IL SOLE E LA VITA: alla scoperta della fotosintesi
di Marco Marchetti

 

 

INTRODUZIONE

Da più di quattro miliardi di anni il Sole inonda la Terra e tutto lo spazio circostante con una enorme quantità di energia; ogni secondo il Sole emette molta più energia di quella che l’Uomo ha consumato durante tutta la sua storia. Parte di questa energia viene emessa sotto forma di luce.

Noi siamo talmente abituati alla luce del Sole che spesso ci dimentichiamo di due fatti importantissimi. In primo luogo la luce è un lusso; infatti nel nostro universo domina il buio e la luce è un raro privilegio dei pianeti che orbitano sufficientemente vicini alle loro stelle. In secondo luogo la luce del Sole è di fondamentale importanza per quasi tutte le forme di vita sulla Terra; senza la luce del Sole la stragrande maggioranza degli organismi viventi che popola la superficie del pianeta (noi compresi) non potrebbe sopravvivere.

Il filo che lega la vita terrestre al Sole è un fenomeno fisico-chimico che prende il nome di ‘fotosintesi clorofilliana’; nelle pagine che seguono cercheremo di capire meglio di che cosa si tratta.

 

LA NASCITA DELLA VITA

La nostra storia incomincia quattro miliardi e seicento milioni di anni fa; in quest’epoca nei pressi di un braccio di una comunissima galassia a spirale, a circa 30 mila anni luce (nota 1) dal suo centro, si formarono il Sole, i nove pianeti attualmente conosciuti e tutti gli altri corpi minori, come asteroidi e comete, che compongono il nostro sistema solare.

Il meccanismo attraverso il quale nasce una stella è ormai ben noto; tutto prende il via quando una gigantesca nube di gas e polveri comincia a collassare su se stessa a causa di una perturbazione provocata dall’esplosione di una supernova (nota 2) oppure dal passaggio di una stella vicina. Man mano che il collasso procede la nube assume una forma pressoché sferica; la parte centrale della nube formerà così la neonata stella dopo di ché il materiale circostante tende rapidamente a disporsi in maniera tale da formare un disco. Dischi analoghi sono stati trovati in orbita ad alcune stelle vicine come Vega (la stella principale della costellazione della Lira) e Beta Pictoris (la seconda stella in ordine di luminosità della costellazione del Pittore). È stato ampiamente dimostrato che all’interno di dischi del genere è possibile la formazione di innumerevoli vortici ognuno dei quali tende a catturare tutta la materia circostante. Si formarono così i ‘planetesimi’, che vuol dire piccoli pianeti, e a partire dalle collisioni fra planetesimi si formarono i pianeti come noi li conosciamo.

Poco meno di quattro miliardi di anni fa sulla giovanissima Terra accadde qualcosa di straordinario: l’apparizione delle prime forme di vita.

Noi oggi non sappiamo se la vita è una logica conseguenza delle leggi fisiche che governano il cosmo; se così fosse l’universo dovrebbe pullulare di esseri viventi mentre invece se la nascita della vita fu un evento casuale allora la vita deve essere un fenomeno molto raro e con tutta probabilità quella terrestre è l’unica forma di vita presente nell’universo. Infatti la probabilità che un organismo vivente, o pseudo tale, possa emergere per un caso fortuito è talmente bassa che un evento del genere è molto difficile che possa accadere più di una volta.

Il meccanismo attraverso il quale apparvero i primi esseri viventi non è ancora stato chiarito ed è tuttora fonte di discussioni fra gli scienziati.

Secondo le teorie classiche le prime forme di vita apparvero negli oceani sottoforma di minuscoli aggregati di molecole in grado di interagire e cooperare fra loro all’interno di microscopiche membrane di tipo oleoso; sferule di questo tipo si formano spontaneamente quando si versa dell’olio sulla superficie dell’acqua contenuta, per esempio, in un bicchiere.

Secondo alcuni scienziati meno tradizionalisti la vita sarebbe arrivata sulla Terra dallo spazio a bordo di comete; questa è la famosa teoria chiamata ‘panspermia’ e uno dei suoi più tenaci propugnatori è stato Fred Hoyle, uno dei più grandi astronomi del novecento, recentemente scomparso.

