi minerali contribuendo alla loro individuazione, quantificazione e caratterizzazione per limitare danni e agevolare possibili rimedi.

In ultimo, ma non per importanza, le indagini diffrattometriche, sono indispensabili per la caratterizzazione dei suoli e delle rocce extraterrestri, come dimostrato le numerose indagini condotte su campioni prelevati durante le missioni su Marte, contribuendo alla ricostruzione della storia e dei processi geologici del pianeta rosso.