Capire la madre natura

Le scienze naturali sono le discipline che studiano i fenomeni del mondo che ci circonda con osservazioni ed esperimenti, in contrapposizione con le scienze razionali, quali la matematica o la filosofia teorica o la teologia, che basano i propri procedimenti sul ragionamento puro. L’osservazione dei fatti naturali non esclude l’elaborazione di leggi generali e di una scienza teorica, ma ne costituisce anzi il fondamento e la verifica.

D’altro lato le scienze naturali hanno fornito un gran numero di informazioni utili all’uomo. Fra le prime ricerche naturalistiche, condotte soprattutto a scopo pratico, si possono ricordare quelle geografiche di Erodoto, che studiò e descrisse le condizioni di vita dei diversi paesi, e di Aristotele, che si occupò di geografia, astronomia, zoologia, indagando essenze e cause, ed eccelse nella classificazione descrittiva. Dopo Aristotele, Teofrasto approfondì la botanica, soffermandosi largamente sulle piante medicinali. Plinio, nella sua Naturalis Historia, raccolse in forma organica, molte notizie su piante, animali, minerali.

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Le grandi eruzioni della storia

Le manifestazioni eruttive si dividono — in linea di massima — in intrusive o plutoniche (intercrostali) e effusive o vulcaniche (che si mani-festano sulla superficie della Terra). Le effusive si suddividono poi in submarine e subaeree; i vulcani submarini hanno indubbiamente maggiore sviluppo, anche se raramente le relative eruzioni sono verificabili, non foss’altro perché la superficie coperta dai mari è superiore a quella emersa; il fatto sarebbe anche confermato dal gran numero di isole di origine vulcanica che spesso non sono altro che resti di vulcani emersi (il cui cono submarino aumenta di mole anche in conseguenza dei depdsiti di materiali sedimentari di natura non vulcanica).

I vulcani subaerei, invece, sono continuamente erosi dagli agenti atmosferici, soprattutto dall’acqua; assumono per lo piú la caratteristica forma a cono poiché, per la forza di gravità, i materiali eruttati si depositano regolarmente all’esterno del cratere, intorno ad esso, in proporzione della loro pesantezza; non mancano però esempi di vulcani tabulari, per lo piú lavici, e di vulcani conici complessi dovuti alla sovrapposizione di piú vulcani semplici. Eruzioni submarine osservate negli ultimi tempi sono state quelle rispettivamente avvenute nelle acque di Sciacca (canale di Sicilia) nel 1831 e nella baia di Santorino (mar Egeo) nel 1886.

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Misteri nell’universo

Il nostro universo è pieno di strani fenomeni per i quali non abbiamo una spiegazione. Dare risposte e risolvere enigmi è stato per millenni il compito dell’astronomia, ma dobbiamo ammettere che i risultati, per quanto notevoli, non sono ancora esaustivi. Certo, rispetto al passato oggi sappiamo molto di più sul cosmo e sul suo funzionamento, ma per ogni enigma risolto, ne è saltato fuori almeno un altro che aspetta una risposta. Agli astronomi piace pensare che conosciamo abbastanza bene molti dagli aspetti dell’universo: dal ciclo di vita delle stelle all’evoluzione delle galassie esistono teorie e modelli che spiegano molte cose.

Purtroppo, però, continuiamo a imbatterci in “oggetti impossibili” e comportamenti “sbagliati” che ci fanno intuire quanto lontani siamo dalla verità. Alcuni di questi misteri sono stati scoperti di recente e a una prima occhiata sembrano rompere le regole di teorie consolidate. Su incongruenze come la “stella impossibile” o la galassia rettangolare LEDA 074886 agli scienziati basta armarsi di pazienza e ricorrere agli strumenti di ricerca sempre più raffinati che hanno a disposizione. Ma altre volte è più complicato e la ricerca può diventare frustrante.

