Su agricoltura biodinamica: riflessioni scientifiche

Circa un mese fa è comparsa una mia intervista su www.VinOsa.it in merito all’agricoltura biodinamica.

[…] È una pratica agricola che non ha nulla di scientifico, ma si basa su riti e superstizioni inventati da Rudolph Steiner all’inizio del ’900. Steiner era un visionario, ma non nel senso positivo del termine. Non va accomunato con gente del calibro di Newton, Galileo Galilei, Giordano Bruno – solo per mantenerci nel passato, citando persone a cui gli pseudo scienziati tendono sempre a confrontarsi – o Einstein, Planck, Dirac, Pauling – per andare a persone a noi più vicine nel tempo – che erano scienziati nel senso compiuto del termine. Il modo di essere visionari delle persone appena citate ha permesso lo sviluppo verticale della scienza, ovvero del corpo di conoscenze che oggi ci consente di usare i social network, di andare sulla Luna, su Marte o di aver superato le colonne d’Ercole del nostro sistema solare. Le visioni di Steiner sono quelle tipiche di una persona che non ha alcuna idea di come si possa fare scienza e basa le sue conoscenze sulla superstizione e sull’esoterismo […]

Se non avete ancora letto l’intervista ed avete voglia di divertirvi con delle valutazioni scientifiche su questa pratica agricola potete cliccare sull’immagine qui sotto. Quello sono io, stanco per le continue battaglie contro la pseudoscienza, mentre mi riposo per riprendere la lotta.

Grazie e buona lettura

Fonte dell’immagine di copertina

Sugli insetti e sui parabrezza

Avete mai sentito parlare del widescreen phenomenon? No? Eppure, tra gli ecologisti della domenica va per la maggiore. Si tratta della constatazione che il numero di insetti stia diminuendo perché i parabrezza delle auto non sono più così sporchi di insetti spiaccicati come quando eravamo piccoli.

Sono le classiche elucubrazioni di gente che di scienza non capisce niente e capisce ancor meno di come si realizza un disegno sperimentale per trovare una risposta alla domanda “la popolazione di insetti su scala globale sta veramente diminuendo?” oppure “esiste una relazione tra l’uso di agrofarmaci e numerosità della popolazione di insetti?”, e potrei continuare, naturalmente. È la stessa tipologia di approccio pseudoscientifico che viene usato dai fantastici fautori di quella robaccia che si chiama omeopatia e che si riassume con “su di me funziona” (ne ho già scritto qui).

La cosa bella è che queste elucubrazioni vengono diffuse da siti molto seguiti (per esempio qui e qui) che contribuiscono alla cosiddetta disinformazione o cattiva divulgazione scientifica.

Vediamo perché la relazione tra parabrezza, numero di insetti spiaccicati e popolosità degli stessi sia una bufala.

Innanzitutto, dobbiamo cominciare col dire che uno studio su scala globale relativo alla perdita di biodiversità (non solo, ma limitiamoci alla biodiversità) va disegnato in modo tale da ottenere risultati non solo replicabili, ma anche riproducibili[1]. Alla luce di quanto scritto, è possibile pensare che il numero di volte in cui puliamo il parabrezza delle nostre automobili sia un dato attendibile? La risposta è no. Il motivo è abbastanza semplice: percorriamo sempre la stessa strada? Sempre alla stessa velocità? Sempre nelle stesse condizioni climatiche? Sempre con la stessa auto?

Esistono strade di tantissime forme, dimensioni e condizioni, tutti fattori che vengono sempre ignorati quando il windscreen phenomen è usato come indice per misurare la popolazione degli insetti. Non dimentichiamoci, inoltre, che le strade generano i cosiddetti bordi nel paesaggio. Come sanno tutti quelli che si interessano di indagini analitiche di ogni tipo, gli effetti dei bordi sono sempre difficili da misurare e generalizzare.

E come facciamo il campionamento? Guidiamo verso i bordi della carreggiata? Allora ci dobbiamo aspettare di campionare una popolazione di insetti di corporatura più massiccia di quelli che potremmo rilevare sul parabrezza se guidassimo esattamente al centro della strada. E a che ora pensiamo di fare il campionamento? Persino io che non sono un entomologo so che la tipologia di insetti che vivono negli ambienti intorno alle strade differisce a seconda del periodo della giornata in cui ci muoviamo. E cosa andiamo a misurare? Il numero di resti presenti sul parabrezza? La loro densità? La forza che usiamo per staccare i poveri resti degli insetti spiaccicati?

Ma non basta. Se io guido sempre nella stessa microzona del pianeta, mi posso permettere di estrapolare le mie pseudo-osservazioni ad altre zone del pianeta? Ovviamente no, perché le mie pseudo-osservazioni sono valide solo per la strada che percorro abitualmente, non per le altre. Chi mi assicura che gli insetti non si siano evoluti in modo tale da andare a popolare le zone limitrofe a quelle che io frequento abitualmente con la mia auto, solo perché hanno imparato che la zona che frequento è quella più pericolosa del sistema in cui essi vivono?

