I numeri dell’Universo

     Cosa sono? Tre video, tre puntate sull’evoluzione dell’Universo conosciuto a partire dal Big Bang, basate sui numeri e sulle costanti che caratterizzano le leggi che governano il cosmo. I tre video, secondo me imperdibili per gli studenti della scuola secondaria, sono stati predisposti dalla TV dell’Agenzia Spaziale Italiana (http://www.asitv.it/).

Prima parte: da zero a quasi 1 (7 min circa);

Seconda parte: da 1 a 800 (7 min e 30 sec circa);

Terza parte: da 300.000 all’infinito e ritorno (6 min circa).

     I video, oltre che su http://www.asitv.it/ nella scheda Educational, sono presenti anche su Youtube, Parte prima: da zero a quasi; Parte seconda: da 1 a 800; Parte terza: da 300.000 all’infinito e ritorno. Numeri enormi, come quelli dei 500 milioni di pianeti extrasolari stimati dagli astronomi e che orbitano intorno ad altre stelle, solo nella zona potenzialmente abitabile della nostra Galassia. Quanti pianeti ci sono nelle oltre 100 miliardi di galassie dell’universo osservabile? D’altra parte già quasi 500 anni fa Giordano Bruno (1548 – 1600) scriveva che “esistono innumerevoli Soli, innumerevoli Terre ruotano attorno a questi similmente a come i sette pianeti ruotano attorno al nostro Sole”. Fu condannato al rogo per eresia e le sue intuizioni, il suo modo di intendere il rapporto Dio-mondo e la sua vita finirono bruciati a Roma in Piazza Campo de’ Fiori nel 1600, pochi anni prima che Galileo costruisse e puntasse il suo cannocchiale verso il cielo.

     Particolarmente interessante sul piano didattico anche la storia delle missioni italiane nello spazio, iniziate nel 1964 e rappresentate su una linea del tempo interattiva: http://www.asi.it/it/storia .

 

I cristalli

      I cristalli che si possono osservare in natura sono strutture, modi di aggregazione della materia solida, con forma geometrica ben definita, regolare (cubica, ottaedrica, prismatica, …), che costituiscono molti minerali. I minerali a loro volta sono specie chimiche che possono essere formate da un solo elemento, in questo caso si parla di “elementi nativi” o, più frequentemente, da diversi elementi. Le proprietà fisiche e chimiche dei minerali sono tante e tali che richiedono trattazioni a parte. Un insieme di minerali a sua volta compone le rocce, cioè i costituenti solidi della parte più esterna dell’intero pianeta Terra e degli altri pianeti di tipo terrestre.

I cristalli sono stati trattati anche in letteratura, ad esempio sono l’argomento e il titolo di un racconto di Italo Calvino della raccolta “Ti con zero”, pubblicata da Einaudi nel 1967, in stretta relazione con le più famose Cosmicomiche. Tratto da “I cristalli”, riporto un breve e significativo brano.

“… Ce ne accorgemmo a un tratto. Vug disse: – Là!

Indicava, in mezzo a una colata di lava, qualcosa che stava prendendo forma. Era un solido di facce regolari e lisce e spigoli taglienti: e queste facce e spigoli s’andavano lentamente ingrandendo, come a spese della materia intorno, e anche la forma del solido cambiava, ma sempre mantenendo proporzioni simmetriche … E non era solo la forma a distinguersi da tutto il resto; era anche il modo in cui la luce gli entrava dentro, attraversandola e rifrangendosi. Vug disse: – Brillano! Tanti!

Non era il solo, infatti. Sulla distesa incandescente dove una volta affioravano soltanto effimere bolle di gas espulse dalle viscere terrestri, ora stavano venendo a galla cubi, ottaedri, prismi, figure diafane da parere quasi aeree, vuote dentro, e che invece come presto si vide concentravano in sé un’incredibile compattezza e durezza. Lo sfavillio di questa spigolosa fioritura invadeva la Terra, e Vug disse: – È primavera! – Io la baciai. …”

     I cristalli sono studiati da una branca della Scienza della Terra: la cristallografia, che si occupa sia dell’aspetto esterno (l’habitus) di un cristallo, sia della struttura, cioè della disposizione degli atomi al suo interno. Habitus e struttura si basano su importanti proprietà fisiche e su alcune leggi, come quella della razionalità degli indici e quella di simmetria.

In laboratorio si possono proporre significative esperienze sulla formazione dei cristalli col metodo dell’evaporazione del solvente da una soluzione salina satura.

Riporto le indicazioni di massima, articolate in introduzione, materiali necessari, procedimento, osservazioni e conclusioni, indicazioni di sicurezza per una di queste esperienze svolte.

