Miniere e cave

L'attività mineraria estrae dal suolo minerali utili, a cielo aperto da fosse e cave oppure sottoterra attraverso pozzi e gallerie. Una miniera in attività deve sostenere la roccia che la circonda, smaltire l'acqua che vi filtra e portare aria fresca ai minatori. A Lion Cavern, in eSwatini, già circa 46.000 anni fa si cavava ematite da una parete di roccia.

Che cos’è

L’attività mineraria consiste nel trarre minerali dal suolo: pietra per gli attrezzi e per costruire, minerali metallici, carbone, sale e pigmenti. Quando un giacimento si trova vicino alla superficie lo si scava a cielo aperto, oppure lo si taglia a blocchi dal fronte di una cava. Quando scende in profondità, i minatori lo seguono sottoterra, attraverso pozzi scavati dalla superficie e gallerie aperte nel fianco di un monte.

Il lavoro sotterraneo ha un suo vocabolario. Il pozzo è verticale. La galleria di accesso, quasi orizzontale, entra nella montagna dal pendio. Le gallerie di coltivazione seguono il filone, e il vuoto lasciato dove il minerale è stato asportato si chiama cantiere. Ogni miniera affronta gli stessi tre problemi: il peso della roccia sopra i lavori, l’acqua che invade qualsiasi scavo sotto il livello della falda e l’aria, che si guasta e può contenere gas velenosi o esplosivi.

Le miniere vecchie o abbandonate restano pericolose molto tempo dopo che i minatori se ne sono andati. L’agenzia statunitense per la sicurezza delle miniere (MSHA) avverte che i loro pozzi possono essere nascosti sotto tavole marce o sotto la vegetazione, che le armature di legno marciscono e i soffitti possono crollare in qualsiasi momento, e che possono contenere gas mortali e acqua profonda e gelida. Non bisogna mai entrarci.

Come funziona

Una fila di incavi per i cunei su un fronte di cava, con i cunei di ferro e la mazza del cavatore.

La roccia si abbatte al fronte di scavo. Per la maggior parte della storia i minatori lavorarono a mano, con picconi e martelli di pietra, corno, bronzo o ferro. Nelle cave la pietra si spaccava con i cunei. La polvere nera entrò nelle miniere nel Seicento, seguita da esplosivi più potenti, che restano compito di fochini addestrati.

La roccia dura e sana si regge da sola sopra una galleria stretta, e i minatori lasciavano pilastri di minerale o di roccia a sostenere il tetto dei cantieri più larghi. Un terreno tenero o fratturato ha bisogno di un’armatura. In galleria è il quadro: due ritti poggiati sul piano sostengono un cappello sotto il tetto, e pali o tavole infilati dietro trattengono i sassi che si staccano. Nel pozzo, telai quadrati di legno sovrapposti l’uno all’altro rivestono le pareti.

L’acqua scende sempre, e i minatori ne approfittavano dovunque il terreno lo permettesse. Scavavano una galleria di scolo dalla parte bassa del pendio fino al fondo dei lavori, con il piano in leggera pendenza verso l’esterno, e l’acqua usciva da sola. Quella che restava più in basso di questa galleria doveva essere sollevata. Il libro di Agricola sulle miniere, stampato nel 1556, mostra pompe azionate da uomini, da cavalli e da ruote idrauliche. La prima macchina a vapore di Thomas Newcomen, nel 1712, pompava l’acqua da una miniera di carbone.

L’aria circola da sola in una miniera quando due aperture si trovano a quote diverse e l’aria all’interno è più calda o più fredda di quella esterna. A temperatura diversa l’aria ha una densità diversa, quindi le due colonne d’aria tra le aperture non pesano allo stesso modo, e questa differenza di pressione la spinge attraverso i lavori. L’aria fresca allora scende da una parte, percorre le gallerie e risale dall’altra; per questo i lavori si collegavano a un secondo pozzo. Se il tiraggio non bastava, Agricola mostra mantici e ventilatori mossi da uomini, cavalli o dal vento, che spingevano l’aria in condotti di legno o aspiravano quella viziata.

Una gabbia per rianimare il canarino: quando l’uccello mostrava segni di gas, si chiudeva la porta e si faceva entrare l’ossigeno del cilindro.