Basti pensare al satellite che non dovrebbe esistere: Miranda, in orbita attorno a Urano. Con le prime indagini si è scoperto che quel corpo celeste non dovrebbe essere lì, ma non riusciremo a saperne molto di più a breve, dato che non sono pianificate altre missioni esplorative in quella zona per questo decennio. Allo stesso modo, i nuovi misterWella corona solare dovranno attendere un balzo in avanti negli strumenti di ricerca prima di poter essere ‘ investigati. Per non parlare della materia oscura: la stragrande maggioranza del nostro universo sembra esserci completamente invisibile e non abbiamo idea di come cercarla. Ma forse è proprio questa la molla che spinge l’astronomia: risolvi un mistero solo per imbatterti in uno più grande e senza apparente soluzione, almeno fino a quando qualcuno, lavorando molto duro, ha un’intuizione che finisce per cambiale tutto.

Ci manca quasi tutto l’universo

Il decennio scorso è stato particolarmente infausto per i cosmologi. Dopo aver passato decenni nella ferma convinzione che l’universo stesse rallentando la sua espansione a causa della forza di gravità che lo permea, arrivò alla fine degli anni ’90 una misurazione che stravolse tutto: l’espansione dell’universo non solo non è in frenata, ma sta accelerando! La prova arriva dall’analisi della luminosità di supernove esplose in galassie distanti miliardi di anni luce da noi e che appare molto più flebile di quanto non ci dicano i calcoli che tengono in considerazione la precedente teoria. Il fenomeno responsabile di questa enorme discrepanza (accelerare l’intero cosmo richiede un certo sforzo…) è l’energia oscura, che sembra pesare per circa un 70% di tutta l’energia presente nell’universo.

Nessuno ha un’idea precisa di cosa sia e la sua natura misteriosa diventa addirittura inquietante se si pensa che dalle ultime misurazioni sembra che la sua presenza stia aumentando. Fino a 7,5 miliardi di anni fa, infatti, l’universo stava davvero rallentando, ma poi la forza dell’energia oscura ha preso il sopravvento e la tendenza si è invertita. Se la crescita dell’energia oscura dovesse continuare, alcuni prevedono che il cosmo potrebbe finire in un grande “strappo”. Entro un non meglio precisato numero di miliardi di anni, infatti, l’oscura minaccia diventerebbe così potente da sopraffare le altre forze e spappolare (letteralmente) galassie, sistemi solari, stelle e addirittura le particelle componenti della materia.

Le alghe possono salvare la terra?

Gli strumenti della scienza moderna ci stanno aiutando a capire meglio il mondo che ci circonda, ma qualche volta portano a intuizioni e scoperte che sembrano confondere un po’ le acque. Le alghe sono sempre state definite, in passato, come organismi semplici simili a piante in grado di nutrirsi in modo autonomo (autotrofia) sfruttando la luce del sole attraverso un processo chiamato fotosintesi.

Varietà infinite di alghe

Variano molto nelle dimensioni: da organismi microscopici a organismi macroscopici, quelli che chiamiamo comunemente alghe marine. Tutto questo a grandi linee è esatto, ma studi sul funzionamento e la chimica delle alghe e soprattutto studi sul loro DNA (è l’acido desossiribonucleico, quello che contiene le informazioni genetiche trasmesse per via ereditaria) hanno svelato che le alghe sono molto più complesse di quanto pensassimo.

Gli scienziati stanno ancora discutendo animatamente per decidere come classificarle. Ancora oggi le alghe vengono comunemente raggruppate nel regno dei Protisti, un gruppo tassonomico che comprende tutti gli organismi viventi che non sono animali, piante, funghi, batteri o virus. Molti protisti, come le amebe, che conosciamo abbastanza bene, si muovono nell’acqua alla ricerca di cibo… quindi non sono alghe.

