Nel mondo della scienza e della natura esistono innumerevoli domande, dalle più comuni e insignificanti alle più composte e macchinose, che un uomo intelligente e curioso non può non porsi su ciò che lo circonda. Domande che, per secoli, sono state al centro dell'interesse dei filosofi e di tutti gli scienziati del mondo.
Oggi abbiamo scelto di rispondere a 5 domande che, apparentemente, potrebbero sembrare scontate, in quanto fanno parte della nostra quotidianità (ad esempio, perché il cielo è blu, o ancora, perché il mare e gli oceani sono salati?).
All'interno del mondo che ci circonda nulla è scontato, banale e ovvio, in quanto c'è sempre da imparare, soprattutto dalla scienza e dalla natura che ci circonda.
1. Perché il cielo è blu?
Il "colore blu" fa parte della luce visibile, appartenente alla "famigerata e nota" radiazione solare, emessa dalla nostra stella, il Sole. Gli organismi che vivono sulla superficie della Terra ne sono costantemente irradiati. La radiazione solare che giunge sulla superficie terrestre è costituita dai raggi ultravioletti, dagli infrarossi e dalla luce visibile (la parte che l'occhio umano è in grado di vedere e percepire): le componenti di quest'ultima (per esempio la luce rossa) hanno una elevata lunghezza d'onda che non le permette di interagire con le particelle atmosferiche e, conseguentemente, non si rende visibile. Al contrario, la luce blu è quella che presenta la più bassa lunghezza d'onda, che le permette di interagire con le particelle e di essere riflessa in tutte le direzioni, rendendosi visibile. Per questo motivo il cielo è blu.
E' vero che il mare è blu semplicemente in quanto riflette il colore blu che assume il cielo? Assolutamente no. Levatevi dalla testa che l'ambiente marino sia blu perché riflette il colore del cielo. Niente di più errato in questa definizione, che non ha niente di scientifico. Il mare assume il suo colore naturale, in quanto la lunghezza d'onda del blu è quella a maggior penetrazione nella massa d'acqua.
A volte il cielo sembra colorato da pigmenti, tanto sono intensi i suoi colori (ad esempio durante un tramonto). Tutto invece dipende da fenomeni ottici. La luce solare è formata da più colori, ciascuno con la sua lunghezza d'onda. Le onde più corte, viola, indaco, blu, sono diffuse meglio di quelle lunghe e danno origine al familiare color azzurro del cielo, che prevale per molte ore della giornata. Lasciando, quindi, posto al rosso solo al
tramonto, quando l'azzurro dei raggi più obliqui, è stato ormai "consumato".
2. Perché il girasole cresce verso il Sole?
Qualcuno si è mai domandati perché i girasoli crescono in direzione del Sole? E' un fenomeno che riguarda solo questa specie oppure si verifica in altre piante? Il Sole è importante per le piante perché induce la fotosintesi clorofilliana, un insieme di reazioni chimiche che producono zuccheri e ossigeno a partire da anidride carbonica e acqua: i carboidrati neoformati vengono sfruttati dalle piante per soddisfare i propri bisogni energetici.
I girasoli sono noti ai botanici con il nome scientifico di Helianthus annus e appartengono alla famiglia delle Asteraceae o Compositeae, ovvero un raggruppamento sistematico di piante che include la maggior parte delle specie di campo (margherite, girasoli, cardi, fiordalisi, tarassaci).
Perché il girasole cresce verso il Sole? Le piante producono ormoni, quali l'auxina, che è responsabile di questo fenomeno: la crescita di questa specie verso la nostra stella prende il nome di fototropismo (dal greco fos, luce e trepo, volgo). L'auxina viene distrutta o resa meno attiva dalla luce. Le cellule del fusto che sono esposte alla luce possiedono meno auxina (un ormone vegetale prodotto dal meristema apicale) e sono quindi meno stimolate a crescere.
L’auxina migrerà dall’apice del germoglio verso il lato del germogli o non colpito dalla luce. Considerando che l’auxina ha come principale effetto quello di incrementare il grado di allungamento per distensione delle cellule, la sua distribuzione asimmetrica provocherà un maggiore allungamento delle cellule rimaste “al buio” rispetto a quelle colpit e dalla luce. Per tale motivo il lato illuminato si distenderà di meno rispetto a quello rimasto al buio, per cui avremo una crescita asimmetrica ed il germoglio invece di crescere drit to risulterà piegato verso la luce.
3. Quanto è grande l'arcobaleno?
Degli spettacoli della natura, l'arcobaleno è senz'altro uno degli esempi più affascinanti e più studiati. Sin dagli albori della civiltà l'insieme di quelle fasce colorate ha incuriosito filosofi e scienziati, i quali si sono cimentati nel trovare una spiegazione a questo affascinante fenomeno naturale.
Nonostante il meccanismo di formazione dell'arcobaleno sia fondamentalmente semplice, la spiegazione completa dell'insieme delle sue caratteristiche ha richiesto non pochi strumenti matematici. Le caratteristiche fondamentali dell'arcobaleno come la forma circolare, la dispersione cromatica, l'angolo di arcobaleno etc. sono ricavabili in modo piuttosto semplice (ad esempio esso si forma principalmente dopo dei forti acquazzoni od in vicinanza di spruzzi d'acqua e necessita la presenza del sole).
