Utilizzata in geologia, idrogeologia, scienza del suolo e scienza delle costruzioni, la porosità di un mezzo poroso (come roccia o sedimento) descrive la frazione di spazio vuoto nel materiale, dove il vuoto può contenere, ad esempio, aria o acqua. È definito dal rapporto:

= =V V V T {\displaystyle \phi = {\frac {V_{\mathrm {V} }}{V_{\mathrm {T} }}}}

dove VV è il volume dello spazio vuoto (come i fluidi) e VT è il volume totale o di massa di materiale, inclusi i componenti solidi e vuoti., Entrambi i simboli matematici ϕ {\displaystyle \ phi} e n {\displaystyle n} sono usati per indicare la porosità.

La porosità è una frazione compresa tra 0 e 1, tipicamente da meno di 0,005 per il granito solido a più di 0,5 per la torba e l’argilla.

La porosità di una roccia, o strato sedimentario, è una considerazione importante quando si tenta di valutare il volume potenziale di acqua o idrocarburi che può contenere., La porosità sedimentaria è una funzione complicata di molti fattori, inclusi ma non limitati a: velocità di sepoltura, profondità di sepoltura, natura dei fluidi connati, natura dei sedimenti sovrastanti (che possono impedire l’espulsione del fluido)., Quella più comunemente usata rapporto tra la porosità e la profondità è data dalla Athy (1930) l’equazione:

ϕ ( z ) = ϕ 0 e − k z {\displaystyle \phi (z)=\phi _{0}e^{-kz}\,} ϕ = ρ particella − ρ massa ρ particella − ρ fluido {\displaystyle \phi ={\frac {\rho _{\text{particella}}-\rho _{\text{bulk}}}{\rho _{\text{particella}}-\rho _{\text{fluido}}}}}

Se il vuoto lo spazio è riempito con l’aria, la seguente forma più semplice può essere utilizzato:

ϕ = 1 − ρ massa ρ particella {\displaystyle \phi =1-{\frac {\rho _{\text{bulk}}}{\rho _{\text{particella}}}}}

Normale densità di particelle, si presume essere di circa 2.,65 g/cm3 (silice), anche se una stima migliore può essere ottenuta esaminando la litologia delle particelle.

Porosità e conduttività idraulicamodifica

La porosità può essere proporzionale alla conduttività idraulica; per due falde acquifere sabbiose simili, quella con una porosità più elevata avrà tipicamente una conduttività idraulica più elevata (più spazio aperto per il flusso dell’acqua), ma ci sono molte complicazioni a questa relazione. La complicazione principale è che non esiste una proporzionalità diretta tra porosità e conduttività idraulica, ma piuttosto una proporzionalità dedotta., Esiste una chiara proporzionalità tra i raggi della gola dei pori e la conduttività idraulica. Inoltre, tende ad essere una proporzionalità tra i raggi della gola dei pori e il volume dei pori. Se esiste la proporzionalità tra i raggi della gola dei pori e la porosità, può esistere una proporzionalità tra porosità e conduttività idraulica. Tuttavia, man mano che la granulometria o la cernita diminuiscono la proporzionalità tra i raggi della gola dei pori e la porosità inizia a fallire e quindi anche la proporzionalità tra porosità e conduttività idraulica., Ad esempio: le argille hanno tipicamente una conduttività idraulica molto bassa (a causa dei loro piccoli raggi di gola dei pori) ma hanno anche porosità molto elevate (a causa della natura strutturata dei minerali argillosi), il che significa che le argille possono contenere un grande volume di acqua per volume di materiale sfuso, ma non rilasciano acqua rapidamente e quindi hanno una bassa conduttività idraulica.

Ordinamento e porositàEdit

I materiali ben ordinati (grani di circa una dimensione) hanno una porosità maggiore rispetto ai materiali scarsamente ordinati di dimensioni simili (dove particelle più piccole riempiono gli spazi tra particelle più grandi). Il grafico illustra come alcuni grani più piccoli possano riempire efficacemente i pori (dove avviene tutto il flusso d’acqua), riducendo drasticamente la porosità e la conduttività idraulica, pur essendo solo una piccola frazione del volume totale del materiale. Per le tabelle dei valori di porosità comuni per i materiali terrestri, vedere la sezione “ulteriori letture” nell’articolo di idrogeologia.,

Porosità delle rocceEdit

Le rocce consolidate (ad esempio arenaria, scisto, granito o calcare) hanno potenzialmente porosità “duali” più complesse, rispetto ai sedimenti alluvionali. Questo può essere diviso in porosità connessa e non connessa. La porosità connessa è più facilmente misurata attraverso il volume di gas o liquido che può fluire nella roccia, mentre i fluidi non possono accedere ai pori non collegati.

La porosità è il rapporto tra il volume dei pori e il volume totale. La porosità è controllata da: tipo di roccia, distribuzione dei pori, cementazione, storia diagenetica e composizione., La porosità non è controllata dalla granulometria, poiché il volume dello spazio tra i grani è correlato solo al metodo di imballaggio del grano.

Le rocce normalmente diminuiscono di porosità con l’età e la profondità di sepoltura. Le arenarie della costa del Golfo dell’età terziaria sono in generale più porose delle arenarie dell’età cambriana. Ci sono eccezioni a questa regola, di solito a causa della profondità della sepoltura e della storia termale.

