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Cosa c’e’ sotto i nostri piedi?

28 Apr

In questi giorni, molti giornali e siti internet hanno pubblicato la notizia di una nuova misura rigurdante la temperatura al centro della Terra. Come avrete letto, il nuovo risultato stabilisce una temperatura del centro della Terra a 6000 gradi centigradi, ben 1000 gradi maggiore rispetto al valore precedentemente conosciuto e misurato circa 20 anni fa. Tra l’altro, moltissime fonti enfatizzano il fatto che questi 6000 gradi, misurati al centro del nostro pianeta, sono paragonabili alla temperatura esterna del Sole.

Temperature della Terra dalla superficie al centro

Temperature della Terra dalla superficie al centro

E dunque? Purtroppo, come spesso accade, molti siti sono sempre pronti a pubblicare notizie di carattere scientifico, ma un po’ meno a dare spiegazioni. In realta’, questa misura e’ estremamente complessa ed e’ stata possibile solo grazie alla collaborazione di diversi centri di ricerca. Inoltre, la nuova determinazione della temperatura interna del pianeta, consente di verificare molti modelli riguardanti diversi settori della scienza.

Da quanto detto, credo che questa notizia meriti un piccolo approfondimento, anche solo per capire meglio questi concetti, che sempre affascinano le persone.

Per prima cosa: come e’ stata fatta questa misura?

Ad oggi, sappiamo che, scendendo verso il centro della Terra, ci sono zone ad alta pressione occupate da ferro e zolfo liquidi. Pian piano che ci avvicianiamo al centro pero’, e le pressioni continuano ad aumentare, si trova un blocco di ferro solido, che occupa la parte piu’ interna del nostro pianeta. Come sappiamo questo? L’evidenza di questa composizione, ma anche il volume occupato dalla parte solida e da quella liquida, vengono determinati studiando le onde sismiche dei terremoti di intensita’ maggiore. Cosa significa? Le onde emesse durante un forte sisma, si propagano all’interno della Terra e interagiscono in modo diverso incontrando un volume solido o liquido. Bene, misurando queste interferenze, se volete ascoltando il loro eco, e’ possibile determinare lo spessore del nucleo solido del nostro pianeta. Purtroppo, questi studi non ci danno nessuna informazione sulla temperatura interna della Terra. Per ricavare questi valori e’ necessario procedere in modo diverso.

Arriviamo dunque alla misura in questione. Come potete immaginare, sapendo che nel nucleo e’ presente sia ferro solido che liquido, basta determinare i punti di fusione di questo metallo per arrivare all’informazione cercata. Purtroppo, il discorso non e’ cosi’ semplice. In questo caso, oltre alla temperatura, gioca un ruolo essenziale anche la pressione a cui il ferro e’ sottoposto. Pressione e temepratura sono due variabili indipendenti di cui tenere conto per determinare il punto di fusione del ferro.

Per capire questo importante concetto, vi faccio un esempio noto a tutti. Quando si dice che la temperatura di ebollizione dell’acqua e’ 100 gradi, ci si riferisce alla pressione atmosferica. Come sicuramente avrete sentito dire, esistono delle differenze per questo valore a seconda che vi troviate al mare o in montagna. Questo e’ comprensibile proprio considerando i diversi valori di pressione. In questo caso, possiamo vedere la pressione come il peso della colonna d’aria sopra le nostre teste. Variando il valore della pressione, cambia dunque la temperatura di ebollizione dell’acqua. La stessa cosa avviene per il ferro al centro della terra, ma per valori di temperatura e pressioni molto diversi da quelli a cui siamo abituati.

Quando parliamo di pressioni al centro della Terra, stiamo pensando a valori che si aggirano intorno a qualche milione di atmosfere. Per poter studiare le traformazioni di fase del ferro con questi valori di pressione e temperatura, i ricercatori francesi hanno costruito uno strumento ad hoc, di cui vi mostro uno schema:

Schema dello strumento utilizzato per simulare le pressioni al centro della Terra

Schema dello strumento utilizzato per simulare le pressioni al centro della Terra

Come vedete, una lamina di ferro viene messa tra due diamanti, in modo tale che la punta tocchi la superficie. Spingendo i due diamanti su un punto molto piccolo, si riescono a creare le pressioni richieste per la misura. Per scaldare invece il ferro alle temperature richieste, vengono utilizzati potenti fasci laser in grado di far salire la temperatura fino a diverse migliaia di gradi.