Eh, sì. Tutte quelle elencate, ed anche di più, sono le domande a cui dobbiamo rispondere per rendere un dato attendibile. Sfido tutti gli pseudo-ambientalisti che usano il windscreen phenomenon a rispondere in modo coerente a tutte le domande sopra elencate.

Letture aggiuntive e note

The windscreen phenomenon: anecdata is not scientific evidence

More than 75 percent decline over 27 years in total flying insect biomass in protected areas

Declining abundance of beetles, moths and caddisflies in the Netherlands

Parallel declines in abundance of insects and insectivorous birds in Denmark over 22 years

[1] Replicabilità e riproducibilità non hanno lo stesso significato. La prima si riferisce alla capacità del medesimo ricercatore (o gruppo di ricerca) di ottenere i medesimi risultati nello stesso laboratorio in tempi differenti. La seconda si riferisce alla capacità di ricercatori differenti in laboratori differenti e fisicamente lontani tra loro, di ottenere i medesimi risultati di una data ricerca scientifica.

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Ancora su anidride carbonica e mascherine

Vi ricordate la lettera aperta che all’inizio di ottobre ho scritto ad Enrico Montesano? No!? Eccola nel link qui sotto:

Lettera aperta ad Enrico Montesano

In questa lettera facevo notare al mai dimenticato Rugantino che quanto asseriva in merito alla pericolosità delle mascherine erano tutte sciocchezze. Lo facevo con la solita metodica scientifica, ovvero considerando gli aspetti quantitativi relativi alla dimensione delle molecole di anidride carbonica e quella dei pori delle mascherine attraverso cui il gas passa.

Per darvi una idea grafica delle conclusioni in merito al rapporto dimensionale tra la molecola di anidride carbonica e un poro di una mascherina chirurgica, potete far riferimento alla Figura 1.

Figura 1. Il puntino a sinistra è la rappresentazione di una molecola di anidride carbonica. Il cerchio a sinistra è la rappresentazione di un poro di una mascherina chirurgica.

In questa figura, considerando unitaria la dimensione della molecola di CO2 (il puntino a sinistra), un poro di una mascherina chirurgica risulta circa 800 volte più grande della molecola di anidride carbonica (cerchio a sinistra in Figura 1).

Nei giorni successivi alla pubblicazione della lettera aperta c’è stato un delirio di interventi (tra messaggi nel blog e lettere ai miei indirizzi e-mail) tutti a carattere monotematico. Ad eccezione di tre/quattro persone che si sono complimentate per aver finalmente evidenziato, numeri alla mano, l’incongruenza di quanto detto da Montensano e i figuri a cui egli si ispira, c’è stata gente che, per lo più in un italiano stentato e dimostrando di aver saltato tutte le lezioni sulle equivalenze fatte alle scuole elementari, pretendeva di mettere in dubbio i numeri riportati nella mia lettera aperta. Le argomentazioni andavano dall’aver usato concetti di chimica troppo complicati (SIC!), alla matematica troppo difficile (SIC!), al fatto che io non uso la mascherina in modo continuativo e non so cosa vuol dire stare tutto il giorno con questo dispositivo di protezione individuale, al fatto che non soffro di patologie che mi impediscono di indossare la mascherina. E potrei continuare.

Nel marasma di commenti tutti sulla falsariga di quanto appena riportato, ci sono stati alcuni interventi che meritano la mia attenzione. In sintesi, si tratta di commenti che evidenziano come le mie argomentazioni siano corrette considerando una singola molecola di CO2 ed un singolo poro di una mascherina chirurgica. Tuttavia, avrei dovuto considerare che noi espiriamo milioni di miliardi di molecole di anidride carbonica. I pori della mascherina rappresentano, quindi, un “collo di bottiglia” attraverso cui tutte quelle molecole non riescono a fuoriuscire tra un respiro e l’altro, con la conseguenza che reimmettiamo nel nostro organismo la CO2 che abbiamo appena espirato.

Purtroppo, la logica che ci ha consentito di sopravvivere alle belve feroci per arrivare fino ad oggi, non si può applicare in ambito scientifico dove i modelli che vengono sviluppati sono tutti, ma proprio tutti, controintuitivi. Inoltre, fare  affermazioni senza il supporto di dati numerici non è esattamente corretto sotto il profilo scientifico. Infatti, tutti i commenti in merito all’azione “collo di bottiglia” esercitata dalle mascherine erano di tipo aneddotico. Nessuno, ma proprio nessuno, si è mai peritato di fornire un modello matematico per spiegare i propri ragionamenti.

