Cercando tracce di vita (batterica) nell'universo (...Marte!)

IL PRESENTE ARTICOLO PARTECIPA ALLA 20a EDIZIONE

 DEL CARNEVALE DELLA CHIMICA

 "CERCANDO TRACCE DI VITA NELL'UNIVERSO

C’è vita nell’universo? Questa domanda è da considerarsi a tutti gli effetti il dubbio principale del XXI secolo. Non è ancora possibile fornire una risposta esaustiva, per questo mi limiterò una spiegazione parziale: tenterò di descrivere alcuni risultati ottenuti dalle molteplici sonde inviate su Marte nel corso dell’ultimo decennio. Per onestà intellettuale non citerò nessuno dei risultati forniti dalla sonda Curiosity, poiché, oltre ad essere pochi, sono ancora oggetto di studi ed approfondimenti e per questo non costituiscono dati certi su cui basarsi.

“Ammonia on Mars could mean life” Titolava così un articolo apparso  sul sito della BBC News a firma del  Dr David Whitehouse che commenta alcuni dati che ci arrivano direttamente da Marte…

È possibile che sia stata rinvenuta la presenza di ammoniaca nell’atmosfera di Marte: la sua firma spettrale è stata provvisoriamente captata dai sensori a bordo dell'Agenzia Spaziale Europea orbitante Mars Express.

Bhe? E dove starebbe la notizia sensazionale?!?

L’Ammoniaca sopravvive solo per un breve periodo di tempo nell'atmosfera di Marte. Ora, se davvero venissero confermate le indagini “preliminari” e se quindi si accertasse la reale presenza di ammoniaca, ne conseguirebbe che questa deve essere costantemente prodotta. L'ammoniaca potrebbe originarsi da Vulcani attivi, dei quali non è ancora stata individuata alcuna traccia sul suolo del pianeta rosso, oppure dai… BATTERI!!!

Ma procediamo per gradi... Come è stata rilevata la presenza di ammoniaca su Marte? 

attraverso lo strumento detto "PFS" ben descritto  sul sito internet dell' UNIPATHENOPE:

 Lo strumento Planetary Fourier Spectrometer  è un interferometro infrarosso indirizzato allo studio dell’atmosfera e della superficie marziana. Lo strumento è parte del carico scientifico della missione ESA Mars Express (MEX) che raggiungerà Marte nel Gennaio del 2004. PFS è uno spettrometro di Fourier a doppio pendolo capace di misurare radiazione infrarossa compresa nell'intervallo da 1.25 µm a 50 µm, suddiviso in due canali ricettivi: 1.2-5 µm il canale Short Wavelength (SW) e 5-45 µm il canale Long Wavelegth (LW). 

Lo strumento PFS

E cosa si può/come si può "vedere" con questo strumento?

l'atmosfera

a) il monitoraggio globale e temporale del campo tridimensionale delle temperatura nella bassa atmosfera (dalla superficie fino a 40 km);

b) le misure delle variazioni dei costituenti minori (ad es. vapor d'acqua);

c) la ricerca di possibili altri costituenti atmosferici minori (come metano e zolfo possibili indicatori di attività biologica o vulcanica)

e) lo studio delle proprietà ottiche degli aerosoli: nubi di polvere, di ghiaccio, foschie;

la superficie

a) studio dell'inerzia termica attraverso le variazioni giornaliere della temperatura superficiale;

b) determinazione delle restrizioni sulla composizione mineralogica dello strato superficiale;

c) determinazione della natura dei condensati superficiali e variazioni della loro composizione;

d) processi di scambio fra atmosfera e superficie.

Dopo questo doveroso approfondimento, torniamo ai risultati delle osservazioni.

Il Professor Vittorio Formisano, ricercatore principale del progetto PFS, durante un'intervista spiega che Il PFS è sensibile alla radiazione nella regione spettrale di 1,2 - 5 micron e 5-50 micron, una regione ricca di molecole rilevanti (come acqua e anidride carbonica). In questa regione spettrale, è stata rilevata una linea spettrale a 10 micron di ammoniaca.