Introduzione

I minerali sono strutture che compongono le rocce, omogenee per composizione chimica e caratteristiche fisiche. In molti minerali sono evidenti le strutture cristalline. I cristalli si formano quando un magma si raffredda e forma minerali e rocce oppure quando da una soluzione evapora il solvente. In questo caso, in laboratorio si userà la tecnica di evaporazione del solvente per ottenere alcuni cristalli.

Materiali

Alcuni becher da 500 mL, acqua distillata, bacchetta di vetro per agitare, solfato di rame pentaidrato (CuSO₄ *5H₂O) in polvere, solfato doppio di cromo e potassio dodecaidrato [KCr(SO₄)₂ * 12H₂O], carta da filtro, imbuto, sostegno per imbuto, spatolina, fornello per riscaldare, bilancia digitale.

Procedimento (alcuni gruppi lavoreranno col solfato di rame, altri col solfato doppio di cromo e potassio)

1. Riscaldare un litro di acqua distillata.

2. Versare 100 g di solfato di rame (o solfato doppio di cromo e potassio) nel becher ed aggiungervi 250 mL di acqua distillata calda e agitare bene con la bacchetta di vetro fino ad ottenere una soluzione satura.

2. Filtrare la soluzione calda per eliminare l’eventuale soluto non disciolto e raccogliere il filtrato.

4. Osservazione: le soluzioni hanno colore diverso a seconda del soluto utilizzato.

5. Porre le soluzioni in un luogo fresco per lasciarle raffreddare lentamente e poi lasciar evaporare il solvente.

6. Riprendere i becher dopo diversi giorni, ad evaporazione avvenuta.

Osservazioni e conclusioni

Dopo alcuni o molti giorni, a seconda della temperatura dell’ambiente in cui sono stati posti i becher, sul fondo compariranno i cristalli di solfato di rame (color azzurro) oppure i cristalli di solfato doppio di cromo e potassio (color violetto intenso).

Generalmente i cristalli sono numerosi e di piccole dimensioni. D’altra parte in natura, le condizioni ambientali nella maggioranza dei casi non permettono la formazione di cristalli grandi e ben formati. Per il loro accrescimento l’esperienza deve continuare con un’altra attività.

Indicazioni di sicurezza, simboli di rischio chimico (Regolamento 1272/2008/CE, o Regolamento CLP) e relativi pittogrammi di pericolo.

Fornello per riscaldare: Manipolato dal docente o dal tecnico di laboratorio. Rischio di ustioni.

Solfato di rame pentaidrato (CuSO₄ *5H₂O): irritante/nocivo, nocivo per l’ambiente.

Solfato doppio di cromo e potassio dodecaidrato [KCr(SO₄)₂ * 12H₂O]: irritante/nocivo.

     

 

 

 Per approfondimenti sui cristalli e sul loro accrescimento, Massimo Moret, Università di Milano-Bicocca “Come crescono i cristalli” o, più sintetico, “Il mondo dei cristalli” dell’Associazione Italiana di Cristallografia. Tra qualche giorno, il 19 gennaio, sarà il 50° anniversario della fondazione dell’Associazione Italiana di Cristallografia.

Video: “I cristalli” di RAI Scuola.

Catastrofi naturali ed estinzioni di massa

     La mostra “Estinzioni. Storie di catasfrofi e altre opportunità”, del Museo della Scienza (Muse) di Trento, consente una riflessione sulla ricerca scientifica riferita ai grandi temi ambientali dell’attualità e sulle grandi catastrofi che si sono verificate nella storia del nostro pianeta. In particolare sono stati considerati cinque nuclei tematici sulle grandi estinzioni degli ultimi 500 milioni di anni, accertate dalle ricerche paleontologiche su diverse aree della Terra: a) concetto di fossili e reperti fossili esposti, con le principali biodiversità del passato; b) caratteristiche di cinque grandi estinzioni; c) focus su mammut, tigri dai denti a sciabola, bisonti delle steppe; d) vicende evolutive del genere “Homo”; e) L’Antropocene, l’era dell’Homo sapiens.

     Nello schema “Mass extinsion” a sinistra, sono rappresentate sette grandi estinsioni:

1. Cambriano-Ordoviciano, avvenuta circa 480 milioni di anni fa.

2. Ordoviciano-Siluriano, di 440 milioni di anni fa, causa probabile: imponenti glaciazioni. Nell’immagine (crediti: Understanding Evolution ), un esempio di fossili di trilobiti (philum degli Artropodi), organismi marini diffusissimi in questo periodo, di varie dimensioni: alcuni piccolissimi, altri grandi e corazzati.