La salvezza del pianeta passa per le alghe

Un altro gruppo di protisti dotati di capacità motoria che si spostano nell’acqua grazie ad appendici simili a frustini sono i flagelli. Tra questi ne esistono alcuni, come l’Euglena, in grado di effettuare la fotosintesi clorofilliana, che vengono perciò classificati come alghe. Il gruppo di alghe più numeroso è quello degli Eteroconti, che include la maggior parte del fitoplancton che galleggia nei mari e negli oceani trasportato dalle correnti. Le alghe marine sono rappresentate per lo più da alghe rosse, brune e verdi e spesso vengono raggruppate a parte, nel gruppo degli Archeplastidi (lat. Archaeplastida); benché alcuni scienziati sostengano che le alghe verdi vadano invece inserite tra le piante vere e proprie.

Questa complessità può sconcertare, ma spiega anche perché le alghe sono così importanti per la vita sulla terra. Il numero di alghe è talmente alto che sono proprio loro a fornire la maggior parte dell’ossigeno presente sul nostro pianeta. Inoltre sono alla base delle principali catene alimentari degli organismi acquatici. I sedimenti carbonatici prodotti dalle alghe calcaree nel corso dei millenni sono molto importanti perché costituiscono un serbatoio di petrolio e gas naturale, le fonti di energia che utilizziamo per alimentare i nostri veicoli e scaldare le nostre case.

Maremoti e tzunami

Le scosse di terremoto quando avvengono in regioni poste presso o sotto gli oceani ed i mari provocano i maremoti. Boati, ossia cupi brontolii come di tuono tempestoso o scoppi repentini dovuti al rumore prodotto dalla rottura delle rocce di cui consta la crosta terrestre, precedono, accompagnano o seguono le scosse sismiche; cosi le accompagnano spesso manifestazioni luminose (bagliori sismici).

Gli animali avvertono prima il maremoto?

Non si è ancora riusciti a dare una spiegazione positiva al presentimento dei moti tellurici manifestato dagli animali: qualcuno ritiene che in anticipo si sprigionino dalla superficie del suolo dei gas la cui presenza è percepibile soltanto all’acuto odorato di alcuni animali. Vari sono i tipi di terremoti: vulcanici o eruttivi (scosse che precedono una eruzione vulcanica vera e propria o eruzioni abortite o comunque dovute a movimenti piú o meno profondi di masse magmatiche, come quelle registrate spesso nella zona circumvesuviana ed etnea); di crollo o sprofondamento (dovuti a cedimento di masse entro vuoti o caverne e quindi alla gravità, come per il terremoto di Avezzano del 1915);

Tettonici o di dislocazione, sia terrestri sia sottomarini, dovuti a rottura di equilibrio delle rocce profonde (le quali sono dotate di una notevole tensione elastica) e da porsi in rapporto con le forze generatrici delle montagne. Sono questi i piú grandiosi fenomeni sismici e si manifestano generalmente nelle zone di piú recente corrugamento ai margini del rilievo, le quali sono anche ovviamente piú interessate dal vulcanesimo. Ciò che piú interessa nello studio di un terremoto è la determinazione della profondità dell’ipocentro o fuoco sismico.

L’Italia e i terremoti marini

I terremoti si verificano in quasi tutto il mondo; vi sono però regioni, in cui essi si ripetono con maggior frequenza e la distribuzione delle regioni sismiche (data l’origine principalmente tettonica dei terremoti) corrisponde alla carta delle dislocazioni. L’Italia è una zona dove questo flagello imperversa (nel terremoto calabro-siculo del 28 dicembre 1908 perirono quasi 200.000 persone).

Principali centri sismici sono: il centro mediterraneo (alpino-caucasico-himalaiano) e il centro circumpacifico (« anello di fuoco » dell’oceano Pacifico), o in corrispondenza dei quali la struttura del sottosuolo è maggiormente instabile. La difesa contro i terremoti si concreta nella costruzione di edifici che possano resistere all’urto dell’onda sismica. In proposito esistono studi di edilizia sismica, per la quale uno dei principi pratici piú elementari sarebbe quello di edificare costruzioni poco elevate; nella tecnica dei cementi armati, rigorosamente applicata, è stato trovato uno dei mezzi piú efficaci di difesa.