Finora il PFS ha osservato un impoverimento di anidride carbonica e un arricchimento di vapor d'acqua su alcuni dei grandi vulcani spenti su Marte, ma è l'individuazione di composti minori, possibile grazie ai sensori ad alta risoluzione, che sta suscitando eccitazione nel mondo scientifico.

L'ammoniaca, come già anticipato, non è una molecola stabile nell'atmosfera marziana. Se non fosse stata generata in continuazione in qualche modo, sarebbe rimasta solo poche ore prima di svanire. 

Una possibilità che gli scienziati hanno voluto escludere è che l'ammoniaca provenisse dagli airbag della fallita missione Beagle 2.:Sono state condotte infatti accurate analisi che hanno potuto dimostrare che la distribuzione dell'ammoniaca sospetta non è coerente con questa ipotesi.

Il tentativo di rilevare ammoniaca nell'astmosfera di Marte si motiva con la scoperta, effettuata in precedenza della presenza di metano sul pianeta rosso. Il metano è un altro gas con una possibile origine biologica.

L'importanza della scoperta dell'ammoniaca è che è un composto di azoto e idrogeno, dato che l'azoto è
raro in ambiente marziano, la presenza di ammoniaca può indicare che la vita microbica marziana è effettuata in funzione dell’accaparramento di esso, magari proprio sottoforma di ammoniaca utilizzata come "riserva".

Come vi avevo già anticipato, dopo aver letto questo articolo, non potremo rispondere si o no alla domanda iniziale, ma quantomeno potremo dirci più o meno scettici su certe idee "scientifiche" che circolano sui media!.

Un grazie in particolare a Michele, Paolo, Nicola e Bruno per i consigli circa la stesura di questo articolo!

Chimica e Fisica, un LEGAME indissolubile!!!

Prima di iniziare a mangiare la ciccia di questo articoletto è utile fare un aperitivo di “basi” di chimica.

• Tutte le molecole sono composte da unità fondamentali chiamati atomi; 
• Tutti gli atomi che formano una molecola, sono legati tra di loro con particolari “fili” chiamati legami; 
•  Questi “fili” possono hanno lunghezze diverse misurate in angstrom (10^-10 metri) 
• La lunghezza dei legami intermolecolari tra un atomo e l’altro è quasi sempre costante (un carbonio si lega ad un atomo di idrogeno sempre con un legame lungo minimo 1,06 massimo 1,12 Å; mentre con l’atomo di alluminio si lega sempre con un legame lungo 2,24 Å ecc.. );

Avendo ben chiari questi aspetti, (in caso contrario potete rivederlo meglio qui, qui, e qui...) Iniziamo a mettere sotto ai denti qualcosa di “solido”...

Grazie ed un grandissimo fisico, Louis de Broglie, si arrivò (dopo una innumerevole serie di passaggi scientifici) a dire che gli atomi erano tutt’altro che fermi, anzi, vibravano alla grande! Ovviamente, sempre nell’intorno della loro posizione di equilibrio e in maniera impercettibile. 

Anche gli atomi di una molecola vibrano, di conseguenza anche il legame di una molecola che lega questi atomi, sebbene “frenandoli” un po’ deve assecondare questa loro vibrazione. Il legame come ce lo si era immaginato fino a quel momento, quindi, non poteva soddisfare questa condizione. Fu così che i fisici consigliarono ai chimici una nuova  “visione”:

- e se anziché vederlo come un bastoncino rigido, lo vedessimo come una molla?-

 

Si, avete letto bene, una molla! Perché no? Una molla che mantiene uniti i due atomi, non facendo venir meno il concetto di “legame”, ma che è anche in grado di dare quella libertà che basta agli atomi stessi di vibrare.

? Ma tutto questo cosa c'entra con i legami, con la chimica e con la fisica?

Calma calma, ora ci arriviamo.

La visione del legame come una molla, comporta il fatto che questo legame possa allungarsi e accorciarsi, proprio come una molla normale, semplice no?

Apparentemente si, approfondendo un po' il discorso noterete che la semplicità scema per lasciare posto, non alla difficoltà ma alla precisione.