3. Devoniano -Carbonifero, circa 360 milioni di anni fa, con la scomparsa dell’80% almeno delle specie. Causa probabile: impatto di numerosi asteroidi (?) nell’arco di qualche milione di anni.

4. Permiano- Triassico, risalente a 250 milioni di anni fa, considerata la più catasfrofica della storia della Terra, con la scomparsa del 96% delle specie marine allora viventi.

5. Triassico-Giurassico, di 200 milioni di anni fa, a causa dell’aumento di 5 °C della temperatura media, per motivi sconosciuti.

6. Cretaceo-Terziario, di 65 milioni di anni fa. La più conosciuta dal grande pubblico, che portò all’estinzione dei grandi dinosauri, provocata dalla concomitanza di un grande asteroide che ha colpito l’area dell’attuale Golfo del Messico – Penisola dello Yucatan e da innumerevoli grandi eruzioni vulcaniche in diverse zone del pianeta. Segnalo che una linea dei piccoli dinosauri vive ancora oggi: è quella che ha portato agli uccelli (vedi: I discendenti dei dinosauri ci fanno compagnia, Ere geologiche e principali forme di vita).

7. Olocene, quella che sta attraversando oggi la Terra e che secondo alcuni sarebbe causata dalle attività umane, tanto che il periodo attuale viene anche definito “Antropocene”.

     Ma cosa sono le grandi estinsioni di massa? Sono periodi di tempo geologicamente abbastanza brevi durante i quali c’è uno stravolgimento degli ecosistemi e degli ambienti, con scomparsa di un grande numero di specie viventi e la comparsa di nuove specie che diventano a loro volta dominanti sul pianeta. È opinione comune che le grandi estinzioni siano state prodotte quasi sempre da una concomitanza di cause.

     La mostra di Trento raccoglie reperti fossili di vertebrati estinti, originali e conservati in alcuni grandi musei italiani: Trento, Torino, Roma, Firenze, Ferrara, Treviso, Voghera, Padova, Verona. Le storie dei reperti esposti e dei gruppi di ricerca che li hanno ottenuti permettono di comprendere quanto sia affascinante la paleontologia, la storia della vita sulla Terra e le vicende che hanno portato all’estinzione di alcune specie famose che, poi, hanno lasciato il posto ad altre più adatte al nuovo ambiente che di volta in volta si formava.

Il Muse, all’avanguardia nella divulgazzione scientifica, ha arricchito la mostra con spazi interattivi, animazioni e video che coinvolgono anche i visitatori “inesperti” e meno appassionati.

La mostra sarà visitabile fino al 26 giungo 2017. Chi vuole saperne di più, info: www.muse.it .

Per approfondimenti, video: Catastrofi nella storia del Sistema solare (Focus); Storia del pianeta Terra.

Crediti schema Mass extinction: https://commons.wikimedia.org/wiki/

Le immagini scientifiche più belle del 2016

     Anche quest’anno, la rivista Nature propone un elenco delle più belle immagini scientifiche del 2016. Nella speciale classifica spiccano le immagini realizzate con strumenti per osservare l’infinitamente piccolo, microscopi sempre più sofisticati e quelle ottenute nelle osservazioni spaziali con i telescopi. Ci sono anche foto della Terra scattate dalla Stazione Spaziale Internazionale, quelle di animali, un cristallo di carbonato di calcio ingrandito 2000 volte, una spettacolare parte inferiore della zampa di un insetto, ecc.

2016 in pictures: The best science images of the year

Nella foto, una cellula staminale umana ripresa al microscopio elettronico a scansione con falsi colori (crediti: http://www.nature.com ). In basso, un “mostruoso” pesce predatore degli abissi oceanici (crediti: http://www.livescience.com/ ). 

 

Poema sul disastro di Lisbona

     Mentre l’uomo, con le sue guerre sparse per il mondo e con gli atti terroristici (l’ultimo a Istanbul in questa notte di passaggio tra il 2016 e il 2017), persevera nella sua distruzione e in quella delle altre specie e dell’ambiente, segnalo un poema su un fenomeno naturale, il terremoto di Lisbona del 1755, ritenendo che l’instabilità del pianeta richieda già abbastanza sforzi ed energie da non sprecare in guerre e guerriglie di vario tipo.

“Poveri umani! e povera terra nostra! Terribile coacervo di disastri! Consolatori ognor d’inutili dolori! Filosofi che osate gridare tutto è bene, venite a contemplar queste rovine orrende: muri a pezzi, carni a brandelli e ceneri. Donne e infanti ammucchiati uno sull’ altro sotto pezzi di pietre, membra sparse; centomila feriti che la terra divora, straziati e insanguinati ma ancor palpitanti, sepolti dai lor tetti, perdono senza soccorsi, tra atroci tormenti, le lor misere vite.” 

