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Siamo circondati da misteri - Estratto da "La Quarta Fase dell'Acqua"

di Gerald Pollack 11 mesi fa


Siamo circondati da misteri - Estratto da "La Quarta Fase dell'Acqua"

Leggi in anteprima un estratto dal libro di Gerald H. Pollack

Un giorno, due dei miei studenti attraversarono di corsa l'aula per mostrarmi, becher alla mano, un fenomeno inaspettato. Sfortunatamente, ciò che avevano scoperto scomparve prima che potessi vederlo ma non si era trattato di un caso. Il giorno dopo, infatti, il fenomeno si ripresentò e fu subito chiaro perché gli studenti erano molto emozionati: avevano assistito a qualcosa di inspiegabile legata all'acqua.

 

Indice dei contenuti:

Il corpo umano: un contenitore d'acqua

L'acqua ricopre gran parte della terra, è diffusa ovunque nell'atmosfera ed è presente nelle vostre cellule in misura maggiore di quanto possiate pensare. Due terzi del volume delle vostre cellule è composto da acqua; ma le molecole d'acqua sono così piccole che se doveste contare ogni singola molecola del vostro corpo scoprireste che il 99% di esso è rappresentato da molecole d'acqua. Tutte queste molecole vanno a costituire i 2/3 del volume. I vostri piedi, insomma, portano a spasso un enorme contenitore pieno quasi esclusivamente di molecole d'acqua.

Cosa sappiamo di queste molecole? Gli scienziati le studiano ma, difficilmente, si occupano dei vasti aggregati di molecole d'acqua presenti nei becher: di solito si concentrano sulla singola molecola e dintorni sperando di comprendere dalle proprie osservazioni alcuni fenomeni osservabili su larga scala. Si cerca di comprendere il comportamento osservabile dell'acqua ovvero come si comportano "socialmente" le molecole.

Siamo realmente in grado di comprendere il comportamento sociale dell'acqua?

Poiché l'acqua è ovunque, si può ragionevolmente presumere che il suo comportamento sociale sia stato del tutto compreso. Ora, però, vi sfiderò a confermare questa diffusa credenza. Di seguito vi presenterò una serie di osservazioni quotidiane e alcune semplici osservazioni di laboratorio. Provate a spiegarle voi; se ci riuscite, io avrò perso e voi potrete smettere di leggere questo libro. Se le spiegazioni restano elusive anche dopo aver consultato le numerose fonti a disposizione, vi chiedo di rimettere in discussione l'idea preconcetta secondo cui sappiamo tutto quello che c'é da sapere sull'acqua.

lo penso che non sia cosi. Ora vediamo come ve la cavate.

Misteri della realtà quotidiana

Ecco 15 osservazioni empiriche quotidiane. Siete in grado di spiegarle?

