I FENOMENI VULCANICI

I fenomeni vulcanici sono uno dei segni più evidenti della dinamicità del nostro pianeta, sul quale sono presenti circa 600 vulcani attivi, che hanno trasformato nel tempo l'aspetto della  superficie terrestre.

L'attività vulcanica può manifestarsi in modi diversi: dalle tranquille effusioni di lava, ad esplosioni parossistiche tanto violente da modificare l'aspetto di una regione, o ancora unicamene con l'emissione di vapori e gas.

I fenomeni vulcanici sono molto complessi per la molteciplicità delle strutture e dei prodotti cui dà origine; di solito per vulcanesimo intendiamo l'emissione atraverso fratture di lave o materiali piroclastici, associati a gas e vapori.  Le lave, derivano da magmi che si originano o all'interno della crosta (per anatessi, sialici  e molto viscosi) o nell'astenosfera (femici, molto caldi e fluidi). L'attività vulcanica può innescarsi improvvisamente e persistere per lungo tempo per poi estinguersi quando vengono meno le condizioni che hanno portato alla formazione del magma.

Il processo di fusione avviene gradualmente: materiale molto caldo, si trasforma poco a poco in gocce di magma; quando un volune compreso tra il 5 e il 20% del materiale originario è fuso, le singole gocce di magma si muovono attraverso le fratture delle rocce e fondersi fra loro in una massa continua, che poco alla volta risale a causa della minore densità rispetto al materiale circostante. La velocità di risalita dipende dalla zona in cui si origina il magma, talvolta può rallentare e in tal caso, può cambiare la natura chimica del fuso, ad esempio per l'assimilazione di rocce circonstanti.

Se i magmi giungono i superficie, si innescano i fenomeni vulcanici, se questi sono troppo viscosi danno origine a corpi magmatici intrusivi chiamati plutoni i quali possono avere forme e dimensioni molto varie e solidificano molto lentamente all'interno della crosta.

Edifici vulcanici - eruzioni - prodotti dell'attività vulcanica

L'attività vulcanica si manifesta attraverso eruzioni lineari o eruzioni centrali. Si parla di eruzioni lineari quando il magma fuoriesce attraverso fessure della crosta, strette ed allungate che possono estendersi per chilometri; il ripetersi di queste eruzioni dalla stessa frattura porta alla formazione di espandimenti basaltici chiamati anche plateaux. Lo spessore di solito è modesto ma con estensione di migliaia di chilometri quadrati.
Si parla invece di eruzioni centrali, quando i materiali vengono eruttati da un edificio vulcanico, che è costituito da un'estremità chiamata cratere, un condotto (o camino vulcanico) che mette in comunicazione l'edificio con la zona di alimentazione che può trovarsi anche oltre i 100 Km di profondità. Durante la sua risalita, il magma può ristagnare in una camera magmatica situata a profondità variabili.

Marsili trivellato

 La forma di un edificio vulcanico dipende strettamente dal tipo di lave eruttate e, le forme più comuni sono rappresentate dai vulcani a scudo, dagli stratovulcani e i coni di scorie.

Vulcani a scudo

Sono edifici vulcanici caratterizzati da dimensioni molto estese ( infatti il Mauna Loa si innalza per oltre 4000 m sul livello del mare, ma la sua base è sul fondo dell'oceano a oltre 5000 m di profondità), pendii dolci (che di solito hanno una pendenza non superiore al 5%). Questa forma è dovuta alla notevole fluidità delle lave basaltiche, che sono in grado di scorrere per molti chilometri prima di solidificare e gli episodi esplosivi sono praticamente assenti.

Come si nota dalla figura, l'edificio vulcanico si forma per l'accumulo di migliaia di sottili colate basaltiche e alla sommità si  può formare  una "caldera"  per collasso, all'interno della quale il condotto può aprirsi con un crattere a pozzo.

Stratovulcani
Sono edifici vulcanici che si formano quando alternano fasi di attività effusiva a fasi di attività esplosiva con emissioni di materiali piroclastici ( ceneri, lapilli, scorie, frammenti di lava) che si depositano sulle pendici del vulcano.
Molto spesso nei vulcani a strato sono presenti, oltre al cratere principale, anche crateri avventizi o secondari. Infatti quando il cratere centrale è ostruito, la lava cerca percorsi alternativi aprendo nuove bocche.  Un esempio di stratovulcani sono L'Etna, il Vesuvio, Mount St.Helens e il Fujyama.

Coni di scorie
Si tratta di piccoli edifici vulcanici che si sono formati in seguito ad una sola eruzione esplosiva; sono costituiti da materiali piroclastici ed hanno una pendenza accentuata.


Si possono inoltre riconoscere altre forme dovute alle caratteristiche delle varie fasi di attività; le più significative sono le caldere e i diatremi.
Le caldere sono vaste depressioni che si originano in seguito a fenomeni di attività esplosiva o dallo sprofondamento della parte sommitale dell'edificio vulcanico. Quando la camera magmatica si svuota, non è più in grado di sostenere la parte sommitale del vulcano, che sprofonda, generando una cavità. Un esempio di caldera è quella del monte Somma - Vesuvio e quella del Teide a Tenerife.
I diatremi sono dei condotti vulcanici riempiti da brecce magmatiche originatesi in seguito a una violenta esplosione di gas magmatici. I diatremi sono intrusioni simili a colonne costituite da rocce ultrabasiche provenienti dal mantello e quelli  più famosi dono quelli del Kimberley in Sudafrica, che vengono sfruttati per l'estrazione dei diamanti i quali  si formano ad alte temperature e alte pressioni.

