Granieri D., M. Cerminara, F. Mazzarini, R. Novellino, M. Trolese, E. Dallara, M. Lelli (2026).
JGR Solid Earth. https://doi.org/10.1029/2025JB031961
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Abstract

The Larderello-Travale area in the northern Apennines of Italy hosts the world’s oldest exploited geothermal field. Its success lies primarily in the presence of an extraordinary geothermal resource housed in a large vapor-dominated fractured reservoir that produces superheated steam. We present results from an integrated study at Le Biancane area (∼80,000 m²) in the southern sector of the Larderello-Travale geothermal field, where the impermeable caprock is absent and the shallowest reservoir outcrops. Maps of soil diffuse CO₂ and soil temperature, based on measurements at 345 locations, highlight focused zones of high CO₂ flux (>500 g m⁻² day⁻¹) and soil temperature (>60°C), likely controlled by NNE-SSW and NE-SW trending fractures and normal to strike-slip faults. Convective heat flux from high-enthalpy vapor is estimated using the H₂O/CO₂ molar ratio of local fumaroles and the total CO₂ output (∼10 t day⁻¹) as a degassing tracer. The field study is supplemented by laboratory measurements of soil properties (thermal conductivity, porosity, water and air content, bulk and solid-phase densities). Combined data sets allow us to demonstrate that the heat associated with the ascent and condensation of vapor is predominantly transferred by conduction in the uppermost portion of the soil at Le Biancane, generating linear thermal profiles, which we measured in 41 locations. Ultimately, the analysis of the heat exchange within the soil and its dynamic interaction with the atmosphere offers a clearer understanding of the relative roles of the various heat flux components in a vapor-dominated geothermal field.

Il parco naturalistico delle Biancane: natura e scienza si incontrano

Le Biancane si trovano all’interno del celebre campo geotermico di Larderello, in Toscana, una delle aree geotermiche più importanti al mondo. In questo sito, vapore acqueo, gas e calore si muovono continuamente nel sottosuolo, emergendo in superficie attraverso spettacolari manifestazioni geotermiche.

Le Biancane sono di grande interesse scientifico perché qui affiora il serbatoio geotermale più superficiale che alimenta il campo di Larderello, normalmente situato tra 500 e 1500 metri di profondità e coperto da rocce impermeabili. Questo consente di studiare direttamente uno degli elementi fondamentali di un sistema geotermico: la zona in cui i fluidi della crosta terrestre (vapore acqueo e gas) incontrano le acque superficiali infiltrate con le piogge. In queste condizioni, il calore prodotto dal plutone granitico in raffreddamento situato in profondità favorisce la vaporizzazione dell’acqua in condizioni di elevata pressione. Questi vapori surriscaldati, che normalmente alimentano le centrali geotermoelettriche locali, nell’area delle Biancane sono direttamente emessi in superficie a causa della mancanza della copertura impermeabile e danno origine a suggestive manifestazioni naturali concentrate in un’area di piccola estensione: fumarole, pozze di fango gorgogliante, sorgenti di acqua calda, deposizioni di zolfo dal vivido colore giallo ed emissioni di gas caldo dalle fratture delle rocce.

Per comprendere meglio come energia e fluidi profondi risalgano fino alla superficie e all’atmosfera, un team di ricercatori della Sezione di Pisa dell’INGV, in collaborazioni con colleghi dell’Istituto di Geoscienze e Georisorse del CNR, ha condotto numerose misurazioni e campionamenti direttamente sul terreno. Sono stati misurati i flussi di CO 2 in superficie, analizzata la composizione delle fumarole locali, rilevate le variazioni di temperatura e del gradiente termico nel suolo e monitorati i principali parametri meteorologici. Sono stati inoltre prelevati campioni di terreno, mediante carotaggio sino a circa 50 cm di profondità, successivamente analizzati in laboratorio per determinare alcune caratteristiche fisiche e termiche del suolo, tra cui la porosità, permeabilità idraulica, contenuto di acqua, aria e matrice solida e conducibilità termica.

L’integrazione tra dati di campo e analisi di laboratorio ha consentito di elaborare un modello per stimare il bilancio termico del sistema geotermico. In particolare sono stati considerati due ambienti principali: 1) il sottosuolo, dove il calore ed i fluidi vengono generati e si muovono verso l’alto e 2) l’interfaccia tra suolo e atmosfera, dove l’energia e i fluidi vengono rilasciati in superficie. Il bilancio energetico all’interfaccia tra suolo e atmosfera, valutato attraverso misure della temperatura superficiale e tenendo conto della radiazione emessa nella banda dell’Infrarosso termico, dell’assorbimento della radiazione solare e delle perdite di calore per convezione, risulta coerente con le stime del flusso di calore proveniente dal sottosuolo, compatibilmente con le ampie incertezze associate a questi processi naturali.

I risultati ottenuti indicano che questo approccio è promettente, sebbene siano necessari ulteriori studi per quantificare meglio le incertezze associate a questi metodi e migliorarne la precisione. L’approccio metodologico appare inoltre applicabile ad altre aree idrotermali e vulcaniche con dinamiche simile a quelle delle Biancane.