L'arcobaleno è dato da una serie di rifrazioni e riflessioni dei raggi di luce che colpiscono goccioline d'acqua sospese nell'atmosfera. Non è possibile misurarlo perché le sue dimensioni dipendono sia da fattori ottici sia dalla posizione dell'osservatore. Ogni osservatore vede, infatti, un suo arcobaleno: se, guardandolo, si sposta, si accorge che anche la dimensione dell'arcobaleno cambia. Se si cercasse, camminando nella sua direzione, di raggiungerlo, in un primo momento lo si vedrebbe allontanarsi ulteriormente, per poi osservarlo scomparire del tutto.
In generale, perché i raggi luminosi dell'arcobaleno arrivino al nostro occhio e possano, quindi, essere visti, il sole deve avere un'altezza sull'orizzonte minore di 42°. Solitamente riusciamo a vedere soltanto una parte dell'arcobaleno, tanto più grande quanto più il sole è basso, e lo vediamo interamente, con la sua caratteristica forma a semicerchio, solo quando il sole è proprio all'orizzonte.
4. Perché la neve è bianca?
I fiocchi di neve sono costituiti da minuscoli cristalli che hanno una struttura stellata a sei punte e possono avere infinite forme. La neve è quindi una precipitazione atmosferica solida formata da tanti piccoli cristalli di ghiaccio. Essi possono avere tantissime forme, ma hanno sempre una forma esagonale. Questi cristalli di ghiaccio si formano nell'alta atmosfera quando il vapore acqueo ha una temperatura minore di 0°C e passa così dallo stato gassoso a quello solido.
La neve, quindi, è un miscuglio di 2 o 3 fasi: solida (ghiaccio), gassosa (aria pregna di vapore acqueo) ed eventualmente liquida (acqua). Gli scambi fra queste fasi sono permanenti e molto importanti in quanto controllano la metamorfosi della neve. Di conseguenza ciò che si chiama neve non rappresenta un materiale ben definito, ma una miscela di sostanze, aria ed acqua in diverse fasi, le cui caratteristiche possono variare in modo considerevole.
Quando la radiazione solare raggiunge la Terra, parte dell’energia è assorbita dalla sua superficie, mentre la restante parte è riflessa e ritorna indietro nell’atmosfera. La luce si propaga come un'onda e ciò che noi percepiamo come bianco è in realtà un mix di colori e, ognuno, possiede una lunghezza di onda diversa. L'albedo di una superficie è la frazione di luce o, più in generale, di radiazione incidente che viene riflessa: indica, dunque, il potere riflettente di un'area (e quindi non utilizzata).
L’albedo dipende dal colore e dalla composizione della superficie irradiata. Una superficie con un’alta albedo ha un’alta capacità riflettente. La neve pulita ha un’elevata albedo, perciò riflette un’alta percentuale di energia luminosa incidente (entrante). Le superfici scure hanno una bassa albedo, perciò assorbono più energia rispetto a quella che riflettono (ad esempio, albedo neve 95%, albedo deserto 30%, albedo vegetazione 25%, albedo terreno scuro 10% e albedo acqua 5%).
L'albedo massima è 1, quando tutto la luce incidente viene riflessa. L'albedo minima è 0, quando nessuna frazione della luce viene riflessa. In termini di luce visibile, il primo caso è quello di un oggetto perfettamente bianco, il secondo di una superficie nera. Valori intermedi significano situazioni intermedie.
5. Perché il mare e gli oceani sono salati?
Mediamente un litro di acqua marina contiene 35 grammi di sali: la salinità media è quindi del 35‰ (per mille). Tra questi prevale il cloruro di sodio (NaCl), cioè il comune sale da cucina. Nell'acqua degli oceani sono presenti numerosi altri sali: i principali sono il cloruro di magnesio (MgCl2), il solfato di sodio (Na2SO4) e il solfato di potassio (K2SO4).
L’acqua di mare viene continuamente riciclata: ogni anno lo strato superficiale dei mari evapora nell’aria, entra in circolazione nelle varie perturbazioni, ricade sugli oceani e sulla terra sotto forma di pioggia e neve. Di queste precipitazioni il 76% ricade sui mari e il 24% sui continenti. Una buona parte che scende sui continenti scorre in torrenti e fiumi raccogliendo tutto ciò che si può sciogliere, principalmente i sali esistenti nel terreno e nelle rocce.
Il processo di produzione e aumento della concentrazione salina è regolato, principalmente, dall'azione dei fiumi sulla terraferma: hanno eroso per milioni di anni le rocce che hanno attraversato, trasportando i sali verso mari e oceani e contribuendo, in modo marcato, all'aumento della salinità.
Un altro fattore che entra in gioco è il ciclo dell'acqua: l'evaporazione di un bacino, causata da elevate temperature, fa depositare una buona quantità di sali sul fondale, incrementandone le concentrazione. I mari e gli oceani non assumono, in valore, la stessa quantità di ioni. Generalmente, la salinità cambia al variare dalla temperatura delle masse d'acqua: quelli freddi risultano più dolci. In corrispondenza delle fasce tropicali gli oceani sono più salati: il Sole è più caldo e l'acqua evapora facilmente, depositando sali.
Il Mar Rosso e il Mediterraneo sono piuttosto isolati e infatti hanno una concentrazione di sale più alta della media. Le maggiori concentrazioni di sali si registrano nel Mar Morto che contiene circa 290-350‰, che corrispondono a 350 grammi di sale per litro (a causa dell'elevatissima salinità non può essere abitato da pesci e alghe).