I diversi tipi di eruzioni vulcaniche
I magmi provenienti dalle zone profonde, risalgono e si accumulano nella camera magmatica; a volte alcuni minerali iniziano a cristallizzare, mentre i gas si raccolgono nella parte superiore della camera magmatica. Quando la pressione all'interno della camera magmatica, supera la pressione litostatica, i componenti volatili si espandono trascinando il magma sulla superficie.
I fattori che influenzano il tipo di eruzione sono la viscosità del magma e  il contenuto in aeriformi, soprattutto vapor d'acqua; quest'ultimo influenza la mobilità del magma originando un'eruzione.
I magmi femici sono molto fluidi e danno origine ad un vulcanismo di tipo effusivo, mentre quelli sialici e andesitici, sono viscosi e danno origine ad attività vulcanica di tipo esplosivo.
I diversi tipi di eruzione prendono il nome dei vulcani di cui sono tipici; le principali sono:

- Eruzioni di tipo hawaiano: sono caraterizzate da effusioni di lave basaltiche molto fluide, i gas si liberano tranquillamente e sotto la loro spinta, nelle fasi iniziali dell'eruzione si formano spettacolari fontane di lava che possono elevarsi anche per centinaia di metri.

- Eruzioni di tipo stromboliano: sono caratterizzate prevalentemente da attività esplosiva alternate a colate laviche; la lava ristagna nel cratere, dove inizia a solidificare. Si origina così una crosta solida al di sotto della quale si accumulano i gas che sono liberati dal magma; quando la pressione cresce si origina un'esplosione non troppo violenta che libera il condotto, esaurita la spinta dei gas, la lava effonde sotto forma di fontane e colate. Il classico esempio di questa eruzione è Stromboli, uno stratovulcano  caratterizzato da attività persistente.

- Eruzioni di tipo vulcaniano: in questo tipo di eruzioni, il meccanismo è simile a quelle di tipo stromboliano, solo che la lava è più viscosa e va da termini andesitici a riolitici. Le lave solidificano nella parte alta del condotto vulcanico dove forma un "tappo" di grande spessore.  I gas impiegano quindi molto tempo per raggiungere pressioni sufficienti a vincere l'ostruzione. Quando ciò avviene, l'esposione è violentissima. Il classico esempio è rappresentato dall'isola di Vulcano, ma anche il Vesuvio, nel corso della sua storia ha attraversato fasi simili. Quando tali esplosioni  sono particolarmente violente sono definite di tipo pliniano in onore di Plinio il Giovane che descrisse l'eruzione del 79 d.C. Durante queste eruzioni  la colonna di gas e vapori fuoriesce violentemente dal condotto innalzandosi per diversi km , dando origine ad una nube a forma di "fungo". Da questa ricadono grandi quantità di frammenti di lava che solidifica come pomice.

- Eruzioni di tipo peleano: sono caratterizzate da lave molto viscose e con temperature relativamente basse (intorno ai 600 - 800 °C) che vengono spinte fuori dal condotto già solidificate dando origine a "cupole di ristagno" o guglie alte qualche centinaio di metri. L'eruzione è violentissima, accompagnata dal crollo dell'edificio vulcanico e dall'emissione  di grandi quantità di gas, vapori e materiali piroclastici che scendono a grande velocità sulle pendici del vulcano espandendosi su grandi aree; queste manifestazioni vengono chiamate nubi ardenti.

- Eruzioni freatiche: derivano dall'interazione tra il magma e l'acqua presente in una falda freatica. Il brusco passaggio dell'acqua allo stato di vapore dà origine a grandi pressioni che possono far saltare l'intera colonna di rocce sovrastanti; dal cratere fuoriesce con violenza una colonna di vapore mista a a brandelli di rocce. In seguito all'esplosione si origina una nube di vapore e materiali piroclastici, a forma di anello, chiamata base - surge. Un esempio è l'esplosione del Krakatoa, avvenuta nel 1883.

- Eruzioni di tipo islandese: sono caratterizzate da lave basaltiche molto fluide in cui la lava fuoriesce da lunghe fessure invece che da un edificio vulcanico; si osservano in Islanda e in corrispondenza delle dorsali oceaniche, che attraversano tutti i fondali oceanici. Sulla sperficie terrestre producono enormi quantità di lava e danno origine ai plateaux.


I prodotti dell'attività vulcanica e le modalità di solidificazione delle lave

I prodotti dell'attività vulcanica sono rappresentati da gas e materiali piroclastici.
Tra le sostanze aeriformi, i prodotti più abbondanti sono il vapor d'acqua e il biossido di carbonio, seguiti da composti dello zolfo, del cloro e del fluoro. Queste sostanze hanno contribuito a formare l'atmosfera primordiale e sono le responsabili delle eruzioni vulcaniche.
I materiali solidi sono invece rappresentati dai piroclasti, di composizione e dimensioni molto varie, eiettati dal vulcano durante le fasi di attività esplosiva. Essi possono essere rappresentati da polveri, ceneri, lapilli e bombe anche di grandi dimensioni e dalla forma affusolata.
Essi ricadono per effetto della forza di gravità e danno origine a depositi molto simili a quelli sedimentari; in alcuni casi danno origine a nubi ardenti formate da polveri, ceneri e lapilli che scendono lungo i fianchi del vulcano, dalla loro cementazione si formano rocce chiamate ignimbriti che possono coprire vaste aree.  Un altro esempio di prodotti dell'attività vulcanica sono i lahars, rappresentati da flussi di fango che si originano quando questi materiali si mescolano con i ghiacci o acqua di precipitazione o li laghi. Si innescano così grandi colate di fango dall'azione distruttiva in quanto seppelliscono ciò che incontrano lungo il loro percorso.
Le modalità di solidificazione di una lava  dipendono da molti fattori e principalmente dal tipo di lava, dala velocità di raffreddamento e dalle condizioni ambientali. Le principali strutture che possono assumere le lave sono:
- Lave a corda: (anche dette pahoe - hoe), sono tipiche dei vulcani di tipo hawaiano e danno origine a colate molto fluide; la parte superficiale della lava solidifica velocemente mantenendo una certa plasticità, la lava continua a scorrere sotto questa superficie deformandola dando origine a delle sturture simili a corde.