Vediamo perché l’idea del “collo di bottiglia” che non permette il passaggio della CO2 che espiriamo è completamente sbagliata.

Basta una banale ricerca in rete per trovare che la permeabilità (intesa come il flusso di gas che passa attraverso le mascherine per unità di superficie) è di circa 10 litri al minuto (L min-1) per le mascherine chirurgiche e di circa 5 L min-1 per le mascherine tipo FFP2 (qui). Volete sapere cosa significano questi numeri? Semplicemente che per ogni centimetro quadrato di mascherina, passano 10 L min-1 e 5 L min-1 (a seconda della tipologia di mascherina) di aria. Questi numeri sono stati misurati usando una pressione di esercizio di circa 20 mbar, ovvero la pressione esercitata dall’apparato respiratorio a riposo (qui). In ogni caso, più alta è la pressione esercitata contro le mascherine, maggiore è la loro permeabilità (qui). Considerando che il flusso di aria che espiriamo mediamente è di circa 6 L min-1 (qui), ne viene che di anidride carbonica tra la mascherina ed il viso non rimane nulla. In altre parole, non c’è alcun rischio di respirare la propria anidride carbonica.

Da dove viene, allora, la convinzione che le mascherine consentirebbero di respirare la propria “aria usata”?

Si tratta solo di fattori psicologici che nulla hanno a che fare con la reale capacità di una qualsiasi mascherina di impedire il passaggio dell’aria che fuoriesce dai nostri polmoni (qui e qui). In pratica, chi afferma che non riesce a respirare è solo vittima delle proprie impressioni personali che non hanno niente a che vedere con la realtà chimico-fisica delle mascherine il cui uso è fortemente consigliato (assieme alle distanze di sicurezza e ad elementari norme igieniche) per ridurre la dffusione del contagio da SARS-COV-2.

Note

Alcuni lettori del blog mi hanno chiesto come mai le mascherine chirurgiche vanno indossate in un ben preciso verso, ovvero con la parte colorata rivolta verso l’esterno. La risposta è stata data qualche tempo fa in questo link. In sintesi, la parte colorata di una mascherina chirurgica è fatta da materiale idrorepellente. Questo riduce la possibilità che le eventuali goccioline di saliva espirate da persone con cui, per esempio, stiamo parlando, possano penetrare attraverso lo strato colorato e raggiungere gli strati interni con possibilità di contaminarci.

Altri lettori mi hanno chiesto come mai gli occhiali si appannano quando indossiamo la mascherina. L’appannamento è dovuto al fatto che l’aria che espiriamo è calda. Quando le molecole di acqua calda che espiriamo entrano a contatto con la superficie fredda dei nostri occhiali, condensano dando luogo al fenomeno dell’appannamento (qui).

Letture e riferimenti

Characterization of face masks

An overview of filtration efficiency through the masks: Mechanisms of the aerosols penetration

Air permeability and pore characterization of surgical mask and gowns

On respiratory droplets and face masks

Characteristics of Respirators and Medical Masks

FONTE DELL’IMMAGINE DI COPERTINA

Cosa è e quali sono le applicazioni della rilassometria NMR?

Più volte ho citato la tipologia di lavoro di ricerca che faccio all’università. La tecnica di cui sono diventato esperto, dopo aver lavorato per tanto tempo sulla spettroscopia di risonanza magnetica nucleare in fase liquida e solida, è la cosiddetta rilassometria NMR a ciclo di campo (fast field cycling NMR relaxometry). Questa tecnica aiuta a capire la dinamica molecolare di tantissimi sistemi chimici. In altre parole, aiuta a capire come si muovono le molecole in diverse situazioni fisiche. Per esempio, si può capire come si muovono i nutrienti vegetali nei suoli, come si comportano i contaminanti ambientali per arrivare anche alla definizione di parametri innovativi che possono misurare (ovvero quantificare) l’erosione dei suoli.

Tutto questo, e altro ancora, è stato spiegato in un webinar sulla rilassometria NMR patrocinato dalla Stelar srl e dalla COST Action CA15209: ”European Network on NMR Relaxometry il 29/05/2020.

Se avete una quarantina di minuti liberi e volete sapere di più, potete ascoltare cliccando sull’immagine qui sotto

Fonte dell’immagine di copertina

Lettera aperta ad Enrico Montesano

Avete presente le dichiarazioni di Enrico Montesano, indimenticabile protagonista di uno dei film più trash degli anni ’70 dal titolo “Febbre da cavallo”, in merito alle mascherine che dobbiamo indossare per proteggerci dal virus del Covid-19? Riporto dai giornali (qui, qui e qui, per esempio):

Le mascherine che oggi vengono usate ci fanno respirare la nostra anidride carbonica.

Ecco. È proprio per questa affermazione che desidero scrivere una lettera aperta ad Enrico Montesano.