Secondo altri la vita sulla Terra potrebbe essere arrivata a bordo di meteoriti dal pianeta Marte. Oggi Marte è un pianeta arido e desertico con una atmosfera molto tenue ma le stesse sonde spaziali (Mariner, Viking, Mars Pathfinder, Mars Global Surveyor) che ci hanno inviato le splendide immagini della superficie marziana ci hanno anche mostrato i letti di antichissimi fiumi e ciò che resta di antichissime alluvioni ed inondazioni al confronto delle quali il diluvio universale è una pioggerella primaverile. Di conseguenza Marte, durante le prime fasi della sua vita, doveva avere un aspetto completamente diverso da quello attuale; la sua atmosfera era molto più densa e piogge e temporali abbondavano.

Viste le premesse destò molta sensazione l’annuncio, fatto nel 1996 dall’allora presidente degli Stati Uniti Bill Clinton, che all’interno di un meteorite marziano era stata trovata traccia di una antica attività batterica. Il meteorite, noto con la sigla ALH 84001, era stato ritrovato nel 1984 in Antartide sulla superficie della quale era caduto circa 13 mila anni fa. In un primo momento era stato scambiato per un meteorite qualsiasi ma quando gli scienziati casualmente si accorsero che proveniva da Marte fu fatto oggetto di intensi studi i quali rivelarono ciò che resta di una antichissima attività batterica marziana. Gli autori della scoperta si spingono ancora più in là; infatti sostengono di avere anche individuato degli organelli, che assomigliano a microscopici salsicciotti, i quali potrebbero essere batteri marziani fossilizzati.

Questi risultati sono tutt’ora fonte di vivaci discussioni e non sono accettati da tutti ma se in futuro dovessero trovare conferma la possibilità di una nostra origine marziana potrebbe farsi ben più concreta.

Comunque siano andate le cose sta di fatto che circa tre miliardi e mezzo di anni fa, cioè un miliardo di anni dopo la nascita della Terra, gli oceani del nostro pianeta pullulavano di vita.

Questa vita era rappresentata da organismi unicellulari (cioè composti da una sola cellula) molto primitivi i quali prosperavano nelle acque degli oceani terrestri a profondità superiori ai dieci metri. Questo fatto si spiega tenendo presente che l’ossigeno, oggi così importante per tante categorie di esseri viventi (noi compresi), era praticamente assente nell’atmosfera terrestre primordiale; di conseguenza era anche assente lo strato di ozono che oggi protegge la superficie terrestre dalle radiazioni ultraviolette solari che sono in gran parte pericolosissime per gli esseri viventi. In quell’epoca la radiazione ultravioletta arrivava indisturbata a terra rendendo così inaccessibili agli esseri viventi la superficie dei mari e degli oceani e la terraferma. Però la radiazione ultravioletta perde di efficacia nell’acqua al di sotto dei dieci metri di profondità e ciò spiega l’esistenza di questo limite.

Questa miriade di microorganismi si nutriva fermentando le numerosissime molecole organiche che piovevano in mare provenienti dall’atmosfera dove venivano generate dall’azione dei fulmini. Microorganismi analoghi sono sopravvissuti fino ai giorni nostri; li troviamo in azione, per esempio, nel mosto dove sono responsabili della trasformazione degli zuccheri presenti nell’uva in alcool etilico e biossido di carbonio.

Gli scienziati sostengono che a quei tempi la quantità di sostanze nutrienti era praticamente illimitata ma noi sappiamo che, per quanto abbondanti siano le scorte di cibo, una popolazione di individui non può crescere all’infinito. Infatti prima o poi il cibo si esaurisce e si verifica una crisi. Di conseguenza la natura si trovò costretta a cercare nuove strade evolutive cioè a inventare nuove strategie di sopravvivenza; in caso contrario l’avventura della vita sul nostro pianeta sarebbe finita molto presto.

Ed effettivamente la natura non si fa attendere ed inventa una tecnica di sopravvivenza completamente nuova, semplice e talmente vincente che è giunta praticamente immutata fino ai giorni nostri.

L’idea di base è a dir poco geniale. Alcune speci di microorganismi, fra le quali ricordiamo i ‘solfobatteri’ e le ‘alghe verdi azzurre’, invece che procurarsi il cibo dall’ambiente circostante trovano la maniera di autocostruirselo.