     Inizia così il “Poema sul disastro di Lisbona” di François Marie Arouet de Voltaire (1694-1778), non un poema scientifico ma un testo di carattere storico e filosofico sui diritti umani, sul rapporto uomo-religione-natura. Secondo Francesco Tanini, che ha tradotto ed introdotto il Poema in italiano (Poema sul disastro di Lisbona, con introduzione di Francesco Tanini),  “La tesi sostenuta da Voltaire è semplice (per noi che abbiamo da tempo assimilato, appunto, il suo pensiero): il male nel mondo non può essere opera di Dio, ché in tal caso non sarebbe un Dio buono e giusto, né può essere opera di altri, ché in tal caso non sarebbe un Dio onnipotente. Eppure il male esiste e ci dobbiamo fare i conti. Ma che il male appaia tale agli umani e che sia invece parte del bene universale, tesi ricorrente in certa teodicea e fulcro del pensiero leibniziano, è uno stravolgimento della realtà in quanto ne nega la sofferenza ed è un insulto a coloro uomini, donne, vecchi e bambini – che, senza alcuna colpa, sono stati schiacciati a Lisbona dalle pareti delle loro stesse case o sono stati, in generale, vittime delle leggi di natura. E se il Poema terminava ancora con una parola di speranza, Voltaire scriverà poco dopo il Candide, l’opera considerata il suo capolavoro letterario, in cui il suo pessimismo diverrà totale. Il male è rappresentato in tutte le sue manifestazioni possibili lungo l’avventura umana di Candide, così da rappresentare la più efficace denuncia del tutto è bene leibniziano, questa “filosofia crudele sotto un nome consolatorio” com’ ebbe a scrivere in una lettera del 18 febbraio 1756.”

     Propongo il testo (Fondazione Feltrinelli) e il fatto (il terremoto del 1755) perché già allora, nell’età dei lumi, molti si ponevano interrogativi sulle certezze asserite da filosofi e religiosi: la necessità e desiderabilità del dominio dell’uomo sulla Natura, sempre. Lo sfruttamento estremo delle risorse naturali senza una necessità, senza un reale bisogno, spesso con le guerre, da allora ha riguardato anche le fonti fossili di energia e l’immissione di inquinanti nell’ambiente.

     La recente elezione del nuovo presidente degli Stati Uniti e le sue idee estreme e negazioniste sui problemi ambientali e sui cambiamenti climatici in atto, dimostrano quanto sia ancora lungo il cammino verso uno “sviluppo sostenibile”, rispettoso dei bisogni delle generazioni future e del ruolo attuale della Natura e della nostra instabile crosta terrestre.

     Sui terremoti, in pochi casi (Giappone, California) le politiche sono state lungimiranti e rivolte alla prevenzione di questi eventi catastrofici, con costruzioni di edifici adeguati a resistere alle scosse.

     Il Poema di Voltaire prende spunto da uno dei terremoti più catastrofici degli ultimi secoli. La magnitudo è stata stimata a posteriori fra 8,5 e 8,7 della scala Richter. Allora la scala Richter, basata sull’energia sprigionata dalla scossa sismica, non era ancora stata ideata: il geofisico statunitense Charles Richter la sviluppò nel 1935. Anche la scala Mercalli-Cancani-Sieberg che si basa solo sui danni provocati dal terremoto, perciò empirica, è successiva: 1883, con modifichenel 1902. Il terremoto di Lisbona del 1755 provocò almeno 60.000 morti, fino a 90.000 secondo altre fonti.

     Su Wikipedia c’è un’accurata descrizione del disastro che colpì la capitale portoghese , scritta dal famoso geologo scozzese Charles Lyell (1797-1875) che ebbe molta influenza anche su Charles Darwin e sulla pubblicazione de “L’origine delle specie”:  “Dapprima s’udì provenire dalle viscere della terra un rombo come di tuono, subito dopo una violenta scossa abbatté gran parte della città. Durante sei spaventosi minuti, morirono 60.000 persone. Il mare prima si ritirò, lasciando il molo e la riva a secco, con tutte le navi e le barche che vi erano ormeggiate, quindi tornò rombando, sollevandosi di quindici metri oltre il suo solito livello. …”  Crediti immagini: 1. Fondazione Giangiacomo Feltrinelli ; 2. INGV Comunicazione ; 3. Semperinsima onlus .