A questo punto, appare evidente che tutto il sistema debba essere isolato termicamente e chimicamente dall’ambiente esterno per impedire perdite di calore ma anche che il ferro reagisca con l’ambiente viziando il risultato. In questo caso, per poter determinare lo stato solido o liquido del campione, si sono utilizzate le emissioni a raggi X del materiale, in modo da poter determinare lo stato fisico, senza perturbare in nessun modo la misura.

Dai modelli sismici utilizzati, nello strato in cui il ferro e’ liquido, si ha una temperatura di 4800 gradi con una pressione di 2.2 milioni di atmosfere, risultato confermato dalla misura. Se pero’ aumentiamo ancora la pressione, analogamente a quanto accade mentre scendiamo vicino la centro della Terra, e la portiamo ad un valore di 3.3 milioni di atmosfere, ci si accorge che per far solidificare il ferro, come osservato dallo studio delle onde sismiche, e’ necessaria una temperatura di 6000 gradi.

Cosa significa questo? Riassumendo, sappiamo dai modelli sismici che il centro della terra e’ di ferro solido circondato da ferro liquido. Con il dispositivo visto, e’ stato possibile determinare che alle pressioni del centro della Terra, affinche’ il ferro sia solido, e’ necessaria una temperatura di 6000 gradi. Bene, questo e’ proprio il valore della temperatura al centro del nostro pianeta e che e’ stato possibile misurare con precisione, solo 500 gradi di incertezza sperimentale, con questa importantissima ricerca.

Come vi avevo anticipato, queto nuovo valore e’ circa 1000 gradi superiore a quello precedente ottenuto 20 anni fa. Perche’ questa differenza? Il sistema usato in precedenza per ottenere le alte pressioni richieste era molto simile a quello odierno. La caratteristica che ha permesso di misurare con precisione la temperatura, e’ lo studio delle transizioni del ferro osservando il tutto ai raggi X. Nella precedente misura, venivano utilizzate onde visibili. Come evidenziato in questa nuova misura, arrivati a circa 5000 gradi, si presentano fenomeni di cristallizzazione superficiale del ferro, che molto probabilemnte sono stati interpretati in passato come l’inizio della transizione nella fase solida, mentre, come visto in questa misura, per arrivare in questo stato, e’ necessario aumentare ancora di 1000 gradi la temperatura.

Ultima importante considerazione: come visto, la temperatura del mantello intorno al nucleo e’ di circa 4800 gradi, cioe’ 1200 gradi inferiore a quella del blocco di ferro solido. Bene, questa differenza di temperatura e’ fondamentale per capire un altro importante parametro del nostro pianeta e di cui spesso abbiamo parlato, il campo magnetico. Come sapete, spesso abbiamo parlato di geomagnetismo per sfatare tutte quelle voci catastrofische che vorrebbero un’inversione dei poli in corso:

Inversione dei poli terrestri

L’anomalia del Sud Atlantico

Il battito naturale …. della Terra

Bene, la differenza di temperatura tra gli strati interni, insieme anche alla rotazione della terra intorno al suo asse, sono proprio i responsabili della generazione del nostro campo magnetico. Per dirlo in parole semplici, l’interno della Terra si comporta come una dinamo in cui le correnti sono correnti termiche spinte dalla differenza di temperatura.

Come vedete, alla luce di quanto detto, e’ abbastanza riduttivo quanto si puo’ leggere sui giornali. Questa misura e’ estremamente interessante dal punto di vista tecnico, ma soprattutto i risultati ottenuti sono di prim’ordine. Come anticipato, i nuovi valori trovati consentiranno di migliorare notevolmente i modelli anche dal punto di vista geologico, utili anche per studiare la propagazione dei terremoti sul nostro pianeta. Detto questo, la misura apre il campo anche a possibili studi per cercare di riprodurre in laboratorio le condizioni di pressione e temperatura presenti in ogni strato del nostro pianeta. Avere una mappa di questo tipo, potrebbe fornire dati estremamente importanti per capire al meglio anche l’origine e l’evoluzione della nostra Terra.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

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L’anomalia del Sud Atlantico

7 Gen

Come sappiamo bene, per il 21 Dicembre 2012, una delle profezie che ha riscosso maggior successo era quella che voleva un’inversione del campo magnetico terrestre con il conseguente aumento della radiazione, potenzialmente nociva, proveniente dal Sole.