I solfobatteri vevevano nei fondali marini in prossimità di sorgenti termali dalle quali fuoriusciva solfuro di idrogeno (il gas dal caratteristico odore di uova marce) in gran quantità; ebbene questi geniali microorganismi riuscivano ad estrarre il carbonio dal biossido di carbonio disciolto nell’acqua e l’idrogeno dal solfuro di idrogeno e grazie al carbonio e all’idrogeno così ottenuti riuscivano ad autocostruirsi il proprio cibo. Ricordiamo infatti che il legame fra carbonio e idrogeno (CH) sta alla base di moltissime molecole organiche.

Lo stesso principio, ma in una versione più efficiente, veniva utilizzato dalle alghe verdi azzurre le quali prosperavano nelle acque degli oceani il più possibile vicino alla superficie. In questo caso l’idrogeno, anziché essere estratto dal solfuro di idrogeno, veniva ricavato direttamente dall’acqua che ne forniva quindi una quantità virtualmente illimitata.

Abbiamo quindi a che fare con vere e proprie operazioni di ‘smontaggio’ e ‘rimontaggio’ delle molecole; queste operazioni richiedono però grandi quantità di energia ed è lecito chiedersi da dove proveniva questa energia. La risposta a questa domanda è talmente semplice che, ancora una volta, non possiamo non stupirci di fronte all’ingegnosità della natura: l’energia è quella trasportata dalla luce del Sole.

Infatti la radiazione emessa dal Sole penetra all’interno della cellula e innesca una reazione fotochimica su un pigmento verde, chiamato clorofilla, il quale si ritiene sia stato inglobato casualmente in queste prime cellule; questa reazione fotochimica dà il via alle operazioni di smontaggio e rimontaggio delle molecole che permettono a questi geniali microorganismi di autoassemblarsi i propri alimenti anziché andarli continuamente a cercare come i microorganismi fermentatori.

Questo meccanismo è stato chiamato ‘fotosintesi clorofilliana’.

La nascita della fotosintesi è quindi antichissima e quasi coincide con la nascita della vita; anzi, secondo alcuni ricercatori la fotosintesi è la nascita della vita. Comunque sia in questa lontana epoca, risalente a poco meno di quattro miliardi di anni fa, cominciano a delinearsi due grandi categorie di esseri viventi; troviamo infatti ‘organismi fermentatori’, i quali sono costretti a cercarsi continuamente il proprio cibo nell’ambiente, e ‘organismi fotosintetizzatori’ che invece, grazie alla fotosintesi, si autoassemblano i propri alimenti.

Comincia così la grande avventura evolutiva della clorofilla e della fotosintesi; oggi, dopo quasi quattro miliardi di anni, il risultato è sotto i nostri occhi.

Tutto il mondo vegetale deve la propria esistenza alla fotosintesi clorofilliana: dalle foreste di betulle che vivono nelle fredde regioni artiche alle rigogliose foreste pluviali presenti nelle regioni equatoriali, dalla tenera erbetta del prato sotto casa alle millenarie sequoie e ai possenti baobab. Anche il regno animale dipende in tutto e per tutto, anche se in maniera indiretta, dalla fotosintesi; infatti gli animali erbivori si nutrono di piante mentre quelli carnivori si nutrono di erbivori. Vediamo quindi emergere un suggestivo e magico equilibrio fra produttori e consumatori di cibo; grazie a questo equilibrio la vita ha potuto e potrà prosperare sul pianeta Terra per miliardi di anni (Uomo permettendo!).

La fotosintesi clorofilliana fu e continua ad essere importantissima anche per un altro motivo. Abbiamo visto come l’atmosfera della giovane Terra fosse sprovvista di ossigeno; la mancanza di ossigeno rendeva inaccessibile agli esseri viventi la terraferma e li costringeva a vivere nei mari e negli oceani ben al di sotto della superficie. Inoltre a quel tempo l’ossigeno era puro veleno poiché è un elemento molto reattivo e tende a combinarsi molto facilmente con il carbonio ostacolando così la formazione dei primi aggregati di molecole, precursori dei primi organismi viventi.