Essendo equiparato ad una molla anche per i legami esiste:

•   Uno stiramento massimo che il legame può raggiungere. Potremo allontanare due atomi fino ad un certo punto e non all'infinito, ovvero potremo allontanarli finché il legame-molla non raggiunge il suo limite di deformazione elastica;
• Una compressione minima che il legame può raggiungere. Potremo avvicinare due atomi fino ad un certo punto, ovvero finché il legame-molla non raggiunge il suo limite di compressione; 
•  Una posizione di equilibrio per la quale il legame-molla, si trova “a riposo”.

Mentre per le molle vere e proprie questi “limiti” è possibile verificarli anche sperimentalmente, per i legami è un po' più difficile, ma non impossibile...

Da cosa dipendono questi limiti? Per le molle, ovviamente dal materiale che si “appende” o dalla forza di compressione che si esercita all'estremità. Per quanto riguarda i legami questi limiti dipendono, di fatto, da un solo fattore: il tipo di atomo posti alle estremità di questo.

Mai come in questo caso, fisica e chimica si sono fuse e mutualmente scambiate informazioni. Il nostro punto di incontro si chiama “potenziale di Morse”, dal nome del fisico statunitense Philip M. Morse. Questo potenziale è un conveniente modello per rappresentare il comportamento dell'energia potenziale di una molecola biatomica e, in generale, ci viene in soccorso per capire in maniera semplice ma corretta come mai il legami fra due atomi sono proprio di quella lunghezza e non di un’altra e solitamente costante.

Morse, basandosi su quanto in maniera un po' confusa ho presentato fino ad adesso, stabilì che il legame inteso come una molla, altri non è che un oscillatore armonico quantistico.

Pertanto due atomi possono essere posti a diverse distanze tra di loro, dal molto distante (per non parlare dell'infinitamente distante) al molto vicino.

Più due atomi sono lontani maggiore è la possibilità che si superi il “limite di deformazione elastica” e il legame si “rompa” (coppie di atomi spostati a dx del grafico) Più due atomi sono vicini, maggiore è la possibilità che si superi il limite di compressione del legame e quindi il legame nemmeno si formi (a causa della repulsione di carica). Due atomi messi ad una determinata distanza, fanno verificare la situazione di equilibrio del legame. Mettendo questi punti su un grafico cartesiano otteniamo una curva più o meno così:

Nel punto in cui la curva forma una sorta di cuspide si ha l'equilibrio e quindi il legame-molla si forma. Spostandosi verso destra lungo la curva il legame si “disgrega” per un eccessivo allontanamento degli atomi, spostandosi invece verso sx, la disgregazione avviene per un eccessivo avvicinamento e quindi per repulsione.

Di seguito si può osservare un grafico in cui vengono confrontati gli andamenti della curva di Morse e la curva teorica dell'oscillatore armonico.

Abbiamo finalmente capito (spero!) grazie alla fisica e alla chimica,  perché  i legami si formano e soprattutto perché hanno sempre (circa!!!) la stessa lunghezza!!!

Abbiamo anche gettato le basi per iniziare a capire il funzionamento della spettroscopia IR, ma questa è un'altra storia...

Carnevale della chimica#19 la chimica del suolo: I FERTILIZZATI, ovvero come tutto ebbe inizio...

Con l'avvento della “nuova” società, dalla seconda metà del XIX secolo, anche in agricoltura, come già avvenne tempo prima per l'industria e l'economia, entra prepotentemente nella scena la "rivoluzione della chimica". Il “fare profitto” e “produrre massivamente”, però, non si accompagnava al settore rurale, sopratutto in ambiti, come l'Italia, in cui l'arretratezza delle tecnologie contadine si faceva sentire in maniera pesante. Si rese perciò necessario introdurre anche in questo settore degli “espedienti” che potessero migliorare di molto la “resa” dei terreni e dei campi.

Di certo la rotazione triennale dei campi, basata fondamentalmente sulla fissazione dell'azoto ad opera di batteri e piante sopratutto leguminose, non rappresentava un cavallo da battaglia per la creanda coltivazione intensiva. Subito si capì che era necessario ricorrere ad altri metodi per fertilizzare i suoli in maniera massiva e molto più efficiente. Il primo ad intuire ed interpretare questo “bisogno” dei terreni fu Justusvon Liebig, un chimico (...te pareva!) tedesco dalla storia moltocuriosa. Chimico di formazione, ma anche biochimico, biologo e agronomo  per necessità ed intelletto, fu proprio questo curioso personaggio che intuì per primo la necessità di “introdurre” azoto nel terreno al fine di renderlo più fertile e di rimbalzo più produttivo. Tutta la scienza agronomica si orientò quindi verso questo “dogma” presentato da Liebig. 