Anche se il 21/12 e’ trascorso senza nessuna fine del mondo, non credo che ci sia bisogno di dimostrare questo, non si sono assolutamente calmate le tantissime teorie che ancora sfruttano un’eventuale indebolimento o anche l’inversione del campo magnetico.

Di queste problematiche abbiamo parlato in dettaglio in questo post:

Inversione dei poli terrestri

Come potete leggere, abbiamo ammesso che il polo nord magnetico si stia costantemente spostando e, stando ai calcoli e alle previsioni attuali, dovrebbe raggiungere la Siberia nel giro di circa 5o anni.

Nonostante questo, come anticipato, molte fonti ancora sostengono l’indebolimento del campo geomagnetico. In particolare, alcune di queste portano come prova scientifica a sostegno l’esistenza della cosiddetta anomalia del Sud Atlantico. Detta in parole molto semplici, si tratta di una zona vicina al Sud America, a largo del Brasile, dove lo schermo magnetico offerto dal campo contro la radiazione solare e’ meno forte, consentendo ad un numero maggiore di particelle di raggiungere quote piu’ basse.

Fate attenzione ad una cosa. Ho detto “dove lo schermo magnetico e’ meno forte”, non ho assolutamente detto “dove il campo magnetico e’ piu’ basso”. Come vedremo nel seguito, questa distinzione e’ fondamentale per smascherare queste teorie.

Veniamo all’ipotesi catastrofista. Secondo queste fonti, l’anomalia dal Sud Atlantico sarebbe una zona con minor campo magnetico, e questa sarebbe la prova che, prima di tutto, il campo magnetico terrestre sta velocemente diminuendo e, a sua volta, questo sarebbe il preludio all’inversione dei poli terrestri.

Prima di tutto una considerazione. Come detto piu’ volte anche nel post precedente, esistono prove di inversioni passate dei poli magnetici terrestri. Queste osservazione vengono fatte studiando il paleomagnetismo, cioe’ l’orientazione dei materiali magnetici all’interno di strati di rocce. Inoltre, non esistono prove di estinzioni di massa di qualche specie animale in concomitanza con queste inversioni. Questa considerazione solo per calmare ulteriormente gli animi.

Nonostante questo, si fa molto presto a parlare di possibile pericolo e di inversione in corso.

Prima di parlare di questa anomalia del Sud Atlantico, vorrei chiudere definitivamente il discorso campo geomagnetico. Come sappiamo, molti dei dati scientifici su queste misurazioni sono normalmente disponibili su web e liberamente accessibili a tutti. Per quanto riguarda i valori del campo, e’ molto utile consultare i soliti archivi del NOAA che ci consentono di fare delle considerazioni molto utili. Prima di andare avanti vi consiglio di visitare questo link:

NOAA Campo magnetico

Ora, utilizzando la parte inferiore della pagina, mettiamo, ad esempio, gli anni compresi tra 1900 e 2012, in modo da poter visualizzare le informazioni su una statistica considerevole, impostando uno “step: di 1 anno. Nella tabella che vi si apre, trovate molte informazioni sul campo magnetico terrestre, intensita’ in tutte le direzioni, inclinazione, posizione dei poli, ecc. Concentriamoci sui parametri utili per la nostra discussione. Notiamo prima di tutto che abbiamo delle variazioni sia nell’inclinazione che nella declinazione. Questa e’ esattamente la controprova di quello che abbiamo gia’ detto, il polo nord e’ in movimento in direzione nord-ovest.

Ora, vediamo invece i valori di intensita’. La tabella e’ molto completa, dal momento che ci riporta l’intensita’ delle singole componenti in tutte le direzioni. Fate attenzione ad una cosa. Se il campo magnetico e’ in movimento in una direzione specifica, nord-ovest in questo caso, e’ del tutto normale che alcune componenti crescano, mentre altre diminuiscono. Questo non significa che il campo magnetico sta diminuendo nel complesso.

Per capire se l’intensita’ complessiva del campo sta cambiando, dobbiamo vedere l’ultima colonna, cioe’ quella relativa all’intensita’ totale del campo. Cosa troviamo? Semplice, che le variazioni riportate sono assolutamente trascurabili. Come vedete, questa e’ solo un’altra prova che il campo magnetico terrestre non sta assolutamente diminuendo.

A questo punto, speriamo di essere riusciti a sfatare una volta per tutte le voci che continuano a rincorrersi su internet.