Abbiamo visto come le alghe verdi azzurre riuscivano a scomporre le molecole di acqua e di biossido di carbonio per estrarre l’idrogeno e il carbonio necessari ai loro cicli vitali; da questo gioco di smontaggio e montaggio rimane escluso l’ossigeno (contenuto sia nell’acqua che nel biossido di carbonio) il quale è a tutti gli effetti un prodotto di scarto e viene espulso.

Comincia così un lento e continuo ‘avvelenamento’ da ossigeno delle acque degli oceani e poi successivamente dell’atmosfera; dopo tre miliardi di anni di attività fotosintetica si verificheranno due importantissimi cambiamenti.

Il primo è che alcune speci di esseri viventi riusciranno ad utilizzare l’ossigeno per la combustione degli alimenti; queste reazioni chimiche sono molto più efficienti delle reazioni legate alla fermentazione poiché i prodotti finali della fermentazione sono molecole ancora ricche di energia.

Di conseguenza un’altra grande categoria di esseri viventi, gli organismi che ‘respirano’, si affianca a quelle già esistenti dei fermentatori e dei fotosintetizzatori.

Il secondo grande avvenimento è di tipo ambientale; l’ossigeno nell’atmosfera ha ormai raggiunto il valore attuale (20%) e nell’alta atmosfera si è formato uno spesso strato di ozono, una forma di ossigeno molecolare, il quale assorbe le radiazioni ultraviolette nocive emesse dal Sole e impedisce loro di arrivare al suolo. Di conseguenza la vita, dopo miliardi di anni di segregazione nelle profondità marine, è libera di raggiungere la superficie degli oceani e successivamente di sbarcare sulla terraferma.

A questo punto è giunto il momento di andare a conoscere meglio l’artefice di questa grande avventura evolutiva della vita; senza la sua benefica luce e il suo indispensabile calore la natura avrebbe potuto fare ben poco: stiamo ovviamente parlando del Sole.

 

IL SOLE

Il Sole è la stella a noi più vicina. Esso si trova al centro di un sistema composto da nove pianeti, alcune decine di satelliti e un numero imprecisato ma decisamente molto grande di corpi minori; la Terra è il terzo pianeta in ordine di distanza, distanza che mediamente si aggira intorno ai 150 milioni di chilometri.

Il Sole ha una massa pari a 300 mila volte quella della Terra (nota 3). La zona più esterna visibile si chiama fotosfera e raggiunge una temperatura intorno ai 6 mila gradi; ciò fa sì che la frazione più abbondante dell’energia emessa si trovi in corrispondenza della luce gialla. Esistono stelle con temperature superficiali più elevate le quali ci appaiono di colore bianco o azzurro mentre esistono stelle più fredde che brillano di luce rossa. Il Sole, con il suo caratteristico colore giallo, è un tipo di stella molto comune nella nostra galassia.

Non ci si stancherà mai di ripetere che la visione diretta del Sole ad occhio nudo oppure attraverso un telescopio senza opportuni filtri può arrecare gravissimi danni alla vista e può portare in breve tempo alla cecità.

Osservato con le dovute precauzioni (nota 4) il Sole è veramente affascinante. Con piccoli strumenti sono già visibili le famose ‘macchie’, zone della fotosfera sedi di intensi campi magnetici più fredde delle regioni circostanti, il cui evolversi giorno dopo giorno può fornire parecchio materiale di studio anche all’astrofilo.

Con strumenti e filtri decisamente professionali sono, invece, visibili le protuberanze. Le protuberanze sono titaniche esplosioni, che avvengono sulla superficie solare, le quali scagliano quantità impressionanti di materia nello spazio; esaurita la spinta dell’esplosione il materiale ricade sul Sole. Una protuberanza solare può nascere, evolvere ed esaurirsi nell’arco di poche ore.

Ciò che colpisce di più del Sole è l’enorme quantità di energia che esso continuamente emette nello spazio da quattro miliardi e seicento milioni di anni, cioè dall’epoca della sua nascita. La quantità di energia solare che colpisce la Terra nell’unità di tempo (cioè la potenza) è notevole: 1,36 chilowatt per metro quadrato. I tre quarti di questa potenza raggiungono la superficie terrestre mentre il rimanente quarto viene assorbito dall’atmosfera. Ovviamente l’energia che raggiunge la Terra è solo una frazione infinitesima di quella totale poiché il Sole emette energia in tutte le direzioni. Per calcolare la potenza totale rilasciata dal Sole occorre moltiplicare il valore di 1,36 chilowatt per metro quadrato per tutti i metri quadrati che compongono la superficie di una sfera immaginaria centrata sul Sole con un raggio pari alla distanza Terra-Sole. Il valore che otterremmo è straordinariamente ed immensamente grande: come accennato nell’introduzione il Sole ogni istante emette più energia di quella che la civiltà umana ha consumato in tutta la sua storia.

