La miniera di Ytterby, un luogo unico al mondo

In chimica, con la dizione ottocentesca di terre rare, si intendono gli elementi il cui numero atomico va da 57 a 71, rintracciabili solo in minerali che sono appunto rari da trovare, molto simili tra loro nel comportamento chimico e quindi difficili da separare e identificare. Nella Tavola Periodica, sono immediatamente visibili perché costituiscono il periodo (riga orizzontale) dei Lantanidi o Lantanoidi.

La Tavola Periodica degli Elementi. I Lantanidi sono rappresentati dalla prima riga in basso

La storia della scoperta di questi elementi è molto particolare e legata a un unico luogo, la miniera di Ytterby che si trova in Svezia, nell'area di Vaxholm, pochi km a NNE di Stoccolma. Vi si estraevano, soprattutto nel XVIII secolo, i minerali chiamati Feldspati, indispensabili per la produzione delle porcellane alla maniera cinese, a loro volta necessarie per la costuzione di stufe capaci di un'ottima efficienza energetica (a quel tempo e con il clima freddo della Scandinavia, un bene preziosissimo).

Qui, nel 1787, l'ufficiale e scienziato dilettante Carl Axel Arrhenius, sovrintendente alle attività della miniera, scoprì un minerale mai visto prima e ne inviò diversi campioni ai più noti chimici del mondo, perché lo indentificassero. A riuscirci fu, solo nel 1792, un chimico finlandese, professore all'università di Turku, Johan Gadolin, che nel determinarne la composizione scoprì quello che a lui e a tutti un nuovo elemento, chiamato provvisoriamente Yttria. Il minerale per intero fu poi chiamato Gadolinite in suo onore.

Una veduta del villaggio di Ytterby

L'ingresso della miniera di Ytterby

La posizione geografica di Ytterby

Gadolin era appunto un esperto di porcellane, amico di penna del più importante produttore inglese del settore, Josiah Wedgwood, e lo studio delle nuove tecnologie di produzione lo rendeva particolarmente abile nella separazione degli elementi dai minerali d'origine.

Gadolin era stato bravo, ma anche fortunato. Con la tecnologia disponibile a quel tempo, non era affatto facile separare i diversi elementi che costituivano un minerale, tanto più quando questi avevano caratteristiche che si assomigliavano.

Johan Gadolin (1760-1852)

Carl Axel Arrhenius (1757-1824)

Josiah Wedgwood (1730-95)

Nei decenni successivi, un esercito di chimici si giocò la reputazione cercando di identificare e isolare i materiali che costituivano le rocce estratte dalla miniera di Ytterby, e i risultati furono davvero sorprendenti.

Il tedesco Fredrich Woehler, il grande chimico che nel 1828 dimostrò che non esiste alcuna differenza tra la Chimica Organica e quella Inorganica, sintetizzando l'Urea (organica) in laboratorio, a partire da Cianato di Argento e Cloruro di Ammonio (inorganici), nello stesso anno, riuscì a isolare dall'Yttria (ribattezzata nel frattempo Ittrite) un nuovo elemento, che fu chiamato Ittrio. L'Yttrite fu identificata come tri-ossido di di-ittrio.

Friedrich Woehler (1800-82)

Un pezzo di Gadolinite

Un pezzo di Ittrio isolato

Polvere di Ossido di Ittrio

Nel 1843, sempre lavorando sulla Gadolinite, il chimico svedese Carl Gustav Moisander riuscì a identificare, uno dietro l'altro, due elementi fino ad allora sconosciuti, l'Erbio e il Terbio (entrambi i nomi derivano dal toponimo Ytterby).

Carl Gustav Moisander (1797-1858)

L'Erbio isolato

Il Terbio isolato

Nel 1878, il chimico svizzero Jean Charles Galissard de Marignac, riuscì a isolare dalla Gadolinite un nuovo elemento, che chiamò Itterbio, sempre da Ytterby.

Jean Charles Galissard de Marignac (1817-94)

L'Itterbio isolato

Sempre nel 1878, due ricercatori francesi (Marc Delafontaine e Jacques-Louis Soret) intuirono che nella Gadolinite doveva essere presente un nuovo elemento ancora; ma questo fu scoperto, lo stesso anno, dallo svedese Per Teodor Cleve, che lo chiamò Olmio (da Holmia, antico nome latino di Stoccolma); nel corso della stessa ricerca, Cleve scoprì anche un ulteriore elemento precedentemente sconosciuto, che chiamò Thulio (da Thule, il nome della misteriosa terra nord-atlantica scoperta dal navigatore fenicio Pitea da Marsiglia nel IV secolo a. C., identificata come la Scandinavia o l'Islanda).

Per Teodor Cleve (1840-1905)

L'Olmio isolato

Il Thulio isolato

Nel 1879, un altro chimico svedese, Lars Fredrick Nilson, isolò dalla Gadolinite un ennesimo elemento, che chiamò Scandio (da Scandia). Nello stesso anno, Per Teodor Cleve raggiunse lo stesso risultato e in più scoprì che lo Scandio coincideva con l'Eka-Boro, ossia uno degli elementi la cui esistenza era stata predetta da Dimitrj Mendeleev per riempire i vuoti rimasti nella sua Tavola Periodica. In effetti, la scoperta dello Scandio (come quelle del Gallio e del Germanio negli anni successivi) fu la principale conferma della validità del sistema periodico di Mendeleev.