  • Sabbia bagnata vs sabbia asciutta. Quando camminate nella sabbia asciutta sprofondate molto di più di quando calpestate la sabbia bagnata sulla battigia. La sabbia bagnata è così compatta che potete usarla per costruire robusti castelli o grandi sculture di sabbia. L'acqua, evidentemente, fa da collante. Ma come fa esattamente l’acqua a incollare insieme i granelli di sabbia? (Vi svelerò la risposta nel Capitolo 8.)
  • Le onde dell'oceano. Generalmente, le onde si disperdono dopo aver percorso una distanza relativamente breve ma le onde degli Tsunami possono circumnavigare la Terra diverse volte prima di iniziare ad esaurirsi. Perché sono in grado di percorrere distanze cosi grandi? (Lo scoprirete al Capitolo 16.)
  • I dessert alla gelatina. I dessert a base di gelatina sono composti quasi totalmente d'acqua e, quindi, ci si aspetterebbe che l'acqua scivoli via ma questo non accade. Anche i gel, composti dal 99,95% di acqua, non colano. Perché tutta quest'acqua non si disperde? (Leggete i Capitoli 4 e 11.) Pannolini. Come i gel anche i pannolini sono in grado di trattenere grandi quantità d'acqua: più di 50 volte il loro peso di urina e più di 800 volte il loro peso di acqua. Come fanno? (Per saperlo andate al Capitolo 11.)
  • La scivolosità del ghiaccio. I solidi non scorrono l'uno sull’altro tanto facilmente. Pensate alle vostre scarpe su una strada di collina: l’attrito vi impedisce di scivolare. Se però la strada è ghiacciata, dovrete fare molti sforzi per non cadere con la faccia a terra. Perché il ghiaccio si comporta diversamente dagli altri solidi? (La spiegazione è al Capitolo 12.)
  • Il gonfiore. Un vostra amica si rompe una caviglia durante una partita di tennis: in un paio di minuti la caviglia si gonfia raddoppiando di volume. Perché l'acqua affluisce così rapidamente alla ferita? (Il Capitolo 11 offre una risposta.)
  • Congelare l'acqua calda. Una volta, durante una lezione di cucina, un precoce studente di scuola media osservò uno strano fenomeno: la base in polvere per gelato congelava più rapidamente aggiungendo acqua tiepida anziché fredda. Questa paradossale scoperta è diventata famosa. Come è possibile che l'acqua calda congeli più rapidamente di quella fredda? (Soluzione nel Capitolo 17.)
  • L'acqua ascendente. Le foglie hanno sempre sete e, per compensare le perdite dovute all'evaporazione, piante e alberi richiamano l'acqua dalle radici attraverso stretti canali. Secondo la spiegazione comunemente accettata, la sommità di questi canali esercita una forza di attrazione nei confronti dell'acqua sottostante. Nel caso di piante alte 100 metri, però, non è così semplice: il peso dell'acqua accumulata in ogni capillare sarebbe sufficiente a spezzare la colonna e, una volta spezzata, essa non è più in grado di trasportare acqua dalle radici alle foglie. Come fa la natura a evitare questo problema? (Potete scoprirlo nel Capitolo 15.)
  • Acqua che rompe il cemento. I marciapiedi di cemento possono essere fessurati dalle radici degli alberi ma le radici contengono soprattutto acqua. Come è possibile che siano in grado di esercitare una pressione tale da sollevare e spaccare il cemento? (Date uno sguardo al Capitolo 12.)
  • Goccioline su una superficie. Su alcune superfici le goccioline d'acqua sì raccolgono in gocce più grandi, su altre si allargano. Il coefficiente di espansione (spreading) è, infatti, un criterio utilizzato per classificare le superfici. La classificazione, però, non spiega perché le goccioline sì espandono e fino a che punto. Quali sono le forze che causano l'espansione di una gocciolina d'acqua? (Andate al Capitolo 14.)
  • Camminare sull'acqua. Magari vi è già capitato di guardare dei video sulle "lucertole di Gesù Cristo" in grado di camminare sulla superficie degli stagni scorrazzando da una riva all'altra. Secondo una spiegazione plausibile, il fenomeno è causato dall'elevata tensione superficiale dell'acqua ma, se la tensione superficiale dipendesse esclusivamente da pochi strati di molecole, essa sarebbe molto debole. Cosa c'è nell'acqua (o nella lucertola) che rende possibile questo fenomeno di biblica reminescenza? (Per saperlo basta leggere il Capitolo 16.)
  • Nuvole isolate. Il vapore acqueo viene prodotto ininterrottamente dalle immense masse d'acqua oceaniche e, quindi, dovrebbe essere ovunque. Spesso, tuttavia, notiamo la formazione di nuvole isolate, bianche e tondeggianti che risaltano nel cielo azzurro (Fig. 1.2). Qual è la forza che dirige il vapore acqueo diffuso nell'atmosfera verso queste zone specifiche? (L'argomento è affrontato nei Capitoli 8 e 15.)
  • Articolazioni che non scricchiolano. Anche se vengono piegate a fondo, di solito le ginocchia non scricchiolano. Il motivo è che l'acqua fornisce un'eccellente lubrificazione dello spazio tra le ossa (per la precisione, tra gli strati cartilaginei che rivestono le ossa). Qual è la caratteristica dell'acqua che riduce al minimo l'attrito? (Date un'occhiata al Capitolo 12.)
  • Ghiaccio. La maggior parte delle sostanze si contrae quando viene raffreddata. Anche l'acqua lo fa ma solo fino a 4°C; al disotto di questa soglia l'acqua inizia ad espandersi, soprattutto quando passa allo stato di ghiaccio. È per questo che il ghiaccio galleggia. Cos'ha di speciale la temperatura di 4°C e perché il ghiaccio è meno denso dell'acqua? (La risposta è al Capitolo 17.)
  • La consistenza dello yogurt. Perché lo yogurt è così compatto? (Andate al Capitolo 8.)