Da quando risultò chiaro che la Terra è molto più vecchia delle poche migliaia di anni riportate dalla Bibbia la natura dell’energia emessa dal Sole ha affascinato e turbato non pochi scienziati; non era infatti chiaro per nulla da dove il Sole potesse trarre quella straordinaria quantità di energia che ogni istante emette.

Supponiamo per un istante che l’energia del Sole sia di tipo chimico, per esempio liberata grazie ad una combustione. Se il Sole fosse una immensa sfera di carbone e illuminasse lo spazio circostante grazie alla combustione di questo carbone la sua vita sarebbe estremamente breve: non più di mille anni.

Verso la fine del 1800 H. L. Helmotz e W. T. Kelvin, due fra i padri fondatori di quella branca della fisica chiamata termodinamica, idearono un metodo molto più efficiente. Immaginarono il Sole come una sfera di gas continuamente sottoposta ad una lenta contrazione per effetto della gravità; un gas compresso tende ad aumentare la propria temperatura e quindi ad emettere energia. In questo caso la vita della nostra stella si sarebbe allungata fino ad arrivare a dieci milioni di anni ma era ancora troppo poco; già in quest’epoca le prove che la vita doveva essere molto più antica erano innumerevoli.

Il mistero della fonte di energia del Sole rovinò il sonno e la salute di astronomi e fisici fino ai primi anni del novecento. La soluzione arrivò da una direzione completamente nuova; era una strada affascinante e suggestiva che avrebbe portato l’Uomo a svelare il mistero della sorgente dell’energia del Sole ma che gli avrebbe anche indicato la via più breve per la costruzione della bomba H.

Il punto di partenza si trova nel cuore dell’atomo.

L’idea che tutta la materia fosse composta da unità elementari, denominate atomi, non era nuova; essa risaleva addiritura al grande filosofo e naturalista greco Democrito (460 – 350 a.C. circa) anche se non era suffragata da alcuna evidenza sperimentale.

Gli esperimenti condotti nei primi anni del novecento dimostrarono che l’idea era sostanzialmente corretta anche se risultò subito evidente che l’atomo non è indivisibile, come sosteneva Democrito, ma ha una sua struttura interna.

Infatti un atomo è composto da un piccolissimo nucleo molto compatto e da alcuni corpuscoli che gli ruotano attorno. Nel nucleo possono trovare posto due tipi di particelle: i protoni, dotati di carica elettrica positiva, e i neutroni che sono elettricamente neutri. I corpuscoli che ruotano attorno al nucleo dell’atomo sono gli elettroni che sono dotati di carica elettrica negativa. In condizioni ordinarie il numero dei protoni uguaglia quello degli elettroni di modo che l’atomo, nel suo complesso, è elettricamente neutro.

L’atomo più semplice è quello dell’idrogeno il cui nucleo è composto da un solo protone attorno al quale ruota un elettrone, segue l’atomo di elio con un nucleo formato da due protoni e due neutroni mentre l’atomo più pesante e complesso presente in natura è quello dell’uranio composto da 92 protoni e 146 neutroni. Ciò che distingue un materiale da un altro è il numero di protoni contenuti nei nuclei dei suoi atomi.

Nel 1927 due fisici tedeschi, R. E. Atkinson e G. F. Houtermass, scoprirono che in condizioni di temperature e pressioni molto elevate (si parla di temperature dell’ordine di milioni di gradi), è possibile che nuclei di atomi leggeri possano unirsi, cioè fondere, per formare nuclei di elementi più pesanti. Questo fenomeno si chiama ‘fusione nucleare’.

Per esempio quattro nuclei di atomi di idrogeno possono, attraverso reazioni successive, unirsi fra loro per formare un nucleo di un atomo di elio.