Sempre nei vulcani hawaiani si possono formare le lave a blocchi scoriacei che hanno un aspetto spugnoso e costituite da blocchi con una superficie irregolare. Si formano quando la lava ha perso i componenti volatili, lo strato superficiale è solido e non può  deformarsi; il materiale fuso continuando a scorrere sotto le lave solidificate, le spacca in blocchi. A volte le lave che raffreddano bruscamente formano strutture a fessurazione colonnare in cui la lava subisce una forte contrazione e solidifica in colonne a sezione prismatica.

- Pilow lavas: o lave a cuscino, si formano quando lave basaltiche effondono sui fondali oceanici; la superficie della lava a contatto con l'acqua si raffredda molto velocemente formando una pellicola vetrosa che isola dall'ambiente esterno la bolla  al cui interno, il fuso solidifica più lentamente dando origine a basalti, talvolta con strutture radiali.

Altri fenomeni legati all'attività vulcanica

Questi fenomeni legati all'attività vulcaniva, vengono anche definiti con il termine di vulcanesimo secondario e caratterizzano le fasi conclusive dell'attività vulcanica. Si tratta di fenomeni causati dalla presenza di un magma vicino alla superficie terrestre che raffreddandosi libera i gas e provoca il riscaldamento di acque presenti nelle falde acquifere, le quali vaporizzando, risalgono in superficie dando origine a sorgenti termali di cui l'Italia è ricca.
Fenomeni legati all'attività tardiva sono anche i geyser, abbondanti in America Settentrionale e in Islanda. Si tratta di emissioni intermittenti di acqua moldo calda a intervalli quasi regolari; a volte l'acqua contiene carbonato di calcio in soluzione che origina concrezioni attorno alla bocca del geyser.
Altre manifestazioni sono le fumarole caratterizzate da emissioni di vapor d'acqua e biossido di carbonio. Queste possono essere pericolose in quanto l'anidride carbonica, essendo più pesante dell'aria, si raccoglie nelle depressioni del terreno e può risultare letale per gli esseri viventi.
Le solfatare sono esalazioni di vapor d'acqua, biossido di carbonio e acido solfidrico che a contatto con l'aria si ossida facendo sublimare lo zolfo che si deposita sotto forma di incrsotazioni. A volte il vapore ricco di acido borico, fuoriesce ad alte pressioni ed alte temperature: questi getti vengono chiamati soffioni boraciferi. In Italia i più famosi sono quelli di Larderello in Toscana, che vengono sfruttati per la produzione di energia geotermica e di acido borico. Essi si formano quando l'acqua di precipitazione si infiltra nel suolo, viene a contatto con un magma e il vapore che si forma fuoriesce attraverso le fratture delle rocce. In terreni argillosi si ha la fuoriuscita di acque fangose e salate, che danno origine a piccoli coni chiamati salse.


Distribuzione geologica dei vulcani

La distribuzione dei circa 600 vulcani attivi sulla superficie terrestre e delle effusioni lungo le dorsali oceaniche, non è casuale, nè uniforme.
La parte più consistente dei vulcani attivi si trova lungo le dorsali oceaniche : queste sono catene montuose che attraversano tutti gli oceani elevandosi dal fondale fino a 3000 metri; dalla frattura vengono eruttate lave basaltiche molto fluide che danno origine a grandi accumuli di pillow. A volte, questo tipo di vulcanismo si manifesta sulla superficie terrestre, come nel caso dell'Islanda, dove la dorsale Medio - atlantica emerge.
Un gruppo caratteristico di vulcani, si manifesta lungo gli archi insulari o lungo margini continentali situati in prossimità di fosse oceaniche; in questo caso l'attività vulcanica è caratterizzata da lave andesiticheche danno origine ad eruzioni di tipo esplosivo. Questi vulcani si trovano lungo la cosiddetta "cintura di fuoco circumpacifica",  una fascia che si snoda lungo le coste americane e asiatiche del Pacifico; un esempio sono gli arcipelaghi del Giappone, delle Filippine e la Cordigliera dele Ande.
Alcuni vulcani sono associati ai punti caldi  (hot spot), che eruttano lave basaltiche. Tra quelli oceanici l'esempio più classico è rappresentato dalle Hawai, tra quelli continentli, i vulcani africani, l'Etna, le isole Canarie e la parte nord-occidentale del continente americano, in particolare Yellowstone.

LA DOPPIA NATURA DELLA LUCE

La luce proveniente dal Sole e dalle Stelle ci può fornire diverse informazioni che vanno dagli elementi presenti in una stella, alla sua evoluzione, o, ancora sulla sua temperatura. Quasi tutto ciò che sappiamo sulla struttura atomica, deriva dall’analisi della luce emessa o assorbita dalle sostanze.

Gli scienziati hanno impiegato alcuni secoli prima di spiegare i fenomeni luminosi che possiamo osservare, ma è soltanto dallo scorso secolo che Max Planck e Albert Einstein hanno elaborato teorie che ci permettono di affermare che la luce presenta sia un aspetto ondulatorio, sia uno corpuscolare.

Maxwell nella seconda metà dell’800 afferma che la luce è un particolare tipo di onda elettromagnetica creata da una rapidissima oscillazione di cariche elettriche; infatti è noto dalla fisica che, una corrente elettrica oscillante origina un’onda magnetica.

La luce è un particolare tipo di onda elettromagnetica; l’insieme delle onde costituisce lo spettro elettromagnetico.

Le onde si distinguono per la frequenza  (ni) e la lunghezza d’onda (lambda); ciò che le accomuna è invece la velocità c con cui si propagano nel vuoto cioè 300000 Km al s.

La frequenza  viene misurata  in hertz, le  frequenze  dello  spettro elettromagnetico  vanno da 10⁵ a

10³⁰ Hz.

La luce visibile è una porzione molto piccola dello spettro elettromagnetico: tutte le radiazioni hanno una lunghezza d’onda che va dai 400 ai 700 nm (nanometri) che noi percepiamo come luce bianca.

La relazione che lega le tre grandezze caratteristiche delle onde elettromagnetiche è:

C = λ · ν

λ (lambda)  e ν (ni)sono grandezze inversamente proporzionali: a grandi frequenze corrispondono piccole lunghezze d’onda e viceversa.