_______________________________________________________________

Caro Enrico,

nonostante la differenza di età che ci contraddistingue o, forse, proprio per quella, mi permetto di darti del “tu” perché quando ero un bambino e poi un adolescente sei stato uno dei comici che più mi hanno messo di buon umore. Sebbene “Febbre da cavallo” io lo giudichi un trash, non posso negare che è uno dei miei film preferiti perché ogni volta che lo riguardo mi proietto in un’epoca in cui ero molto più spensierato di adesso.

Caro Enrico, quando fai certe affermazioni e citi certi figuri dei quali ti fidi in merito a problemi di ordine sanitario, non ci fai una bella figura. Ovviamente sei libero di credere in chi ti pare, ma non puoi aspettarti, poi, il rispetto che meriteresti come attore quando entri in un campo della conoscenza che non ti compete. Anche se dici di informarti, penso che le tue fonti non siano esattamente attendibili.

Lasciando perdere tutte le sciocchezze che hai detto in merito al Covid-19 ed alle mascherine, mi voglio soffermare solo su quello che hai detto in merito all’anidride carbonica. Naturalmente, come dicevo sopra, sei libero di credere in chi ti pare e ritenere che io dica sciocchezze. L’unica cosa è che le mie “sciocchezze” sono verificabili, mentre le tue e quelle dei figuri che citi non lo sono per il semplice motivo che sono ben lontane dalla realtà.

Andiamo più nel merito.

Le mascherine che indossiamo non ci fanno respirare la nostra anidride carbonica nelle normali condizioni in cui le usiamo. Vediamo perché.

Ho già scritto in merito al meccanismo di funzionamento delle mascherine. Basta cliccare qui sotto

Come funzionano le maschere filtranti

In questo articolo ho messo in evidenza che le dimensioni dei pori delle mascherine sono dell’ordine dei micrometri. Prendiamo solo i pori più piccoli delle mascherine più efficaci: 0.2 μm, ovvero la 0.2 milionesima parte del metro, in altre parole 0.2 x 10-6 m. Sembra una dimensione molto piccola, vero Enrico?

Ed ora ti invito a scaricare un programmino di chimica computazionale che io uso sul tablet. Si chiama WebMO. La versione per iPad che uso io costa solo circa 5 €. Non penso che l’acquisto sia impossibile per te. Grazie a questo programmino è possibile disegnare la molecola di anidride carbonica e studiarla in tutte le sue caratteristiche. È un programmino estremamente intuitivo e facile da usare. Superato il panico di chi non conosce la chimica vedrai che lo apprezzerai molto.

Ebbene, caro Enrico, grazie a questo programmino, la molecola di anidride carbonica è quella che ti riporto qui sotto:

Ho evidenziato gli atomi di ossigeno e di carbonio in modo da permettere al programmino di fornire la distanza tra questi due atomi. Come leggi in basso, la distanza è circa 1.275 Å, ovvero 1.275 x 10-10 m. Se consideriamo, in prima approssimazione, la molecola di anidride carbonica in continua rotazione, possiamo considerarla come una sfera del diametro pari a 2 x 1.275 x 10-10 m, ovvero una sfera del diametro di 2.550 x 10-10 m.

Adesso, come si faceva alle scuole elementari, facciamo il rapporto tra le dimensioni di un poro di una mascherina e quella del diametro della sfera suddetta:

0.2 x 10-6 m/2.55 x 10-10 m = 784

In altre parole, mio caro Enrico, il poro più piccolo della mascherina più efficace è circa 800 volte più grande della molecola di anidride carbonica.

Sai cosa vuol dire questo?

Leggo da Wikipedia che tu sei alto 1.73 m. Se immagini di essere la molecola di anidride carbonica, devi moltiplicare la tua altezza per 784 ed ottieni la larghezza del tunnel nel quale decidi di passare. Si tratta, cioè, di un tunnel la cui larghezza è di circa 1356 m, ovvero 1 km e circa 400 m. Non mi vorrai mica far credere che non riesci ad attraversare un buco di questa larghezza?

Capisci, adesso, caro Enrico, perché hai detto una sciocchezza sesquipedale?

Ti saluto affettuosamente ricordando sempre con enorme piacere, oltre che tanta nostalgia per il tempo passato, i tuoi film ed il tuo famoso Rugantino.

Tuo,

Rino

Fonte dell’immagine di copertina

Dubbi sul vaccino anti-Covid russo

Recentemente è apparso su The Lancet, autorevole rivista scientifica di carattere medico, un lavoro che illustra l’efficacia di un vaccino anti-Covid sviluppato da ricercatori russi. Il lavoro è disponibile qui. Tuttavia, dall’analisi dei dati riportati nel lavoro, sono venuti fuori alcuni limiti che fanno dubitare della serietà del lavoro. È per questo che alcuni scienziati, tra cui il sottoscritto, si sono fatti latori di una lettera aperta in cui chiedono di poter analizzare i dati bruti da cui sono state ottenute le figure che sembrano artefatte.