Se noi, però, facessimo un piccolo conto ci accorgeremmo che il nucleo dell’atomo di elio così prodotto è più leggero della somma dei quattro nuclei di idrogeno originari. Dove è finita la massa mancante?

È molto semplice: si è trasformata in energia; infatti già nel 1905 Albert Einstein aveva dimostrato che massa ed energia sono equivalenti ed è possibile passare da una forma all’altra. L’energia liberata nelle reazioni di fusione nucleare è milioni di volte più abbondante di quella rilasciata durante le ordinarie reazioni chimiche (come la combustione).

Ecco dunque il segreto che si cela nel Sole; nel nucleo della nostra stella tonnellate e tonnellate di idrogeno vengono continuamente convertite in elio liberando quella enorme quantità di energia che tanto aveva stupito intere generazioni di fisici ed astronomi. In altre parole la nostra stella è un immenso reattore a fusione nucleare oppure, dipende dai punti di vista, è una gigantesca bomba H (dove H sta per idrogeno) controllata. Infatti la fusione nucleare è anche il principio che sta alla base del funzionamento della bomba all’idrogeno con la differenza che mentre nel centro del Sole le straordinarie condizioni di pressione e temperatura necessarie alla fusione nucleare sono la norma nel caso di una bomba H queste condizioni vengono raggiunte tramite l’esplosione preliminare di una bomba atomica (nota 5).

 

LA FOTOSINTESI CLOROFILLIANA

Il Sole e la Vita: un legame forte e indissolubile realizzato e mantenuto grazie alla fotosintesi clorofilliana. Andiamo quindi a conoscere meglio questo piccolo capolavoro di ingegneria biologica.

La fotosintesi clorofilliana consente l’utilizzo di sostanze inorganiche semplici come l’acqua e il biossido di carbonio per la costruzione di molecole organiche complesse come il glucosio ed è l’unico sistema in grado di trasformare direttamente l’energia trasportata dalla radiazione solare in energia chimica.

Il meccanismo attraverso il quale di compie la fotosintesi è stato chiarito nel corso del ventesimo secolo e può essere diviso in due fasi distinte: la fase luminosa e la fase oscura.

Durante la fase luminosa vi è produzione di energia chimica a partire da quella solare mentre durante la fase oscura vi è produzione di glucosio a partire dall’energia chimica accumulata in precedenza. Queste serie di reazioni chimiche avviene all’interno di organelli cellulari chiamati ‘cloroplasti’; nelle piante i cloroplasti si trovano principalmente nelle foglie e nelle parti verdi dei giovani fusti. Ogni cloroplasto contiene un sistema di membrane in cui trovano posto le molecole di clorofilla (nota 6).

La parte di glucosio che non viene utilizzata subito come fonte energetica può essere convertita in altri composti organici come i lipidi oppure immagazzinata sotto forma di amido oppure ancora trasformata in cellulosa.

 

EPILOGO

Fra cinque miliardi di anni il Sole avrà esaurito l’idrogeno, il suo principale combustibile nucleare, e a questo punto la nostra stella avrà i giorni contati.

È pur vero che i nuovi elementi che si sono formati a partire dalla fusione dell’idrogeno (elio, berillio, boro, ossigeno, etc.) possono a loro volta fondersi per formare elementi ancora più pesanti ma questi nuovi combustibili nucleari avranno una durata estremamente più breve di quella dell’idrogeno. Inoltre man mano che la fusione nucleare coinvolge elementi sempre più pesanti essa diventa sempre meno efficiente. La festa finisce quando le reazioni di fusione producono ferro; il ferro è un materiale molto stabile dal punto di vista nucleare e con questo elemento (e con quelli più pesanti) la fusione nucleare non è più possibile.

Di conseguenza la forza di gravità, non più contrastata dal motore interno del Sole ormai spento, prenderà il sopravvento e comprimerà la nostra stella fino a ridurla a una sfera non più grande della Terra; dopo di che il collasso si arresterà poiché la forza di gravità sarà equilibrata dall’enorme pressione generata da così tanta materia confinata in uno spazio così ristretto.

A questo punto inizia un lento ed inesorabile raffreddamento che porterà ciò che resta del nostro Sole alla fase finale della sua vita: una fredda e scura sfera di materia superdensa vagante nello spazio.