Ricordiamoci infine i terremoti marini. Hanno epicentro sul fondo del mare da dove l’onda di vibrazione proveniente dall’ipocentro, si propaga all’acqua e viaggia quale onda di condensazione e di rarefazione alla velocità del suono (km 1,4 al secondo). Alla superficie dell’acqua il moto è avvertito come se i galleggiante fosse poggiato sul fondo. I pesci vengono trovati morti e le navi subiscono scosse come se avessero urtato in un ostacolo.

Vita e il futuro del pianeta grazie agli animali

I generi sono raggruppati in famiglie e salendo ancora nella gerarchia dei livelli di classificazione degli animali troviamo ordini, classi e phyla. Ripercorrendo al contrario i gruppi tassonomici, il dromedario (ad esempio) appartiene al regno animale, phylum Cordata, classe dei Mammiferi, ordine degli Artiodattili, famiglia Camelidi, genere Camelus e specie dromedarius. I raggruppamenti superiori servono a identificare le relazioni tra gli animali a livello evolutivo, ma Camelus dromedarius è tutto quello che ci serve per identificare con precisione quello di cui stiamo parlando. A livello generale, la divisione del regno animale in gruppi riflette la relativa “vicinanza” evolutiva con i membri dello stesso gruppo, ma ci sono delle eccezioni.

Gli uccelli in realtà sono molto più vicini ai coccodrilli di quanto non lo siano i serpenti, ma mentre serpenti e coccodrilli appartengono alla classe dei rettili, gli uccelli hanno una classe a parte, quella degli Aves (che vuol dire proprio uccelli). Questo perché tutti gli uccelli presentano una serie di caratteristiche distintive che li rende un gruppo coerente, mentre i rettili sono una classe che raggruppa animali molto diversi tra loro. I rettili sono semplicemente tutti quei vertebrati che non sono uccelli, mammiferi o anfibi. Il concetto di specie è molto utile per la classificazione. Animali che appartengono alla stessa specie possono accoppiarsi producendo una prole fertile. Possiamo far incrociare un leone e una tigre per ottenere una ligre, ma questo animale non sarà mai fertile, perché leoni e tigri sono di specie differenti: Panthera leo e P. tigris. Charles Darwin ebbe un’intuizione geniale, poi sviluppata dai neodarwinisti: una delle condizioni che porta alla nascita di nuove specie è la separazione tra gruppi di animali della stessa specie, che smettono così di vivere insieme e incrociarsi tra loro.

Esistono molti modi in cui questo può accadere, ma due sono quelli principali. La speciazione allopatrica si verifica quando i gruppi vengono separati da barriere geografiche. Le isole dell’arcipelago delle Galapagos, per citare un esempio molto noto, sono abbastanza vicine da consentire agli uccelli di volare tra una e l’altra, quando le condizioni atmosferiche lo consentono, ma anche così lontane da impedire uno scambio continuo. Nel corso del tempo, il rimescolamento casuale dei geni di generazione in generazione, così come la selezione naturale operata dalle differenti condizioni di vita su ciascuna isola, hanno portato all’evoluzione delle diverse popolazioni in direzioni completamente diverse l’una dall’altra. Darwin osservò che su ogni isola vivevano uccelli mimo diversi da quelli delle altre isole.

Una specie ancestrale di uccelli mimo arrivata nell’arcipelago si era poi differenziata in molte specie diverse. Questi uccelli vengono oggi comunemente chiamati “fringuelli di Darwin”. Ne esistono una dozzina di specie, che si possono dividere in quattro ceppi principali. Qualcosa di simile è successo anche agli scimpanzé e ai bonobo, specie nate in seguito alla formazione del fiume Congo, due milioni di anni fa, che divise le scimmie ancestrali, da cui entrambe le specie derivano, in due gruppi. L’altro tipo comune di speciazione è quella simpatrica, che avviene quando da una sola specie ne evolvono due senza che intervengano barriere fisiche. La Rhagoletis pomonella, o mosca della mela americana che originariamente, e contrariamente a quello che il suo nome fa supporre, durante lo stadio larvale si nutriva esclusivamente di bacche di biancospino.