La lettera è disponibile cliccando sulla figura qui sotto


La stessa lettera è stata pubblicata su Il Foglio (qui)

Dormire nella stazione spaziale ISS

Oggi ero in auto. In genere mentre guido ascolto la radio. In uno dei tanti zapping veloci, mi capita di ascoltare un programma in cui l’ospite è un astrofisico. Questi parla della stazione spaziale ISS e della vita che si conduce a bordo.

Stazione spaziale ISS (Fonte)

Ciò che mi ha colpito moltissimo è stata la descrizione del come dormono gli astronauti.

Sapete che quando dormono in condizioni di assenza di peso, gli astronauti devono trovarsi in un ambiente con ottima aerazione?

La domanda vi sembrerà banale, ma ogni volta che ascolto notizie scientifiche mi trovo ad essere come un bambino di fronte ad un giocattolo. Anche se già lo conosce perché lo ha usato altre volte, lo guarda con meraviglia e pensa a cosa si possa ancora nascondere in quei meccanismi che ha visto centinaia di volte.

In effetti, siamo così abituati a vivere sulla Terra che neanche ci rendiamo conto che la vita in condizioni chimico-fisiche differenti richiede delle attenzioni particolari senza le quali essa non potrebbe esistere.

Quando ci sentiamo stanchi ed andiamo a letto, ci addormentiamo ma non per questo smettiamo di vivere. Continuiamo a respirare. Durante questa azione inspiriamo ossigeno ed espiriamo anidride carbonica. L’aria che circonda il nostro corpo, inclusa quella ricca di anidride carbonica che esce mentre respiriamo, è calda. Per questo motivo, si generano delle correnti convettive grazie alle quali l’aria calda (e per questo meno densa, ovvero più leggera) ricca di anidride carbonica che espiriamo si allontana verso l’alto venendo sostituita da aria fredda e più ricca di ossigeno.

Nelle condizioni di microgravità presenti nella stazione spaziale ISS, questi moti convettivi non si realizzano perché la microgravità porta ad assenza di peso e, quindi, non esistono zone di aria più leggere rispetto ad altre. La conseguenza è che durante il sonno, la testa degli astronauti viene circondata da una nuvola di anidride carbonica. Senza una corrente d’aria artificiale come, per esempio, quella generata da un ventilatore, la nuvola anzidetta non si disperderebbe turbando il sonno degli astronauti o, addirittura, portando alla morte, nel caso più drammatico.

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FONTE DELL’IMMAGINE DI COPERTINA

Oli, sali e zuccheri

Oggi ho trovato una bella sorpresa on line. La C1V edizioni ha reso disponibili le presentazioni fatte nel 2018 in occasione del secondo Convegno Nazionale Medicina e Pseudoscienza (CNMP).  Durante il convegno ho fatto una lunga lezione divulgativa sulle false informazioni in merito agli oli, ai sali ed agli zuccheri. Qualche mese dopo avrei pubblicato “Frammenti di Chimica” in cui si trovano molte delle cose che ho detto in quel convegno.
Se volete divertirvi ad ascoltarmi, qui sotto ci sono i miei tre interventi.

Prima parte

Seconda parte

Terza parte

In realtà il congegno del 2018 è stato molto ricco. Hanno partecipato tutti gli scienziati attivi nella lotta alle bufale: da Silvio Garattini a Piero Angela, da Roberto Burioni a Francesco Galassi e tanti tanti altri. Se volete fare un viaggio nel tempo e partecipare al convegno, potete iscrivervi al canale YouTube della C1V e ascoltare tutte le presentazioni. Basta cliccare sull’immagine qui sotto.

 

La chimica-fisica nell’esplosione di Beirut

Ieri, 4 Agosto 2020, siamo tutti stati testimoni, grazie alle immagini che ci sono giunte attraverso i vari canali internet, della esplosione che ha fatto tanti morti e feriti in Libano. Qui sotto un filmato preso da YouTube in cui si vedono diverse prospettive dell’esplosione.

Questo articolo non vuole essere di carattere politico, né avallare alcuna ipotesi sulle cause dell’esplosione. In questa sede voglio solo prendere in considerazione la chimica-fisica che c’è stata dietro l’esplosione attribuita da diverse fonti giornalistiche al nitrato di ammonio.

il nitrato di ammonio è ben noto come fertilizzante.

Come fertilizzante, il nitrato di ammonio (NH4NO3) è veramente efficiente. Si tratta di un sale con una solubilità in acqua, a 20°C, di circa 1900 g per litro . Quando viene disposto sul suolo, esso si scioglie nella soluzione circolante (ovvero l’acqua che è lì presente) dissociandosi in anione nitrato (NO3) e catione ammonio (NH4+).