Passiamo invece all’anomalia del Sud Atlantico. Abbiamo detto di cosa si tratta, ma soprattutto abbiamo detto che viene portata come prova della diminuzione del campo.

Cerchiamo di capire meglio.

Forma del campo magnetico terrestre

Forma del campo magnetico terrestre

Piu’ volte, abbiamo parlato del campo magnetico e del fatto che questo rappresenti per noi uno scudo per le particelle emesse dal Sole in direzione della Terra. La particolare forma del campo, fa si che i fasci di particelle vangano spinti in direzione dei poli dove riescono a penetrare nella bassa atmosfera, formando in particolare le aurore.

Ora, alcune delle particelle emesse dal Sole restano intrappolate nel campo magnetico terrestre, formando delle zone specifiche ricche di elettroni e protoni. Queste zone, sono le cosiddette fasce di Van Allen. In particolare, possiamo distinguere due fasce, dette interna ed esterna, con quote diverse, rispettivamente dense di protoni e di elettroni.

Non c’e’ assolutamente nulla di sconvolgente nell’esistenza di queste strutture. La loro presenza era stata predetta ancora prima dell’osservazione, studiando l’imbottigliamento magnetico offerto dal campo per effetto della cosiddetta forza di Lorentz.

Cosa c’entrano queste fasce con l’anomalia del Sud Atlantico?

Immaginiamo per un attimo le due fasce come due lobi simmetrici rispetto all’asse magnetico della Terra. Come sappiamo pero’, l’asse magnetico della Terra non e’ esattamente coincidente con quello di rotazione, ma ci sono circa 11 gradi di differenza tra loro. L’effetto di questo spostamento, fa si che da un lato, la fascia interna sia piu’ vicina alla superficie terrestre, mentre dall’altro lato sia piu’ lontana. In particolare, il punto di maggior avvicinamento, in cui la fascia si spinge fino a circa 200 Km dalla superficie, cade proprio nella parte a Sud dell’Atlantico.

Questo e’ un disegno che puo’ aiutarci a capire meglio la questione:

Spostamento delle fasce di Van Allen dovute alla differenza tra gli assi

Spostamento delle fasce di Van Allen dovute alla differenza tra gli assi

Come vedete lo spostamento tra i due assi, crea questa non simmetria nelle fasce di Van Allen, ed e’ proprio questo avvicinamento verso la superficie, ripeto da un solo lato, il responsabile dell’anomalia del Sud Atlantico. Effetto di questo spostamento e’ ovviamente una minor schermatura verso la radiazione terrestre.

E’ pericolosa l’anomalia?

Assolutamente no. Questa differenza nel potere schermante e’ stata scoperta nel 1958, ma esisteva anche prima di questa data ed e’ dovuta ai parametri stessi della nostra Terra. Una minore schermatura dalla radiazione solare, non significa assolutamente che vivere in quella zona significhi essere bombardati da particelle mortali. L’anomalia era gia’ presente prima di essere scoperta, e soprattutto prima che qualcuno su internet cominciasse a specularci sopra.

A riprova di questo, vi voglio mostrare un grafico molto interessante:

Flussi di protoni misurati in diverse zone della Terra

Flussi di protoni misurati in diverse zone della Terra

Questo disegno rappresenta la concentrazione di protoni misurata nelle varie zone della Terra. Notiamo che in prossimita’ dei poli, dove c’e’ la chiusura del campo magnetico e dove sappiamo essere convogliate le particelle, abbiamo delle concentrazioni maggiori. Sulla mappa e’ facilmente identificabile l’anomalia del Sud Atlantico in cui il flusso di particelle e’ maggiore ma notiamo che, ad esempio, i valori registrati sono simili a quelli di molte zone del Canada. Non mi sembra che nessuno si sia mai lamentato in Canada delle radiazioni solari.

Concludendo, l’anomalia del Sud Atlantico e’ solo una conseguenza dei parametri strutturali della Terra. In queste zone si ha un flusso di particelle maggiori dovuto ad una schermatura inferiore da parte del campo geomagnetico, ma assolutamente nulla di pericoloso. L’esistenza di questa anomalia, non costituisce in nessun modo una prova della diminuzione, ne’ tantomeno della prossima inversione, del campo magnetico. Tra l’altro, i valori riportati dal database del NOAA, confermano lo spostamento del polo Nord magnetico in direzione nord-ovest, ma non mostrano assolutamente una diminuzione sistematica dell’intesita’ totale del campo.