Lo Scandio isolato

Lars Fredrick Nilsson (1840-99)

Dmitrij I. Mendeleev (1834-1907)

Nel 1880, Malignac identificò nella Gadolinite anche un ulteriore elemento, che fu poi separato dagli altri ad opera del francese Paul Emile Lecoq de Boisboudran nel 1886. E' stato possibile isolarlo solo in tempi recenti ed è stato chiamato Gadolinio in onore di Gadolin.

Il Gadolinio isolato

Paul Emile Lecoq de Boisboudran (1836-1912)

Le terre rare sono tali solo sulla superficie terrestre, perché in realtà il sottosuolo ne contiene delle discrete quantità. Il difficile è arrivarci. In Svezia è particolarmente facile per via della particolare storia della sua superficie. La penisola scandinava, infatti, è un'area della crosta continentale molto antica, emersa già nei lontanissimi tempi dell'Orogenesi Caledoniana, tra i 490 e i 390 milioni di anni fa (è la fase più antica tra quelle databili cui è possibile far risalire l'innalzamento delle catene montuose visibili oggi; dopo quella Caledoniana ci sono state quella Ercinica e quella Alpina, che è ancora in corso ed è responsabile dell'innalzamento delle catene montuose che ci appaiono più alte; prima della Caledoniana, ce ne sono state sicuramente altre, ma le catene innalzatesi allora, oggi, sono completamente erose dagli agenti atmosferici), quindi è andata soggetta a un lunghissimo periodo di erosione. Questa erosione è stata poi accentuata dalle particolari condizioni climatiche della zona, vicina al Polo Nord e soggetta a frequenti movimenti dei ghiacciai durante le fasi di riscaldamento e raffreddamento dell'atmosfera terrestre, dovute alle più svariate cause, tra cui alcune imprevedibili come eruzioni vulcaniche o caduta di asteroidi. Sia il ghiacciaio che si forma sia quello che si scioglie si muovono sul suolo grattando via detriti (detti morene, da cui l'aggettivo morenico per indicare le strutture che formano quando sono poi abbandonati dal ghiacciaio sciolto) e accelerando l'erosione della superficie. L'alleggerimento del suolo da parte dei ghiacciai sciolti ha fatto sì che poi questo si sollevasse e non restasse sprofondato, per cui gli strati che altrove si trovano in profondità, qui, sono quasi al livello del mare.

Inoltre, la miniera di Ytterby era stata aperta per produrre feldspati, quindi tutto ciò che non era utile alla ricerca di feldspati, come la Gadolinite, veniva abbandonato in superficie come rifiuto, e dunque i chimici si trovarono a portata di mano una riserva di materiale già estratto su cui lavorare.

Dovunque si trovino, le terre rare hanno comunque la tendenza a mescolarsi tra loro e quindi è facile che, dove se ne trova una, si riesca a trovarne anche le altre. La difficoltà è stata, per molto tempo, quella di separarle tra loro, dato il loro comportamento chimico sempre molto simile.

Benché indicata su molti siti e testi come un luogo importantissimo di ricerca scientifica, la miniera di Ytterby oggi non è facile da raggiungere, per via della scarsezza delle indicazioni stradali, anche se al suo esterno oggi è stata apposta una targa che ricorda la sua importanza.

E' anche chiusa ai visitatori, e non potrebbe essere altimenti, visto il suo alto tasso di radioattività naturale.

I tassi di radioattività si calcolano in molti modi, ma il più opportuno a determinarne la pericolosità è quello che usa come unità di misura il Sievert (elaborato dallo scienziato svedese Rolf Sievert) che mette in correlazione l'assorbimento di radioattività e i danni che questo può produrre.

Rolf Sievert (1896-1966)

Normalmente, la radioattività naturale dei luoghi in cui viviamo ci porta ad assorbire sui 2-2,5 milliSievert (mSv) all'anno. A Ytterby se ne assorbono oltre 7, ben più di quelli riscontrati nelle aree evacuate intorno alla centrale nucleare incidentata di Fukushima.

Va detto che gli usi civili della radioattività ci portano ad assorbire occasionalmente altri mSv, per esempio meno di 1 durante una normale radiografia, fino a 20 in una TAC e addirittura 2000 in una seduta di radioterapia, dove però sono concentrati sulle cellule tumorali (le altre cellule, comunque, ne risentono per forza). In più, esistono luoghi della Terra in cui, per le più svariate ragioni (di solito, l'origine vulcanica dei suoli), la radioattività naturale si presenta insolitamente alta, come le spiagge a sabbie nere del Brasile o la zona di Kerala in India. Questi luoghi non presentano, tuttavia, tassi di incidenza dei tumori maggiori della media dei relativi Paesi, in quanto le popolazioni residenti, nel corso delle generazioni, si sono assuefatte al maggiore assorbimento e ne risentono in misura minore di altre. Stiamo pur sempre parlando di livelli di radioattività lontanissimi da quelli cui sono andati soggetti, ad esempio, i pompieri che operarono nello spegnimento dell'incendio della centrale nucleare di Chernobyl nel 1986 (questi assorbirono in poche ore oltre 5-6000 mSv).