Dei due ioni, il nitrato, la forma di azoto direttamente disponibile per la nutrizione vegetale, può essere perso facilmente per lisciviazione, mentre l’ammonio rimane legato ai colloidi del suolo e si può perdere per volatilizzazione attraverso la sua conversione in ammoniaca. La sua maggiore capacità di rimanere legato ai colloidi del suolo dà il tempo ai microorganismi di poterlo convertire in nitrato e, quindi, renderlo disponibile per le piante.

Ma non è certo per una lezione sui fertilizzanti che sto scrivendo questo post.

Il nitrato di ammonio si decompone termicamente a protossido di azoto (N2O) e acqua fino a una temperatura di circa 250 °C:

NH4NO3 → N2O + 2 H2O

Al di sopra di questa temperatura avviene un’altra reazione:

2 NH4NO3 → O2  + 2 N2 +  4 H2O

Come si vede, entrambe le reazioni producono dei gas (N2O, N2 e O2). Anche l’acqua riportata nelle reazioni anzidette non si presenta in forma liquida, ma sotto forma di vapore alle temperature ben al di sopra dei 100 °C che servono per innescare le reazioni descritte.

Adesso facciamo due conti facili facili e cerchiamo di capire quanto gas si produce.

Se partiamo da 1.00 g di nitrato di ammonio, corrispondenti a 0.0125 mol, si ottengono, dalla prima reazione, il medesimo numero di moli di protossido di azoto (che corrispondono a 0.550 g di prodotto) e il doppio delle moli di acqua, ovvero 0.450 g di acqua sotto forma di vapore.

Se la temperatura aumenta oltre i 250 °C, dalla seconda reazione si ricava che 1.00 g di nitrato di ammonio si trasforma in 0.350 g di azoto molecolare, 0.200 g di ossigeno molecolare e 0.450 g di acqua sotto forma di vapore.

Su tutti i giornali si legge che la quantità di nitrato di ammonio stoccata nel porto di Beirut fosse di circa 3000 ton, ovvero 3 x 109 g (si legge 3 miliardi di grammi). È facile, a questo punto, calcolare che se la prima reazione (quella in cui si produce protossido di azoto e acqua) fosse stata l’unica responsabile della deflagrazione, si sarebbero ottenuti circa 1.4 x 103 tonnellate di acqua e circa 1.6 x 103 tonnellate di protossido di azoto. Se, invece, solo la seconda reazione fosse stata responsabile della deflagrazione si sarebbero ottenuti circa 1.4 x 103 tonnellate di acqua, 1.0 x 103 tonnellate di azoto molecolare e circa 0.6 x 103 tonnellate di ossigeno molecolare.

È intuitivo pensare che entrambe le reazioni abbiano avuto luogo, assieme a tante altre di cui però non si conosce la natura (per esempio, c’erano tubazioni di gas? oltre al nitrato di ammonio quante altre sostanze potenzialmente esplodenti potevano essere presenti? etc. etc.). In definitiva, provate a comprimere in uno spazio ristretto come quello di un capannone o di un deposito, dove sono già presenti altri gas, ovvero quelli atmosferici, le tre tonnellate complessive di gas ad alta temperatura ed in espansione e vi renderete conto del perché si è avuto l’effetto devastante osservato nel filmato che ho messo all’inizio dell’articolo.

Ma facciamo parlare i numeri.

La temperatura sviluppata durante la detonazione del nitrato di ammonio è all’incirca di un migliaio di gradi centigradi (Fonte). Considerando il numero totale di moli dei diversi gas sviluppati ed applicando banalmente la legge dei gas ideali (per avere solo qualitativamente idea della forza per unità di superficie sviluppata durante l’esplosione) si ottiene una pressione di circa 1.1 x 104 atm.  Per darvi solo un’idea di cosa significhi una pressione del genere, immaginate di scendere sott’acqua. Ogni 10 m, la pressione esercitata dalla massa di acqua che circonda il vostro corpo aumenta di una atmosfera. Per arrivare a circa 11000 atmosfere dovete scendere a una profondità approssimativa di circa 110 km. Il punto più profondo che si conosca è la fossa delle Marianne a circa 11 km dalla superficie dell’oceano Pacifico. La fossa delle Marianne è individuata dal puntino rosso che vedete in Figura 1.

Figura 1. Fossa delle Marianne. La sua profondità è di circa 11 km

Impressionante!

Il fungo “atomico”.

Qualcuno ha paragonato il fungo bianco che si osserva nel filmato all’inizio dell’articolo a quello prodotto da un’esplosione atomica. In realtà le cose stanno diversamente.