Il problema che nacque subito dopo fu la maniera di reperire l'azoto, al fine di trasformarlo con alcuni processi chimici ed ottenere il necessario per produrre fertilizzati agricoli. Mai come in questo caso si addice il proverbio per cui “si fa di necessità virtù”. Tutto il mondo agronomico, come era prassi fare si rivolse alla chimica per trovare una soluzione. Fu così che alcuni chimici iniziarono a rispolverare una parte di lavori svolta dal grandioso Cavendish, il quale nel 1781 bruciando idrogeno in aria, ottenne l'acqua sintetica che conteneva sensibili quantità di acido nitrico.  Nel 1786, sempre l'inglese, facendo scoccare rapidamente delle scintille elettriche, ottenute con l'ausilio di una macchina elettrostatica, in un recipiente contenente aria e un eccesso di ossigeno, constatò che tutto l'azoto presente nell'aria si era combinato con l'ossigeno. 

Fra questi chimici ve ne fu uno di particolare rilievo, inglese anch'esso, sto parlando di William Crookes. Crookes, con l'energia elettrica, ci sapeva fare, e la conosceva molto bene, per questo motivo, non gli fu difficile, constatare nel 1892, riprendendo le osservazioni di Cavendish, che l'azoto si combina perfettamente con l'ossigeno mediante l'impiego di un arco voltaico. Ottimo!, si pensò, il modo di produrre azoto industrialmente è nostro! Ottimo, ma un po' meno di ottimo, perchè si pose il grandissimo problema che, ai fini “laboratoriali” l'arco voltaico era facile e non dispendioso da produrre, ma la resa era davvero bassa, per traslare il processo dalla piccola alla grande scala era necessaria una grandissima quantità di energia elettrica.
Persino Walther Hermann Nernst ( si... quello dell'equazione e del filamento...) trovò la strada sbarrata alla produzione dell'azoto quando nel 1896 la ditta Siemens-Halske di Berlino tentò un'applicazione industriale del processo, senza riuscirvi. Ma del resto si sa, nelle scienze e nella chimica sopratutto le componenti necessarie sono l'accuratezza, il genio, la pazienza. Quest'ultima fu di grande importanza, perchè nel 1905, con lo sviluppo di nuove tecnologie, due norvegesi, il professor Byrkeland e l'ingegner Eyde: nel maggio di quell'anno, a Notodden, misero in funzione uno stabilimento che produceva HNO₃, e da quello sostanze azotate, a partire dall'aria.

Il ragionamento e le reazioni chimiche alla base di tutto sono i seguenti:

1. L'aria è un miscuglio di azoto (78%) e ossigeno (21%);
2. Sfruttando l'arco voltaico è possibile combinare azoto e ossigeno per formare ossido nitrico;
3. L'ossido nitrico poi reagisce ancora con ossigeno per dare biossido di azoto;
4. Il biossido di azoto, assorbito in acqua, dà acido nitrico.

Il forno Byrkeland-Eyde per l'ossidazione dell'azoto atmosferico consisteva in un grosso tamburo di materiale refrattario (chamotte) rivestito di lamiera di ferro, Al centro del quale sono affacciate a circa 10 mm le estremità di due elettrodi cavi di rame, Tra gli elettrodi si produce un arco voltaico, alla tensione di 5000 V alternati, che sotto l'azione di due potenti elettromagneti viene allargato in forma di disco, chiamato sole elettrico, dal diametro di circa due metri. L'aria atmosferica aspirata entra nella camera del forno, costretta ad attraversare l'arco elettrico ad altissima temperatura (3000°C). Parte dell'azoto si combina con l'ossigeno per dare l'ossido nitrico. I gas in uscita dal forno vengono raffreddati per evitare la decomposizione di NO in azoto e ossigeno; successivamente NO era ossidato a NO₂, veniva poi introdotto in torri di assorbimento di granito riempite di quarzo nelle quali pioveva acqua per formare l'acido.