I minatori davano un nome alle arie cattive della miniera. Il grisou, soprattutto metano liberato dal carbone, esplode quando si mescola all’aria e viene acceso; la lampada di sicurezza permetteva di portarvi una fiamma. La mofeta è aria che ha perso gran parte del suo ossigeno. Dopo un’esplosione o un incendio, i gas che restano sono carichi di monossido di carbonio, senza colore, odore né sapore. John Scott Haldane, chiamato dopo l’esplosione nella miniera di carbone di Tylorstown, in Galles, nel 1896, propose di usare piccoli animali come rilevatori, perché il gas li colpisce prima delle persone. Fu scelto il canarino, e le squadre di soccorso lo portavano giù in piccole gabbie. Quando l’uccello barcollava sul posatoio o cadeva, gli uomini sapevano di dover uscire. Alcune gabbie si potevano chiudere e riempire di ossigeno per rianimarlo.

Storia ed evoluzione

Si scavava per cercare pietra molto prima di fondere qualsiasi metallo. A Taramsa 1, vicino a Qena nell’Alto Egitto, uomini della Middle Stone Age africana aprirono fosse e fronti in un banco di ghiaie per raggiungere i ciottoli di selce da cui ricavavano i loro strumenti di pietra. La sabbia portata dal vento riempì i lavori abbandonati, e la datazione di quella sabbia con la luminescenza colloca i lavori nella Middle Stone Age. Nel 2026 un’équipe guidata da Manuel Will ha descritto un altro luogo di estrazione a Jojosi, nel Sudafrica orientale, dove per lungo tempo si tornò a prendere cornubianite lasciando quasi soltanto scarti di scheggiatura.

A Lion Cavern, sulla cresta di Bomvu a Ngwenya, in eSwatini, i minatori intaccarono una parete di ematite per ricavarne il pigmento rosso e scintillante che contiene. Raymond Dart e Peter Beaumont riferirono nel 1967 che questa estrazione risaliva alla Middle Stone Age, e una datazione al radiocarbonio ottenuta nel 1971 su carbone di legna della base della sequenza diede circa 43.000 anni radiocarbonio, circa 46.000 anni una volta calibrata. Nuovi scavi guidati da Gregor Bader hanno poi datato l’estrazione con la luminescenza: i risultati, pubblicati nel 2024 da Brandi MacDonald e colleghi, la collocano ad almeno 48.000 anni fa.

Un piccone di corno di cervo. I minatori del Neolitico staccavano la selce dalla creta con strumenti come questo.

Nel Neolitico i minatori d’Europa scesero sottoterra per trovare una buona selce. A Grime’s Graves, nel Norfolk, furono scavati nella creta più di quattrocento pozzi e fosse fino a uno strato di selce scura, e dal fondo dei pozzi più profondi partivano gallerie in ogni direzione. Nuove datazioni al radiocarbonio pubblicate nel 2018 da Frances Healy e dai suoi colleghi mostrano che i grandi pozzi con gallerie furono sfruttati dal 2600 circa al 2400 circa a.C. I minatori staccavano la selce con picconi di corno di cervo, che lasciarono in gran numero.

Il De re metallica di Georg Agricola, pubblicato nel 1556 pochi mesi dopo la sua morte, descrisse con testo e xilografie le miniere dell’Europa centrale: pozzi, gallerie, armature, argani, pompe e le macchine che ventilavano i lavori. Nel febbraio 1627, a Schemnitz, oggi Banská Štiavnica in Slovacchia, la roccia di una miniera fu abbattuta per la prima volta in modo documentato con la polvere nera. La macchina di Newcomen del 1712 permise di prosciugare miniere troppo profonde per le gallerie di scolo e le ruote idrauliche.

Con le miniere di carbone sempre più profonde, nell’Ottocento il gas divenne il pericolo maggiore. Dal 1815 le lampade di sicurezza ridussero il rischio delle esplosioni di grisou, e dalla fine degli anni Novanta dell’Ottocento i canarini segnalarono il monossido di carbonio. Le miniere britanniche li tennero fino agli anni Ottanta del Novecento, quando li sostituirono i rilevatori elettronici.