Un’esplosione atomica sarebbe stata seguita da una contaminazione radioattiva che avrebbe messo in allarme tutti i paesi nelle vicinanze del Libano, inclusa l’Italia. Per quanto è dato sapere, fino ad ora non pare siano state previste precauzioni per contaminazione nucleare come quelle che furono adottate all’indomani dei disastri della centrale di Chernobyl o di quella di Fukushima.

Allora cos’era quel fungo bianco?

Vi ho spiegato più su che le reazioni di degradazione del nitrato di ammonio hanno prodotto tonnellate di gas (incluso il vapor d’acqua) che si sono espanse prima nel capannone dove il sale era conservato e poi nell’atmosfera. La forza esercitata dalle molecole dei vari gas prodotti durante le reazioni di decomposizione termica del nitrato di ammonio ha generato un’onda che si è propagata molto velocemente. L’elevata velocità dell’onda ha compresso molto rapidamente tutte le molecole di gas presenti in atmosfera, incluse quelle dell’acqua sotto forma vapore. Come conseguenza, molto verosimilmente, si è avuta una rapida condensazione di queste ultime con formazione della nuvola bianca osservata. Nelle condizioni atmosferiche di Beirut al momento dell’esplosione, la nuvola bianca ottenuta verosimilmente  per condensazione delle molecole di acqua vapore si è, poi, rapidamente dissipata.

Il fenomeno osservato non è né più né meno che quello che accade quando un aereo supersonico abbatte la barriera del suono generando una nuvola di acqua condensata intorno a se stesso. Ma di questo ho parlato in un altro articolo.

Più veloci del suono

Aggiornamento in tempo reale.

Mi fanno giustamente notare che un’altra possibile reazione di degradazione termica del nitrato di ammonio è:

4 NH4NO3 → 2 NH3 + 3 NO2 + NO + N2 + 5 H2O

In questa reazione si ha la formazione del biossido di azoto e dell’ammoniaca che sono altri gas che vanno ad aggiungersi a quelli già descritti. In più essi sono anche tossici. A quanto pare, dalle ultime notizie, è stata consigliata l’evacuazione di quella parte di Beirut coinvolta nell’esplosione. Questo si potrebbe giustificare non solo per il pericolo dovuto alla instabilità delle abitazioni, ma anche a quello dovuto alla contaminazione dell’aria. Inoltre, il biossido di azoto è un gas rossastro e questo giustificherebbe il colore che si vede dopo la dissipazione della nube bianca. Bisogna anche dire, però, che il colore rossiccio potrebbe essere dovuto anche ad altro. Ne ho parlato anche in un altro articolo:

La chimica dei giochi pirotecnici

Aggiornamento n. 2

Ho fatto un po’ di calcoli. L’esplosione di Beirut potrebbe aver sprigionato un’energia di circa 1.26 kT (si legge kilotoni). Qui trovate informazioni un po’ più dettagliate su questa unità di misura. La bomba atomica di Hiroshima sprigionò un’energia di circa 15 kT (riferimento). In pratica, la potenza dell’esplosione di Beirut potrebbe essere stata circa l’8 % di quella di Hiroshima. Aspettiamo, ovviamente, le valutazioni degli esperti.

Disclaimer

Quanto ho scritto in questo articolo si basa sulle informazioni lette sui principali quotidiani che attribuiscono la responsabilità dell’esplosione di Beirut al nitrato di ammonio. I miei calcoletti mi permettono di dire che è plausibile. Una quantità elevata di nitrato di ammonio conservata in un luogo chiuso può dar luogo a degli effetti devastanti. Resta, naturalmente, da capire come mai si siano innescate le condizioni che hanno portato alla decomposizione termica del nitrato di ammonio. Ma questo è un lavoro che devono fare gli investigatori.

Ringraziamenti

Devo dire che questo articolo ha ricevuto un grande successo. Nel momento in cui scrivo questi ringraziamenti, l’articolo ha raggiunto oltre 40000 lettori. Molti mi hanno fatto notare errori ed incongruenze. Li ringrazio veramente tantissimo uno per uno. Mettere i nomi di tutti è impossibile perché critiche e commenti sono sparsi un po’ ovunque ed è difficile ritrovarli tutti. Sappiate solo che cerco di leggere tutto e di tener conto di tutto quello che mi fate notare. Questo articolo non è più solo mio, ma di tutti quelli che hanno contribuito al suo miglioramento.

Altre letture

L’ennesima strage da trascuratezza chimica.

Molecole a due facce

Incidente di Tianjin.

Il Disastro di Texas City

Il Disastro di Halifax

Chimica e fisica degli incendi (documento dei vigili del fuoco)

Fonte dell’immagine di copertina

 

Giulio Cesare ed i cambiamenti climatici

“Cosa c’entra Giulio Cesare con i cambiamenti climatici?”, vi starete chiedendo. Oppure state pensando: “ed ecco un altro prof. che è andato fuori di testa e fa associazioni pseudoscientifiche come capita a tutti”.