1.2. Misteri di laboratorio

Di seguito vi esporrò delle semplici osservazioni di laboratorio iniziando da quella fatta dai due studenti che sono corsi a mostrarmi la loro scoperta.

Il mistero delle microsfere migranti

I miei studenti avevano condotto un semplice esperimento versando in un becher pieno d'acqua una manciata di minuscole sfere chiamate "microsfere". Hanno agitato la sospensione per amalgamare bene i componenti e, dopo aver coperto il becher per ridurre al minimo l'evaporazione, sono andati a casa a dormire. Il giorno dopo sono tornati per esaminare il risultato.

Secondo l'opinione comune non sarebbe dovuto accadere nulla di particolare a parte la formazione di un leggero sedimento sul fondo del becher. La sospensione sarebbe dovuta risultare uniformemente torbida come accade quando si versano delle gocce di latte nell'acqua e si agita energicamente il contenitore.

La sospensione, in effetti, era uniformemente torbida (quasi ovunque) tranne che in un punto. Verso il centro del becher si notava distintamente una zona cilindrica di aspetto limpido che si era inaspettatamente formata estendendosi dalla superficie al fondo del contenitore (Fig. 1.3). La limpidezza indicava che al suo interno non c'erano microsfere: una forza misteriosa aveva spinto le microsfere al di fuori dell'area centrale, verso la periferia del becher. Se avete visto "2001: Odissea nello spazio", e ricordate lo stupore delle scimmie alla vista del monolito, avrete un'idea di come siamo rimasti a bocca aperta. Ci trovavamo di fronte a qualcosa di straordinario.

Fino a quando le condizioni iniziali venivano mantenute entro un ben definito range, eravamo in grado di far comparire le zone cilindriche limpide ogni volta che volevamo. La domanda è; cosa produce l'inaspettata migrazione delle microsfere lontano dal centro? (Troverete la spiegazione al Capitolo 9.)

Il ponte fatto d'acqua

Un altro curioso fenomeno da laboratorio, il cosiddetto "ponte d'acqua", collega l'acqua attraverso lo spazio tra due becher di vetro. Anche se si tratta di un fatto strano noto ormai da secoli, Elmar Fuchs e i colleghi sono stati i primi a proporne una versione moderna che ha riscosso interesse in tutto il mondo.

La dimostrazione consiste nel riempire fin quasi all'orlo due becher e posizionarli l'uno accanto all'altro con i bordi che si toccano. Immergendo in entrambi i contenitori un elettrodo, viene creata una differenza di potenziale dell'ordine di 10 kV. Immediatamente parte dell'acqua sale all'orlo e forma un ponte fino all'altro becher. Una volta che il ponte si è formato, è possibile allontanare lentamente i due becher e il ponte non si spezza anzi continua ad estendersi anche quando i bordi dei due contenitori sono distanti parecchi centimetri (Fig. 1.4).

La cosa sorprendente è che il ponte sospeso non si piega ma si mantiene rigido come se fosse di ghiaccio anche se l'esperimento è condotto a temperatura ambiente.

Vi sconsiglio di provare a riprodurre questo esperimento ad alto voltaggio, a meno che non vi consideriate immuni dalle folgorazioni. Meglio guardare un video, non crederete ai vostri occhi. La domanda è; cosa tiene sospeso il ponte d'acqua? (La soluzione è al Capitolo 17.)

La goccia d'acqua galleggiante

L'acqua dovrebbe fondersi immediatamente con l'acqua. Se, però, lasciamo cadere delle goccioline d'acqua da un tubo stretto posizionato al di sopra di un piatto riempito di acqua, noterete che le goccioline galleggiano sull'acqua, per un po', prima di dissolversi (Fig. 1.5) restando, a volte, in sospensione anche per decine di secondi. Ciò che appare ancora più paradossale è che non si dissolvono indipendentemente le une dalle altre ma in una successione di spruzzi nell'acqua sot-tostante^ Sembra che si dissolvano seguendo una danza programmata.

In natura è possibile osservare delle goccioline d'acqua galleggianti: basta sapere dove guardare. Un momento favorevole è, ad esempio, appena dopo la pioggia, quando l'acqua cade da un ripiano aH'interno di una pozzanghera o dal parapetto di una barca a vela nel lago sottostante. Le stesse gocce di pioggia, a volte, galleggiano quando toccano diretta-mente l'acqua che si trova a terra. La domanda è scontata: se l'acqua tende a mescolarsi naturalmente con l'acqua, cosa ritarda il naturale fenomeno della coalescenza? (Capitoli 13 e 16.)