 

La natura ondulatoria della luce è legata al fenomeno della diffrazione: questo si verifica quando un fascio di luce giunge su una fenditura avente dimensioni confrontabili con con la lunghezza d'onda.

Dopo avere oltrepassato l'ostacolo, la luce non si propaga più in linea retta e origina delle bande chiare e scure alternate, chiamate frange di interferenza.

Le frange chiare sono dovute a interferenza positiva causata da più onde in fase che si rafforzano aumentando la luminosità, quelle scure sono dovute a interferenza negativa e sono prodotte da onde in discordanza di fase: le ampiezze si annullano e scompare la luminosità.

Quando la luce interagisce con la materia, si evidenzia la sua natura corpuscolare: infatti proiettando un fascio di luce ultravioletta prodotta da una lampada a vapori di mercurio, su una lamina di zinco, possiamo provocare l'espulsione di elettroni dalla lamina metallica.

Questo fenomeno prende il nome di effetto fotoelettrico, ed è stato scoperto da Lenard nel 1902, egli misurò sia gli elettroni emessi in un secondo, sia la velocità con cui venivano scalzati dal metallo. Se si usava una radiazione più intensa aumentava il numero di elettroni emessi, ma non la velocità; per aumentare quest'ultima si doveva utilizzare una radiazione con frequenza maggiore, mentre al di sotto di una frequenza minima l'efetto fotoeletrico non si manifesta.

 

Questo fenomeno non può essere spiegato considerando la luce in termini ondulatori, si può spiegare immaginando ogni raggio di luce come un insieme di "pacchetti"  di energia, tanto più numerosi, quanto più intenso è il raggio.

Gli elettroni per essere liberati dal metallo, devono acquisire l'energia necessaria a vincere le forze che li temgono uniti al metallo; se i "pacchetti" giungono sul metallo, ma sono troppo deboli, non vi è emissione di elettroni.

Questi "pacchetti" di energia vengono chiamati quanti o fotoni; la relazione che esprime questo comportamento è conosciuta come  relazione si Planck - Einstein:

E = h ν

Dove E è l’energia del fotone, ν la frequenza e h la costante di Planck con valore uguale a 6,63 10^-34

J s. All’aumentare della frequenza, aumenta l’energia trasportata dalla radiazione elettromagnetica.

Possiamo anche scrivere:

E = h c/λ

Entrambe le formule evidenziano la doppia natura della luce: nella sua propagazione manifesta l’aspetto ondulatorio, nell’interazione con la materia, evidenzia l’aspetto corpuscolare, cioè si comporta come un insieme di fotoni a ciascuno dei quali corrisponde una determinata energia; i fotoni sono privi di massa, e sono quindi considerati “pacchetti di energia”.

 

LA FORMA DELLA TERRA E I MODELLI CHE LA RAPPRESENTANO

E' possibile osservare la forma sferica del nostro pianeta attraverso le immagini dei satelliti; naturalmente quando parliamo di sfericità, non prendiamo in considerazione le numerose irregolarità della superficie terrestre, rappresentate dai rilievi, dalle valli e dalle depressioni oceaniche. Immaginando di eliminare le irregolarità del territorio, e misurando il raggio polare e quello equatoriale, possiamo affermare che la Terra non è una sfera perfetta, in quanto il moto di rotazione ne ha influenzato la forma. 

La forza centrifuga che deriva dalla rotazione ha causato una concentrazione di materia nelle zone che si muovono più velocemente, producendo un rigonfiamento equatoriale , e uno schiaccamento polare (dove questa forza è nulla).

Inoltre la Terra genera un campo gravitazionale, grazie al quale attira verso in centro qualunque corpo fermo o in movimento, con una forza che è uguale al prodotto della massa del corpo per l'accelerazione di gravità ( P = mg). La direzione in cui agisce la forza di gravità è detta verticale fisica del luogo e può essere determinata dalla direzione del filo a piombo. Il valore dell'accelerazione di gravità diminuisce allontanandosi dal centro della Terra, quindi con l'altitudine; il suo valore varia inoltre da luogo a luogo a causa della densità non uniforme della litosfera (crosta terrestre più la parte superficiale del mantello).
Il modello geometrico che più si avvicina alla forma della Terra è l'ellissoide di rotazione; in enere si prende in considerazione l'ellissoide internazionale di Hayford, anche se, è stato definito un ellissoide astrogeodetico grazie ai dati ricavati dallo studio delle orbite dei satelliti artificiali. L'ellissoide internazionale viene utilizzato per la costruzione dei planisferi e delle carte geografiche.
Il solido che più si avvicina alla forma della Terra è il geoide, costruito sulla base dei dati forniti dal'accelerazione di gravità, cioè da misurazioni gravimetriche eseguite in molti punti della superficie terrestre.

Si è osservato che la superficie terreste presenta valori diversi della forza di gravità evidenziati dalla direzione del filo a piombo, che non coincide con la verticale geocentrica, ma si dispone secondo la verticale fisica del luogo. Questo fenomeno si rileva soprattutto sulle grandi catene montuose e nei bacini oceanici, ed è dovuto ad una non omogenea distribuzione delle masse all'interno della Terra. Infatti sotto le grandi catene montuose la crosta terrestre arriva ad una profondità di circa 80 Km , mentre in zone pianeggianti è di circa 30 km. Questo perchè la densità della crosta è decisamente inferiore a quella del mantello   (2,7 g su cemtimetri cubi contro i 5 del mantello). Le catene montuose per poter "galleggiare" sull'astenosfera plastica devono avere  un grande spessore crostale che determina variazioni nella forza di gravità.
Unendo tutti i punti della superficie terrestre perpendicolari alla direzione del filo a piombo si è ottenuto il geoide, che è il modello che più si avvicina alla forma della Terra, anche se tende ad attenuare i rilievi e ad innalzare le depressioni oceaniche.
La superficie del geiode è   una superficie equipotenziale. Teoricamente il geoide può essere definito come la forma che la Terra assumerebbe se il livello medio del mare si estendesse in continuità, anche dove si trovano le terre emerse, colmando le depressioni e cancellando i rilievi.
Inoltre se la distribuzione delle masse all'interno della Terra fosse omogenea, ellissoide e geoide dovrebbero coincidere, mentre nella realtà sono sfalsati di alcune decine di metri.