Quando le mele furono introdotte in America circa 200 anni fa, alcune R. pomonella iniziarono a deporre le loro uova sui nuovi frutti. Generalmente le femmine di mosca depongono le uova sullo stesso frutto sul quale sono cresciute, e i maschi si accoppiano con le mosche che trovano vicino al frutto su cui loro stessi sono cresciuti. Questi comportamenti hanno portato a un allontanamento delle due linee genetiche, perché anche se le popolazioni di mosca ‘potevano in linea teorica accoppiarsi tra loro, non lo facevano. Negli ultimi duecento anni, sono emerse alcune differenze genetiche tra le popolazioni e potrebbero quindi formarsi specie differenti di R. pomonella per speciazione simpatica. I processi di speciazione hanno permesso anche la nostra evoluzione, da organismi unicellulari a quello che siamo oggi.

Mistero di onde del terremoto

Il terremoto è uno stato vibratorio della crosta terrestre dipendente da causa interna e naturale (disturbo meccanico). Si manifesta alla superficie con scosse d’intensità spesso assai vivace e pure con effetti disastrosi, di durata variabile, corrispondenti alla propagazione di onde elastiche, originate più o meno profondamente: onde longitudinali, dette anche di compressione o primarie (velocità media di propagazione km. 8 al secondo) provenienti dall’ipocentro; onde trasversali, dette anche di taglio o secondarie (velocità media di propagazione km. 5,5 al secondo) pure provenienti dall’ipocentro; onde superficiali (velocità media di propagazione km. 3,5 al secondo), provenienti dall’epicentro.

Tutte le scosse di terremoto

Le scosse si distinguono in: sussultorie (nel senso della verticale) e ondulatorie (parallele all’orizzonte e perciò sarebbe meglio chiamarle orizzontali). Si verificano anche le scosse vorticose spesso soltanto locali (dovute a cambiamenti di direzione degli urti orizzontali o alla loro molteplice concorrenza). I sismografi di cui sono dotati gli osservatori sismografici —generalmente in numero di tre apparecchi per osservatorio — registrano in media ogni anno fra le 8 e le 10.000 scosse.

Bisogna però distinguere fra scosse strumentali (non avvertite da alcuno) e terremoti veri e propri (avvertiti per lo più dalle persone e con effetti visibili, quali caduta di oggetti, fratture, crolli, ecc.). E da notare ancora che un certo numero di terremoti veri e propri può sfuggire alla percezione più o meno diretta delle persone o perché colpiscono zone desertiche e disabitate o perché interessano la crosta terrestre sottomarina. Sono state compilate scale graduate dell’intensità dei moti sismici — come la Mercalli-De Rossi che è la migliore, la Sieberg, la Omori — completate in seguito dal Cancani che le divise in 12., distinti dai limiti dell’accelerazione in millimetri per minuto secondo.

Le scosse dei grandi terremoti nel mondo

Secondo la loro intensità — indicata dalla maggiore o minore ampiezza del periodo e della lunghezza d’onda nel diagramma (sismogramma) disegnato dall’ago del sismografo — le scosse sono: strumentali (cioè avvertite dai soli strumenti), alle quali s’è già accennato, leggerissime, leggere, sensibili, abbastanza forti, forti, fortissime, rovinose, disastrose, molto disastrose, catastrofiche, molto catastrofiche (distruzione di ogni opera umana).

Le scale servono soprattutto per indicare sulle carte le linee di uguale intensità di un terremoto (isosisme), delle quali quella che indica la zona d’intensità maggiore o zona megasismica racchiude la zona epicentrale, al disotto della quale (a profondità piú o meno grande) sta la zona ipocentrale in cui ha origine la scossa del terremoto. Per la natura delle vibrazioni, la loro propagazione, gli strumenti di registrazione, la velocità, il significato di ipocentro ed epicentro, la magnitudo. Fra i grandi terremoti ricordiamo quelli dell’Alasca meridionale (1899), di San Francisco in California e di Valparaiso (ambedue del 1906), il calabro del 1905, i due calabro-siculi (1783, 1908), quello di Tokyo (1923), quello siberiano (1959), quello dell’Alasca (1964), quello della Sicilia occ. (genn. 1968).