La scarica di Lord Kelvin

La Figura 1.6 illustra, infine, un altro grattacapo. L'acqua fatta scendere da una bottiglia capovolta o da un semplice rubinetto viene divisa in due diramazioni. Le gocce cadono da ognuno dei due tubi passando attraverso degli anelli di metallo per cadere poi in contenitori di metallo. Gli anelli e i contenitori sono collegati con fili elettrici incrociati come mostrato in figura. Due sfere metalliche, collegate a ognuno dei contenitori attraverso un piccolo tubo di metallo, vengono poste una di fronte all'altra lasciando uno spazio d'aria (traferro) di diversi millimetri tra le due sfere.

L'esperimento, originariamente concepito da Lord Kelvin, produce un risultato sorprendente: una volta sceso un certo numero di gocce si inizia a sentire un crepitio e, appena dopo, un lampo viene scaricato nello spazio d'aria tra le due sfere accompagnato da uno schiocco udibile.

La scarica elettrica avviene solo se si viene a creare una notevole differenza di potenziale elettrico tra i due contenitori. Questa differenza può facilmente raggiungere i 100.000 volt, a seconda dell'ampiezza del traferro; la netta separazione di cariche necessaria per creare la differenza di potenziale, tuttavia, è prodotta da una sola sorgente d'acqua.

Costruire uno di questi bizzarri strumenti a casa è possibile ma guardare l'esperimento in un video è molto più semplice. Un bell'esempio è il filmato in cui il Professor Walter Lewin mostra la scarica a una classe di intimorite matricole del Massachussets Institute of Technology (M\T) e poi assegna agli studenti come compito a casa la spiegazione del fenomeno. Riuscite a spiegare come una singola sorgente d'acqua sia in grado di indurre questa netta separazione di cariche? (Per saperne di più, leggete il Capitolo 15.)

Cosa ci insegnano questi misteri

I fenomeni presentati nei paragrafi precedenti non sono facili da spiegare; persino degli esperti del comportamento dell'acqua di mia conoscenza non sono in grado di fornire risposte esaurienti e di spingersi oltre le spiegazioni più superficiali. Qualcosa, evidentemente, sfugge alla nostra comprensione perché se così non fosse i fenomeni potrebbero essere spiegati facilmente.

Desidero sottolineare ancora una volta che non ci stiamo occupando dell'acqua a livello molecolare ma di un insieme di molecole d'acqua. Ciò che non riusciamo ancora a comprendere è l'interazione delle molecole d'acqua con altre molecole d'acqua; il comportamento "sociale" dell'acqua.

Il comportamento sociale è l'ambito di indagine di sociologi e medici specialisti dai quali possiamo imparare molto. Un amico psichiatra una volta mi ha detto che per comprendere il comportamento umano bisognerebbe concentrarsi sugli individui eccentrici e stravaganti. Secondo lui, i loro comportamenti estremi sono di grande aiuto per interpretare i comportamenti più sfumati del resto della popolazione. È possibile applicare in questa sede lo stesso ragionamento: i casi precedentemente illustrati mostrano delle situazioni in cui l'acqua esibisce comportamenti sociali "estremi" e, quindi, fornisce degli indizi per comprendere i comportamenti più comuni delle molecole d'acqua.

Così, anziché ignorare la nostra capacità a spiegare questi fenomeni, possiamo utilizzare quest'ultimi per gli indizi che ci offrono: trasformiamo uno svantaggio in un vantaggio. Una volta arrivati ai capitoli centrali del libro incontrerete molti esempi di questo modo di procedere.

Il prossimo capitolo offre un utile background di conoscenze illustrando ciò che già conosciamo sul comportamento sociale dell'acqua e ciò che non sappiamo ma, soprattutto, punta l'attenzione sui sorprendenti motivi per cui sappiamo così poco riguardo alla sostanza più diffusa sulla Terra.

La Quarta Fase dell'Acqua

Oltre la forma liquida, solida e gassosa

Gerald Pollack

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Gerald Pollack

Gerald Pollack è fondatore della rivista scientifica Water, è conosciuto in tutto il mondo per essere un grande comunicatore e uno scienziato impegnato a sfidare i dogmatismi che impediscono di cogliere la realtà dei fatti ed è riconosciuto come...
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