LABORATORIO: ESTRAZIONE DEL DNA (dalla frutta)

Obiettivo: Estrazione del DNA della frutta (banana o kiwi) osservazione al microscopio 

Procedimento: massare sulla bilancia elettronica 3 g di NaCl e porli in 80 ml di acqua distillata, mescolare fino allo scioglimento del sale; aggiungere un pò di detersivo per piatti diluito precedentemente e aggiungere acqua fino ad arrivare a 100 ml; in questa fase bisogna mescolare molto lentamente affinchè non si formino bolle. Questa soluzione servirà a demolire le membrane plasmatiche e nucleari che sono costituite da fosfolipidi. I fosfolipidi si scioglieranno in presenza del detersivo, mentre il cloruro di sodio ha la funzione di facilitare l'eliminazione delle proteine istoniche sulle quali è avvolto il DNA.

A questo punto, in un mortaio si schiacciano circa 100 g di banana o kiwi e si riduce in poltiglia al fine di separare il più possibile le cellule tra loro ed esporle all'azione del detersivo. Si versa la poltiglia nella soluzione di estrazione e si pone il becker sulla fiamma fino alla temperatura di 60 °C. Si toglie dal bunsen (in quanto se il riscaldamento è lungo il DNA si frammenta). Si attende 15 minuti e si pone il becker in una vaschetta contenente acqua e ghiaccio per circa 5 minuti. 

Si filtra con della garza in un cilindro graduato e si ottiene un liquido ricco di DNA. Si mette in una provetta una certa quantità della soluzione ottenuta e si aggiunge in quantità uguale molto lentamente alcool al 95% freddo (da congelatore), in modo che le due fasi restino separate. Si usa l'alcool in quanto il DNA è solubile in acqua e non sarebbe visibile.

Si lascia riposare per altri 5 minuti e a poco a poco il DNA si rende visibile sotto forma di una sostanza bianchiccia che tende ad aumentare di volume. Si noteranno inoltre, molte bollicine dovute alla solubilità dei gas atmosferici, che è maggiore in un liquido a temperatura più bassa.

Con delle pinzette si preleva dalla provetta una piccola quantità di preparato e si pone su un vetrino assieme a del blu di metilene (che consente di vedere meglio il DNA) per osservarlo al microscopio. Ovviamente non si potrà osservare la struttura a doppia elica, in quanto non è visibile neanche con i microscopi eletronici, ma si osserveranno dei filamenti alquanto confusi.

LE MAREE

Le maree sono oscillazioni periodiche del livello del mare e  hanno un ruolo fondamentale nei processi di trasformazione litoranea e costiera.

Esse consistono in oscillazioni ritmiche, con innalzamenti (flussi) e abbassamenti (riflussi) del livello marino, provocati dall'azione gravitazionale della Luna e del Sole sulle masse d'acqua che ricoprono la Terra. In genere si possono osservare due alte e due basse maree al giorno; la fase corrispondente al massimo sollevamento dell'acqua è detta alta marea, mentre la fase corrispondente al massimo abbassamento è detta bassa marea; la differenza tra le due, viene detta ampiezza di marea.

In media l'ampiezza delle maree nel Mediterraneo è dell'ordine dei 10 cm, con dei massimi di 2,1 m a Trieste e nel Golfo di Gabes in Tunisia. L'ampiezza di marea può diventare anche notevole in vicinanza delle coste che si affacciano su oceani o in golfi come la baia di Mont Saint Michel in Normandia (circa 16 m) e nella baia di Fundy in Canada (circa 18 m) ; quest'ultimo rappresenta il valore massimo conosciuto. 

Il comportamento delle maree era già noto ai greci e Romani, ma solo dopo che Newton enunciò la legge di gravitazione universale, fu possibile spiegare in modo soddisfacente questo fenomeno.

 

I fattori che entrano in gioco nella genesi delle maree sono numerosi, semplificando, possiamo osservare che il Sole pur avendo una massa molto maggiore di quella della Luna , questa si trova più vicina alla Terra e, l'attrazione esercitata da quest'ultima è maggiore a quella esercitata dal Sole, per cui la periodicità delle maree è legata ai movimenti della Luna. Ma non è questa la sola causa del fenomeno, infatti, se così fosse, si avrebbe un solo flusso e un solo riflusso al giorno in quanto la Luna culmina  una sola volta su ogni meridiano. La marea invece si presenta anche agli antipodi, e questo è dovuto all'azione della forza centrifuga. 

Se consideriamo Terra e Luna come un sistema binario, il baricentro del sistema risulta essere poco sotto la superficie terestre. Dalla parte rivolta verso la Luna sarà massima la forza di attrazione gravitazionale e minima la forza centrifuga (in quando vicini al baricentro del sistema), all'antipodo, invece, la forza centrifuga sarà massima e, minima quella di attrazione gravitazionale (rivolta verso il centro della Terra). Quindi sommando le due forze dalla parte rivolta verso la Luna, e sottraendo le due grandezze vettoriali dall'altra, noi avremo due alte maree, una dalla parte di Terra rivolta alla Luna ed una agli antipodi.

Anche il sole esplica un'attrazione gravitazionale sulla Tera, quindi, quando Terra, Luna e Sole sono allineati si possono osservare dei massimi di alta marea dette maree sizigiali (o acque vive) e si verificano ogni due settimane circa; l'alta marea ragiunge livelli più alti del solito e la bassa scende a livelli inferiori al normale. Quando il Sole forma un angolo retto con Terra e Luna, si osservano dei minimi di alta marea, dette maree di quadratura (o acque morte).

Di solito si hanno le maree sizigiali durante il novilunio e il plenilunio, maree di quadratura durante il primo e ultimo quarto.