Porosità del terrenomodifica

La porosità del suolo superficiale diminuisce tipicamente all’aumentare della dimensione delle particelle., Ciò è dovuto alla formazione di aggregati del suolo in terreni superficiali strutturati più fini quando soggetti a processi biologici del suolo. L’aggregazione comporta l’adesione del particolato e una maggiore resistenza alla compattazione. La densità apparente tipica del terreno sabbioso è compresa tra 1,5 e 1,7 g / cm3. Questo calcola una porosità compresa tra 0,43 e 0,36. La densità apparente tipica del terreno argilloso è compresa tra 1,1 e 1,3 g / cm3. Questo calcola una porosità compresa tra 0,58 e 0,51. Questo sembra controintuitivo perché i terreni argillosi sono definiti pesanti, implicando una porosità inferiore., Pesante apparentemente si riferisce ad un effetto di contenuto di umidità gravitazionale in combinazione con la terminologia che richiama la forza relativa necessaria per tirare un mezzo di lavorazione attraverso il terreno argilloso al contenuto di umidità del campo rispetto alla sabbia.

La porosità del suolo sottosuolo è inferiore a quella del suolo superficiale a causa della compattazione per gravità. La porosità di 0,20 è considerata normale per il materiale di ghiaia non ordinato a profondità inferiori al biomantle. Ci si può aspettare che la porosità in materiale più fine al di sotto dell’influenza aggregante della pedogenesi approssimi questo valore.

La porosità del suolo è complessa., I modelli tradizionali considerano la porosità come continua. Ciò non tiene conto delle caratteristiche anomale e produce solo risultati approssimativi. Inoltre, non può aiutare a modellare l’influenza dei fattori ambientali che influenzano la geometria dei pori. Un certo numero di modelli più complessi sono stati proposti, tra cui frattali, teoria delle bolle, teoria del cracking, processo di grano booleano, sfera imballata e numerosi altri modelli. La caratterizzazione dello spazio dei pori nel suolo è un concetto associato.,

Tipi di porosità geologichemodifica

Porosità primaria Il sistema di porosità principale o originale in una roccia o in un deposito alluvionale non confinato. Porosità secondaria Un sistema di porosità successivo o separato in una roccia, spesso migliorando la porosità complessiva di una roccia. Questo può essere il risultato della lisciviazione chimica dei minerali o della generazione di un sistema di frattura. Questo può sostituire la porosità primaria o coesistere con essa (vedi doppia porosità sotto). Porosità della frattura Questa è porosità associata a un sistema di frattura o a un difetto., Ciò può creare porosità secondaria in rocce che altrimenti non sarebbero serbatoi per idrocarburi a causa della loro porosità primaria che viene distrutta (ad esempio a causa della profondità di sepoltura) o di un tipo di roccia normalmente non considerato un serbatoio (ad esempio intrusioni ignee o metasedimenti). Porosità di Vuggy Questa è porosità secondaria generata dalla dissoluzione di grandi caratteristiche (come i macrofossili) nelle rocce carbonatiche che lasciano grandi buchi, vug o persino caverne., La porosità efficace (chiamata anche porosità aperta) Si riferisce alla frazione del volume totale in cui il flusso del fluido avviene efficacemente e include pori catenari e senza uscita (poiché questi pori non possono essere lavati, ma possono causare movimenti fluidi mediante rilascio di pressione come l’espansione del gas) ed esclude i pori chiusi (o cavità non collegate). Questo è molto importante per le acque sotterranee e il flusso di petrolio, così come per il trasporto di soluto., La porosità inefficace (detta anche porosità chiusa) Si riferisce alla frazione del volume totale in cui sono presenti fluidi o gas ma in cui il flusso del fluido non può effettivamente avvenire e include i pori chiusi. Comprendere la morfologia della porosità è quindi molto importante per le acque sotterranee e il flusso di petrolio. Doppia porosità Si riferisce all’idea concettuale che ci sono due serbatoi sovrapposti che interagiscono. Nelle falde acquifere di roccia fratturate, la massa rocciosa e le fratture sono spesso simulate come due corpi sovrapposti ma distinti., La resa ritardata e le soluzioni di flusso acquifero che perde sono entrambe soluzioni matematicamente simili a quelle ottenute per la doppia porosità; in tutti e tre i casi l’acqua proviene da due serbatoi matematicamente diversi (indipendentemente dal fatto che siano fisicamente diversi). Macroporosità Nei solidi (cioè escludendo i materiali aggregati come i terreni), il termine “macroporosità” si riferisce a pori di diametro superiore a 50 nm. Il flusso attraverso i macropori è descritto dalla diffusione di massa. Mesoporosità nei solidi (es., esclusi i materiali aggregati come i terreni), il termine “mesoporosità” si riferisce a pori superiori a 2 nm e di diametro inferiore a 50 nm. Il flusso attraverso i mesopori è descritto dalla diffusione di Knudsen. Microporosità Nei solidi (cioè escludendo i materiali aggregati come i terreni), il termine “microporosità” si riferisce ai pori di diametro inferiore a 2 nm. Il movimento nei micropori è attivato dalla diffusione.