 (CHIEDO DAVVERO PERDONO PER LA TAMARRAGGINE DI QUESTO VIDEO, ma bisogna riconoscere che si vede davvero bene il sole elettrico e l'acido nitrico nascente!)

Secondo quanto descritto, le reazioni sono

• N₂ + O₂ → 2NO
• 2NO + O₂ → 2NO₂
• 3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO

Si arrivò in questo modo a produrre acido nitrico, ovvero azoto disponibile per il terreni da fertilizzare. Successivamente l'acido nitrico veniva fatto reagire con sali contenti sodio, al fine di ottenere il sale Nitrato di sodio ottimo fertilizzante per i terreni tutt'ora utilizzato. 

In realtà, il metodo  Byrkeland-Eyde non ebbe una grandissimo successo dal punto di vista industriale... Ma questa è un'altra storia...

Nun saccio maje

Eccomi qui... dopo mesi e mesi (quasi quattro!) che non scrivo... il problema è che come dice il testo della canzone "La costanza" dei 24 Grane "nun saccio maje si aggio avuto custanza" (da qui il titolo!).

Mi rimetto a scrivere, dopo aver letto il blog di Bruno, ed in particolare, il post "ZICHICCHE +=1" sul tema dell'inquinamento. 

Nel commento, in maniera forse troppo prolissa, avevo anche detto :

"James Ephraim Lovelock, anticipando di cirda dieci anni il Team dei firmatari aveva già anticipato quanto enunciato dagli esperterrimi, aveva fatto grande scalpore, quando in videocoferenza ad un seminario organizzato presso l’università di Venezia ebbe a dire che piuttosto di concentrarsi sulla CO2, le nazioni avrebbero dovuto pensarea piani energetici più efficenti…"

Giusto questa settimana, è capitato che un gruppo di un centinaio di scienziatissimi hanno scritto una lettera al Governo... (tecnico che scrive a tecnico... Tecnico² ), riporto di seguito un riassunto:

“L'Italia ha bisogno di una strategia energetica a lungo termine, che potrebbe comprendere anche il nucleare”.

È il momento, secondo l’associazione, di riaccendere le preoccupazioni sulla situazione energetica del Paese: prima fra tutte, quella di non avere un adeguato e convincente piano nazionale di sviluppo energetico - si legge nel documento - che tenga conto della necessità di ragionare su tempi strategici affrancandosi da pregiudiziali che possano condannare precocemente progetti lungimiranti per perplessità politiche e tecniche attuali.

L'associazione, presieduta da Angelo Maria Ricci,  e che vede come presidenti onorari Umberto Veronesi e Giorgio Salvini, ricorda come negli altri Paesi europei sia consentito programmare la politica energetica a livello istituzionale a lungo termine, come la Francia che “ha operato senza incidenti con il suo parco nucleare”.

Secondo l'associazione il rischio nucleare nel nostro paese è stato sopravvalutato. “La radioattività non è, come pensano molti, qualcosa di innaturale e di diabolico, ma qualcosa che è in natura, che vi e' sempre stato e che comunque ci permette di vivere sempre più a lungo - afferma Umberto Tirelli, oncologo dell'Istituto Nazionale Tumori di Aviano e vicepresidente di Galileo 2001 – "Per la salute è molto più dannoso l'inquinamento che proviene da petrolio e carbone rispetto a quello del nucleare ed è per questo che tutti i Paesi avanzati del mondo, Usa, Cina, India e Russia, stanno oggi costruendo nuove centrali nucleari”.

Tralasciando il fatto che questa lettera mi trova pienamente d'accordo in tutto e per tutto, credo che davvero sia giunto il momento di soffermarci su alcuni temi veri e "caldi" da considerare e affrontare in maniera intelligente e matura. Molte volte, così come il problema dell CO2 citato da bruno nel suo post e ribadito dal mio commento, ci si barrica dietro a scusa "superficiali" (LA CO2 E' DA COMBATTERE! IL NUCLEARE UCCIDE!) senza mai affrontare il problema per quello che è veramente, senza affrontarlo "di petto" ma cercare sempre una scappatoia prima di trovarsi faccia a faccia con esso.

 

 chi vivrà, vedrà!