Il comportamento delle maree si discosta notevolmente dallo schema teorico in quanto gli oceani e i mari non ricoprono uniformemente la superficie terreste, il fenomento è legato alla profondità del bacino su cui si verifica la marea,  alla configurazione della costa ed infine all'attrito dell'acqua sul fondale.

A causa dell'attrito delle masse d'acqua, l'alta marea non si verifica esattamente quando la luna culmina su un meridiano, ma può presentare un ritardo chiamato "ora di porto" che varia da zona a zona e va da 50 min a 12 ore. La conoscenza dell'ora di porto è fondamentale per la navigazione, infatti, con i dati dell'ora di porto si costruiscono carte di navigazione, nelle quali sono indicate delle linee dette cotidali, che uniscono tutti i punti con uguale ritardo di marea. Le linee cotidali, sono disposte a raggiera e partono da un punto in cui l'ampiezza di marea è nullo. Questi punti vengono detti nodi anfidromici.

Le maree infine, possono causare delle correnti note come "correnti di marea" che si originano presso le coste o negli stretti che mettono in comunicazione bacini marini adiacenti, come ad es. lo Stretto di Messina e possono raggiungere una velocità di 8 /9 Km/h.

In alcune località della superficie terrestre, ci sono fiumi che sfociano in mare ad estuario; in queste zone (come ad esempio nel Rio delle Amazzoni), specialmente durante le maree sizigiali, l'onda di marea causa un rigonfiamento del fiume  o dà origine ad un fronte di marea chiamato  mascheretto. Quello del Rio delle Amazzoni è il più spettacolare perchè può raggiungere un'altezza di sette metri e mezzo e risale il fiume per circa 480 Km.

LE VARIAZIONI CLIMATICHE E I MOTI MILLENARI

Oltre al moto di rotazioni e rivoluzione, la Terra compie altri moti ciclici, che si ripetono in uno stesso periodo di tempo, causati dall'attrazione gravitzionale della Luna, del Sole e in minore misura degli altri pianeti.

Questi moti, dell'ordine di migliaia di anni, non sono evidenti nella scala temporale della nostra vita.

Secondo la teoria di Milankovich, i moti millenari determinano variazioni cicliche dell'insolazione, e quindi di distribuzione del calore sulla superficie terrestre, che a lungo termine  portano a importanti effetti sul clima e sulle stagioni.

Milankovich ha correlato le oscillazioni climatiche del passato, con con variazioni dell'insolazione nel tempo. In pratica, i moti millenari potevano essere in grado di originare una glaciazione. Il moto di precessione degli equinozi, la variazione dell'eccentricità dell'orbita e le nutazioni, combinati, hanno procurato variazioni di insolazione la cui entità variava con la latitudine.

Nel corso dell'ultimo periodo geologico, si sono avvicendate quattro grandi glaciazioni: Gunz, Mindel, Riss, Wurm intercalate a periodi di fusione dei ghiacciai detti periodi interglaciali.

L'estensione glaciale calcolata nella sua fase di espansione mette in evidenza che circa il 35% delle terre emerse fosse coperto dai ghiacciai, ciò ha comportato la scomparsa di molti organismi, o la riduzione del loro habitat; alcune specie durante le glaciazioni, come l'orso delle caverne o il mammuth si sono estinte.

La durata delle glaciazioni non supera globalmente il 2% dei tempi geologici e le aree coperte da ciascuna glaziazione si trovano distribuite nei due emisferi, cioè sono sincrone su tuttto il globo.

Osservando un ghiacciaio alpino, possiamo notare un limite, lungo il quale nei periodi estivi, la neve non si scioglie, ma si accumula; questo limite viene chiamato "limite delle nevi persistenti". Esso dipende dalle condizioni morfologiche e dall'esposizione topografica; nei versanti esposti a Nord il imite sarà inferiore, rispetto a quelli esposti a Sud. Attualmente tale limite nelle Alpi varia tra i 3000 e i 3200 m di quota e supera i 5000 m nelle zone equatoriali del Kilimangiaro.

Presupponendo da un anno all'altro, l'abbassamento di 1 °C della temperatura media estiva, il limite si abbassa altimetricamente di 200 metri e di 400 m sul piano inclinato. Ovviamente la pendenza ha avuto un ruolo importante sull'avanzata del fronte glaciale. Il  limite delle nevi permanenti nel periodo Wurmiano si trovava a circa 1200 m, quindi le fronti dei ghiacciai sboccavano in più punti della pianura padana. Ovviamente, un abbassamento di tale limite deve tenere presente un aumento delle precipitazioni.  Con il diminuire delle temperaturre, le fronti glaciali avanzavano dapprima limitatamente e poi, a quote più basse progredivano in modo più rilevante e massivo. Un altro fenomeno correlato, è una diminuzione del riscaldamento dell'aria, causato dalla riflessione totale dei raggi solari che creano condizioni più favorevoli all'aumento dell'espansione dei ghiacci (fenomeno conosciuto come "albedo").

L'andamento dell'insolazione, in funzione delle variazioni climatiche a causa dei moti millenari può essere usato per spiegare una diminuzione delle temperaturre tali da produrre una glaciazione. 

Allo stato attuale, l'unica ipotesi soddisfaciente è quella proposta da Milancovich, che serve per una ricostruzione paleoclimatica del quaternario.

QUESTO PAZZO CLIMA

“ I tentativi di previsione del tempo e le possibili evoluzioni del clima”

Non possiamo parlare di clima o di previsione del tempo se non conosciamo le dinamiche dell’atmosfera, quella sottile pellicola gassosa che circonda la Terra.

Essa è sempre stata al centro dell’attenzione umana, tanto che Isocrate circa 2400 anni fa la definì come: “ la turbolenza in cui viviamo”.  Queste parole risultano attualissime e suggeriscono perché lo studio dell’atmosfera e dei suoi fenomeni sia così complesso.

Heisenberg (uno dei fondatori della meccanica quantistica) in un seminario nel 1974 citò la “turbolenza” come uno dei problemi irrisolvibili della scienza moderna.