Eruzione vulcano: la potenza della natura

Il vulcano rappresenta ogni spaccatura della crosta terrestre dalla quale erompono i prodotti magmatici liquidi, frammentari e gassosi, che provengono da zone più o meno profonde dell’interno della Terra e che possono essere di varia natura a seconda del chimismo del magma corrispondente; le masse fuse magmatiche vengono sospinte verso la superficie da a forze eruttive » o insite in esse o collegate con fenomeni geotettonici più generali.

Il concetto di vulcano talvolta s’identifica con quello di cono vulcanico, sebbene questo sia solamente un prodotto della manifestazione vulcanica, cioè l’accumulo del materiale espulso costituente l’apparato esterno (l’apparato interno è dato, per alcuni tipi di vulcani, dal bacino o focolaio magmatico, dal camino o condotto eruttivo e dalla voragine craterica). Diverse ipotesi e teorie sono state formulate per dare una spiegazione dell’origine del fenomeno vulcanico: alla teoria del fuoco centrale, la quale supponeva che tutti i vulcani fossero in comunicazione fra di loro e servissero di sfogo alla tensione interna del globo, è succeduta quella che ammetteva soltanto focolai periferici indipendenti.

Fu poi sostenuto che il magma si trovasse ad una certa profondità, all’interno della crosta terrestre o al di sotto di essa, allo stato solido per effetto della enorme pressione alla, quale sarebbe sottoposto e che diventasse liquido con l’aprirsi della frattura eruttiva. Teoria molto diffusa fu inoltre quella tettonica, secondo la quale il vulcanismo si spiegava come il risultato di movimenti della litosfera tali da comprimere il magma dei focolai vulcanici, cosi da farlo entrare in eruzione con una violenza ed una durata proporzionali alla spinta esercitata. Questa ipotesi era suffragata dal fatto che il periodo di piú intensa attività vulcanica della Terra è coinciso con quello dei grandi movimenti orogenici.

Varietà di vulcani

Alla luce di studi recenti si è giunti a distinguere due principali tipi di vulcani, distribuiti sulla Terra in vario modo ed aventi un diverso meccanismo eruttivo; questa distinzione, già ammessa da qualche decennio, è confermata dalle caratteristiche delle attività vulcaniche, dal modo di ascesa del magma e soprattutto dal chimismo di questo. I vulcani del primo tipo non sono collegati alle grandi catene montuose ma generalmente sono localizzati in zone sottoposte a distensione; quelli del secondo tipo si impiantano invece in aree che coincidono per lo piú con le grandi fasce orogeniche.

Il magma dei vulcani del primo tipo è prevalentemente di natura basaltica e deriverebbe da masse fuse primordiali, ora giacenti al di sotto della crosta; la sua ascesa si verificherebbe soltanto attraverso grandi fratture della crosta, l’apertura delle quali determinerebbe uno scarico di pressione ed una conseguente spinta ascenzionale dovuta alla forza espansiva dei gas magmatici. I vulcani del secondo tipo si ritiene siano prodotti da magmi secondari, di natura all’incirca granitica, originati da complessi fenomeni di fusione e di reazioni chimiche, costituenti i cosiddetti processi anatettici;

l’ascesa di questo tipo di magma, relativamente leggero, sarebbe per lo piú connessa con movimenti della litosfera, particolarmente intensi nelle citate fasce orogeniche. È ovvio che fra questi due tipi estremi di vulcani ne esistano altri intermedi, le cui masse magmatiche possono derivare da varie trasformazioni dei due magmi principali in seguito a fenomeni di differenziazione, di assimilazione, ecc. esalazioni piú o meno dirette del magma.