Senza la luce del Sole la vita come noi la conosciamo sarà impossibile. Anche la tecnologia umana dipende fortemente dal Sole; infatti l’energia che otteniamo dai combustibili fossili, dai salti d’acqua, dai pannelli solari e dalle centrali eoliche è tutta energia solare convertita.

Però da circa cinquant’anni l’Uomo ha imparato ad utilizzare una fonte di energia completamente indipendente dal Sole: ci riferiamo all’energia nucleare. Oggi quasi il 20% dell’energia elettrica prodotta nel mondo è di origine nucleare; gli attuali reattori nucleari basano il loro funzionamento sulla fissione nucleare ma in tutto il mondo sono in corso studi e ricerche finalizzati alla realizzazione di reattori a fusione.

Di conseguenza una civiltà tecnologica può, almeno in linea di principio, fare a meno dell’energia del Sole ma in un mondo del genere l’azzurro dei cieli, il cinguettio degli uccelli e il fruscio del vento in mezzo alle foglie degli alberi saranno solo un lontanissimo ricordo.

 

Monografia n.75-2002/2


Note a “IL SOLE E LA VITA: alla scoperta della fotosintesi

 

 

(1) - L’anno luce è una unità di misura comunemente usata in astronomia e corrisponde alla distanza percorsa in un anno dalla luce viaggiando alla velocità di 299.792,458 chilometri al secondo.
Può sembrare una unità di misura esagerata ma le distanze in astronomia sono talmente grandi che anche l’anno luce sta un po’ stretto agli astronomi; infatti nella maggior parte dei casi vengono utilizzate altre unità di misura come il parsec (3,26 anni luce), il Kiloparsec (mille parsec) e il Megaparsec (un milione di parsec).

 

 

(2) - il termine supernova indica la fase finale della vita di una stella molto massiccia e luminosa; questo tipo di stelle termina la propria esistenza con una gigantesca esplosione. Le supernovae sono da annoverarsi fra i fenomeni più violenti ed energetici che si conoscano.

 

 

(3) - per gli amanti dei numeri diremo che la Terra ha una massa pari a 6x1024 chilogrammi mentre il Sole ha una massa pari a 2x1030 chilogrammi.

 

 

(4) - le persone interessate alla visione del Sole possono contattare le numerose associazioni di astrofili presenti su tutto il territorio nazionale.
L’
A.R.A.R., presente a Ravenna dal 1973, organizza mensilmente osservazioni telescopiche del Sole.

 

 

(5) - la bomba atomica sfrutta un altro tipo di reazione nucleare che è l’inverso della fusione.
Nel 1938 O. Hahn e F. Strassman, due fisici tedeschi che lavoravano a Berlino, si accorsero che bombardando il nucleo dell’atomo di uranio con neutroni il nucleo bombardato si spezzava in due parti, due nuclei di elementi più leggeri, liberando altri neutroni e una grande quantità di energia. Questo fenomeno fu chiamato fissione nucleare.
Anche in questo caso se facessimo il solito conto ci accorgeremmo che la somma dei nuclei risultanti è leggermente più leggera del nucleo di uranio originale; la massa mancante si è trasformata in energia.
L’energia liberata durante la fissione nucleare è molto inferiore dell’energia rilasciata durante una fusione ma rimane sempre enormemente maggiore di quella liberata da una combustione.
Ora se si fa in modo che almeno uno dei neutroni liberati durante una fissione nucleare vada a colpire un altro nucleo di uranio ecco che otteniamo una reazione che si autosostiene: otteniamo cioè quella che è stata chiamata reazione a catena. In una bomba atomica si fa in modo, in sede progettuale, che la reazione a catena assuma un carattere esplosivo mentre invece nelle centrali nucleari, dove si sfrutta l’energia nucleare per scopi pacifici, si fa in modo che la reazione a catena sia costantemente sotto controllo.

 

 

(6) - notiamo come la fotosintesi clorofilliana sia il meccanismo inverso della respirazione. Le reazioni chimiche coinvolte sono infatti le seguenti:

fotosintesi: 6CO2 + 6H2O + energia ® C6H12O6 + 6O2

respirazione: C6H12O6 + 6O2 ® 6CO2 + 6H2O + energia

 

 

 

Monografia n.75-2002/2


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