L’aria, specie la troposfera, si trova perennemente in uno stato caotico: i suoi fenomeni sono “non lineari” e quindi essenzialmente imprevedibili; la turbolenza in cui viviamo è fondamentale per la nostra esistenza e il suo comportamento è una sfida per la ricerca. In realtà il caos, cioè il disordine, è una proprietà di molti aspetti della natura, in particolare le previsioni meteorologiche così importanti per la vita quotidiana.

Per prevedere il tempo, il servizio meteorologico che fa capo all’Organizzazione Meteorologica Mondiale si serve di computer, di radar particolarmente utili per il monitoraggio e il controllo dei cicloni tropicali, inoltre vengono utilizzati satelliti che forniscono immagini nitide dei sistemi nuvolosi, consentendo di individuare le perturbazioni atmosferiche e di seguirne gli spostamenti.  Sembra facile, con questi strumenti prevedere il tempo che farà, ma non è così: nonostante tutti gli sforzi ci si può fidare di previsioni entro i due/tre giorni; oltre, l’incertezza è notevole. L’imprevedibilità è dovuta al fatto che i fenomeni meteorologici derivano dall’interazione di molti fattori, ognuno dei quali può cambiare la situazione.

Come una goccia d’acqua fa traboccare il vaso, così nell’atmosfera una piccola causa può produrre un grande effetto, situazione che viene definita dai fisici di “non linearità”.

Il clima e l'effetto serra
Il clima condiziona la nostra vita, sembra un argomento di conversazione poco impegnato, adatto a stabilire un dialogo, infatti quando si parla di clima, la maggior parte delle persone afferma: "le stagioni non sono più quelle di una volta", o ancora "fa troppo caldo, troppo freddo.."Ma è davvero così?
Teoricamente la climatologia offre una risposta scientifica, ma ancora oggi non è così sicura. In meteorologia, la parola "tempo" definisce l'insieme delle manifestazioni atmosferiche: pioggia, vento, freddo, caldo... Pur nell'ambito di un'ampia variabilità le condizioni meteorologiche di un luogo sono comprese entro valori determinati di piovosità, temperatura e così via. Nell'arco di molti anni, questi valori possono toccare limiti estremi, ma ad esempio la piovosità tipica delle foreste equatoriali, non si riscontrerà mai in un deserto.
Molti scienziati hanno dato una definizione di "clima", ad esempio per il Pinna si tratta di una risultante delle situazioni più tipiche che si ripetono più volte nel corso dell'anno e che pertanto lasciano la loro impronta nelle condizioni ambientali.
Il clima terrestre, pur essendo apparentemente stabile, e comunque mantenendosi in un "equilibrio dinamico", in realtà è sempre cambiato. La Terra sin dalle sue origini ha subito un'alternanza di periodi caldi e freddi, culminati anche da periodi glaciali, intervallati da fasi di clima temperato o caldo.
Il clima ha scolpito la superficie terrestre e ne ha condizionato la vita dei suo abitanti; già dal '700 Fourier e Carnot ritenevano che i responsabili delle variazioni climatiche fossero l'energia solare e il biossido di carbonio.
Oggi sappiamo che tutta l'energia che la popolazione ha a disposizione (tranne quella atomica) deriva direttamente o indirettamente dal Sole: l'energia emessa nell'unità di tempo è enorme, ma la Terra, a causa delle ridotte dimensioni e della distanza ne riceve al limite superiore dell'atmosfera circa 2 cal/min su una superficie di un centimetro quadrato. Questa quantità di energia non ha significative variazioni nel tempo ed è chiamata costante solare.
Contrariamente  a quanto si possa pensare, l'atmosfera non viene riscaldata direttamente dai raggi solari, in quanto essi consistono in radiazioni elettromagnetiche aventi diversa lunghezza d'onda, ma alle quali l'atmosfera è perfettamente trasparente. La quantità di radiazione solare che giunge al suolo viene in parte restituita come radiazione infrarossa che scalda l'atmosfera.
Il bilancio energetico della radiazione solare è questo: di tutta la radiazione che raggiunge la parte superiore dell'atmosfera solo il 51% riesce a raggiungere la superficie terrestre mentre il rimanente 49% viene assorbito e riflesso dall'atmosfera.
La superficie terrestre assorbe circa il 47% delle radiazioni, mentre il 4% viene riflesso sotto forma di onde lunghe ( infrarosso) le quali vengono assorbite quasi completamente dai "gas serra" presenti nell'atmosfera, che comprendono oltre all'anidride carbonica, anche metano, protossido di azoto e altri gas prodotti dalle attività umane.
Se non fossero presenti questi gas serra la temperatura sulla Terra sarebbe di circa 33°C inferiore a quella attuale.

 

Se prendiamo in considerazione lunghi intervalli di tempo, si può constatare che la temperatura media si mantiene pressochè costante, infatti il sistema Terra - atmosfera, restituisce  allo spazio la stessa energia che giunge dal Sole; questo bilancio termico varia notevolmente con la latitudine: alle basse latitudini l'energia ricevuta supera quella dissipata; alle alte latitudini accade il contrario , ma il movimento delle masse d'aria e degli oceani trasferisce il calore da una zona all'altra in modo che il bilancio termico si mantenga pressochè nullo.

Il mondo sta diventando più caldo?

L'equilibrio tra atmosfera, biosfera e idrosfera può essere perturbato con estrema facilità. Ogni cambiamento ha effetti sul clima perchè tutti i gas atmosferici partecipano ai cicli vitali e influenzano la temperatura. Tra i gas presenti nell'atmosfera, il biossido di carbonio ha subito aumenti e già dai primi del '900 veniva considerato il responsabile del riscaldamento dell'atmosfera.

Negli anni '50 Keeling propone di monitorare l'andamento del biossido di carbonio costruendo un osservatorio alle Hawai, in particolare sul Mauna Loa, in quanto " distante migliaia di Km da qualsiasi massa continentale, il suo ambiente è uno dei più puliti al mondo ed è ideale per misurare i gas atmosferici che potrebbero modificare il clima".