Ebbene no, miei cari lettori. Proprio ieri ho comprato il numero di Agosto 2020 della rivista Le Scienze. Ogni tanto ho bisogno di leggere riviste divulgative serie per fare pace con il mondo e convincermi che non tutto è perduto. Sapeste cosa mi scrivono certi figuri nei commenti del blog! Faccio passare solo i commenti che mi divertono di più, ma ce ne sono altri che, al confronto, la teoria della memoria dell’acqua è roba seria.

Ma torniamo a Giulio Cesare ed ai cambiamenti climatici.

Dicevo che ho preso Le Scienze di Agosto. A pagina 24, ci sono 13 righe in cui si parla delle cause che hanno portato Roma a diventare Impero dopo l’assassinio di Giulio Cesare occorso alle idi di Marzo del 44 a.C.. La notizia la potete leggere anche qui.

Devo dire che la lettura mi ha incuriosito ed ho cominciato a cercare in rete. Quello che ho trovato mi ha molto affascinato.

Pensate: è documentato che nel periodo immediatamente successivo a quello in cui Cesare fu assassinato, ci sono stati un paio di anni di freddo intenso. La temperatura, pare, si sia abbassata di circa 7 °C, mentre le precipitazioni si fecero molto più intense aumentando dal 50 al 120 % rispetto agli anni precedenti. Potete facilmente immaginare cosa vuol dire a livello agricolo un abbassamento della temperatura ed un aumento della pioggia di tale intensità. Ci sono stati sicuramente momenti di carestia che, assieme ai problemi politici che si sono presentati nello stesso periodo, possono essere considerati la concausa del passaggio dalla Repubblica all’Impero. In effetti, le peggiorate condizioni di vita dei contadini nel I secolo avanti Cristo, portarono a scontri sociali che si conclusero con la pace Augustea che riportò ordine nella società romana (Riferimento).

Una delle ipotesi che è stata formulata per spiegare le peggiorate condizioni di vita dei contadini romani nel I secolo a.C. è l’eruzione dell’Etna avvenuta nel 44 a.C. (Riferimento). Si è ipotizzato che tale eruzione avesse portato in atmosfera una quantità tale di polveri sottili da schermare i raggi del sole e provocare gli sconvolgimenti climatici associati ai periodi di carestia summenzionati. Tuttavia, pur rimanendo valida l’idea che una eruzione vulcanica fosse stata responsabile del cambiamento climatico iniziato a cavallo del 43-44 a.C., l’ipotesi dell’effetto dell’eruzione dell’Etna sul clima della penisola è stata sempre abbastanza controversa (Riferimento).

All’inizio di Luglio è apparso su Proceedings of the National Academy of the United States of America (PNAS), una rivista molto quotata nel mondo scientifico, un articolo a firma di un gruppo di ricercatori di diversa nazionalità dal titolo: “Extreme climate after massive eruption of Alaska’s Okmok volcano in 43 BCE and effects on the late Roman Republic and Ptolemaic Kingdom”. Lo potete scaricare, previo pagamento di 10 USD, cliccando sull’immagine qui sotto.

In questo lavoro i ricercatori hanno discusso delle analisi effettuate su carote di ghiaccio prelevate nell’Artico. Essi hanno evidenziando come la più probabile causa degli sconvolgimenti climatici occorsi nel I secolo a.C. fosse  non l’eruzione dell’Etna, ma quella del vulcano Okmok situato in Alaska.

Fonte dell’immagine

Nell’immagine qui sotto potete avere contezza delle distanze a livello planetario tra la posizione del vulcano ed il continente Europeo.

Sembra strano che l’eruzione di un vulcano così distante dall’Europa possa averne influenzato il clima, vero?

Vediamo allora cosa hanno fatto gli studiosi.

A quanto pare ogni vulcano ha una impronta chimica univoca in termini di molecole immesse in atmosfera per effetto delle eruzioni. I ricercatori hanno non solo attribuito le sostanze trovate nelle carote di ghiaccio proprio al vulcano Okmok, ma hanno anche datato l’eruzione relativa alla seconda metà del I secolo a.C.. Inoltre, usando i dati chimici identificati nelle carote di ghiaccio, i ricercatori hanno fatto delle simulazioni computazionali. In base ad esse, hanno potuto stabilire che intorno al 43 a.C. l’eruzione dell’Okmok ha portato in atmosfera tante di quelle particelle che si è avuta una riduzione della temperatura non solo in Europa, ma anche nel continente Africano. Come controprova delle loro simulazioni, i ricercatori hanno anche effettuato analisi dendrologiche  che hanno confermato le ipotesi sul ruolo dell’Omkok nelle variazioni climatiche del I secolo a.C..

Interessante, vero, come un’eruzione vulcanica a migliaia di chilometri di distanza dall’Europa possa aver indirizzato la politica romana.

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