Dopo un solo decennio, i dati acquisiti permettono di osservare che la presenza di biossido di carbonio aumenta con un tasso dello 0,3% all'anno; nell'era preindustriale la concentrazione di biossido di carbonio era circa 280 ppm, nel 1957 circa 315 ppm e nel 2008 circa 386 ppm.

Le cause di questo aumento sono in parte naturali come le eruzioni vulcaniche, e in parte  umane quali l'uso di combustibili fossili e la deforestazione. Fortunatamente una parte viene utilizzata dalla vegetazione, dai microrganismi fotosintetici o fissati dagli organismi marini.

La Terra si sta scaldando, così come aumenta la quantità di biossido di carbonio.

Il clima però è condizionato da diversi fattori quali l'attività solare, l'attività vulcanica, i moti della Terra, quindi non è solo il biossido di carbonio il colpevole dei cambiamenti climatici.

Come sarà il clima?

Cosa accadrà nei prossimi decenni?

Questa è la domanda che tutti si pongono, ma è ancor più difficile trovare una risposta. Sappiamo che ci sono molte variabili in gioco le quali non lasciano spazio a previsioni certe. Per il XXI secolo gli scienziati prevedono un aumento di temperatura tra 1 e 3,5 °C, aumento più marcato ai poli e meno all'equatore.

Cosa accadrebbe se la Terra fose di un paio di gradi più calda?  Il problema è anche dovuto all'instabilità del sistema climatico. Una delle prime conseguenze dovrebbe essere l'intensificazione el ciclo idrogeologico, infatti i modelli prevedono un aumento globale delle precipitazioni e dell'evaporazione tra il 3 e il 15 %. Alcune regioni quindi potrebbero avere un clima più umido, altre più arido. Nell'emisfero settentironale il regime delle piogge dovrebbe comportare forti differenze stagionali, mentre nelle zone subtropicali significherà siccità più frequente  ed estesa, inondazioni frequenti e tempeste più numerose. Nelle zone aride invece, si dovrebbe assistere ad un aumento della desertificazione.

L'aumento del livello del mare come risultato dello scioglimento dei ghiacci è una delle conseguenze più accreditate. Se dovesse aumentare il livello del mare si assisterebbe ad una maggiore erosione delle coste, un rafforzamento degli uragani e l'acqua salata potrebbe contaminare le riserve idriche. Se poi il livello del mare dovesse salire oltre un certo limite gli scenari potrebbero essere apocalittici: New York, Alessandria d'Egitto e Venezia sarebbero completamente sommerse!

Ma se l'atmosfera si scalda, la copertura delle nubi dovrebbe aumentare a causa dell'evaporazione e ciò potrebbe influenzare in modo determinante anche la formazione di tifoni e uragani.

E' difficile immaginare cosa potrà accadere a livello globale, ma è forse più facile ipotizzare cosa potrà accadere su piccola scala. 

Cosa potrà succedere in Europa o meglio ancora in Italia? 

Le simulazioni numeriche indicano che la situazione dell'Europa dovrebbe essere radicalmente diversa da Nord a Sud. Le piogge nelle regioni settentrionali dovrebbero essere più abbondanti in inverno, al contrario il clima a sud sarà umido. 

Se la tendenza al riscaldamento rimarrà costante alla fine del XXI secolo i ghiacciai delle Alpi saranno quasi spariti. La regione mediterranea potrebbe assumere caratteristiche tipiche dei tropici, con una trasformazione del regime delle piogge: siccità prolungata, alternata a tempeste che scaricheranno in poco tempo quantità d'acqua che il terreno non è in grado di assorbire e quindi un maggior rischio idrogeologico.

L'aumento delle catastrofi naturali, i deficit cronici di acqua, l'alterazione del regime delle piogge e l'erosione del suolo sono una realtà e, poco cambia se "l'impronta umana" sul clima è stata individuata o no.

Altri scienziati, attribuiscono ad altri fattori i cambiamenti climatici, in paricolare l'andamento delle correnti oceaniche. Da studi effettuati sulla dinamica delle correnti oceaniche, si pensa che il sistema di circolazione dell'Atlantico settentrionale abbia due modalità di funzionamento, sostanzialmente stabili  ma con possibilità di passaggio dall'una all'altra. La Corrente del Golfo raggiunge il Mar di Norvegia rendendo mite il clima dell'Europa nord-occidentale; la sua estensione più settentrionale è  indebolita  da una diminuzione di salinità nelle acque superficiali: l'acqua meno  densa  e meno capace di inabissarsi durante il raffreddamento invernale. Se la circolazione del nord Atlandico viene rallentata, anche l'acqua calda proveniente dal Golfo del Messico sarà sempre minore. Sembra quindi che il sistema climatico regga su un delicato equilibrio che potrbbe "saltare" all'improvviso per situazioni diverse. A innescare questo cambiamento potrebbe essere tanto un accentuato scioglimento delle calotte glaciali che immette grandi quantità  di acqua freddda nell'oceano, quanto una maggiore evaporazione; in entrambi i casi il risultato è una diminuzione di salinità, meccanismo che regolala circolazione oceanica. Se la Corrente del Golfo non raggiungesse più latitudini settentrionali, le conseguenze sarebbero disastrose e le temperature scenderebbero dai 5 a 11°C.

Quindi, cosa ci dobbiamo aspettare? Il clima è caotico, dipende da molte variabili, ma non dobbiamo pensare ad una catastrofe dietro l'angolo. Ci potrebbe effettivamente essere una mitigazione piuttosto che un'accelerazione del riscaldamento globale. Perchè non provare ad essere ottimisti?  Se effettivamente provassimo a ridurre drasticamente i gas serra, se controllassimo il taglio delle foreste che provvedono ad assorbire gli eccessi di biossido di carbonio, forse ci sarebbe un contenimento del biossido di carbonio e si guadagnerebbe del tempo...... forse nulla di più.