 

 

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Inversione dei poli terrestri

3 Nov

Negli ultimi giorni, sta tornando alla ribalta l’ipotesi secondo la quale il 21 Dicembre 2012 ci sara’ un’inversione dei poli magnetici terrestri. Di questo argomento se ne parla abbondantemente nel libro “Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, ma, dal momento che ho ricevuto diverse mail di utenti che mi chiedono il mio punto di vista, ho deciso di parlarne anche sul blog.

Cerchiamo prima di tutto di capire meglio cos’e’ il campo magnetico terrestre e se veramente una sua inversione dovrebbe preoccuparci.

Il geomagnetismo e’ un fenomeno del tutto naturale, per cui la nostra Terra presenta un campo magnetico intrinseco. Questo e’ assimilabile ad un campo dipolare, cioe’ con un polo Nord ed un polo Sud, ed in cui i poli magnetici non sono esattamente coincidenti con quelli geografici. Proprio grazie al magnetismo terrestre, possiamo utilizzare strumenti come la bussola, il cui ago si allinea perfettamente con la direzione delle linee di forza del campo, o, detto in parole semplici, il cui ago si allinea nella direzione dei poli magnetici.

Nell’immagine seguente viene mostrata la forma del campo magnetico terrestre mostrando anche la sua assimilazione ad un magnete dipolare:

Forma del campo magnetico terrestre

Oltre a far funzioanre la bussola, il campo magnetico terrestre offre un’importante difesa contro le radiazioni provenienti dal Sole. Come sappiamo, il sole emette nello spazio getti di particelle in parte anche nella direzione della nostra Terra. Questi fasci, che compongono la radiazione cosmica primaria, vengono deviati dal campo magnetico e in parte riescono a penetrare l’atmosfera in prossimita’ dei poli generando le aurore.

Effetto di schermo del campo magnetico per la radiazione proveniente dal Sole

Torando al 2012, perche’ tanto peso viene dato all’inversione dei poli magnetici? Quello che spaventa, non e’ tanto una configurazione con i poli invertiti rispetto alla situazione attuale, bensi’ il periodo, piu’ o meno lungo, in cui l’inversione e’ in corso. In questo transitorio infatti, sempre secondo le teorie catastrofiste, il campo sarebbe annullato lasciando la Terra priva del suo schermo naturale per la radizione solare.

I sostenitori del 2012 sostengono che e’ in corso l’inversione dei poli e che proprio il 21 Dicembre iniziera’ il periodo di annullamento del campo magnetico.

Cosa c’e’ di vero in questo? E’ veramente in corso l’inversione dei poli?

Cominciamo la nostra discussione partendo dalle prove portate a sostegno dai catastrofisti: il polo nord magnetico si sta spostando nel corso del tempo e negli ultimi tempi sta presentando un’accelerazione.

Posizione del polo Nord a partire dal 1831

Parte di questa affermazione e’ vera. Il polo Nord e’ in costante movimento nel corso degli anni e la sua posizione e’ costantemente misurata dalla scienza ufficiale. Nell’immagine riportata si vede la sua posizione a partire dal 1830, anno di inizio delle osservazioni.

Il polo Nord magnetico e’ in movimento in direzione Nord-Ovest e nel corso del XX secolo si e’ spostato di 1100 Km. Al ritmo attuale, il polo raggiungera’ la Siberia entro i prossimi 50 anni. Dai modelli e dalle simulazioni ci si aspetta pero’ che il movimento si sposti dall’attuale traiettoria e che rallenti sensibilmente nei prossimi 5-10 anni.

Dunque e’ vero che il polo Nord si sta spostando. E’ vero anche che questo spostamento indica un’inversione in corso del campo come sostenuto dai catastrofisti? Assolutamente no!

I fenomeni naturali, per quanto possano essere veloci, non sono istantanei. Con questo si intende che non e’ possibile che il campo magnetico parta dalla sua configurazione, si annulli istantaneamente e dopo un certo periodo di tempo si ripresenti imporovvisamente con i poli invertiti.

Per poter capire questi concetti possiamo prendere come esempio il nostro Sole. Anche la nostra stella ha un suo campo magnetico intrinseco ma, a differenza di quello terrestre, i poli vengono invertiti regolarmente ogni 11 anni. Questo significa che partendo da una configurazione, sono necessari 22 anni affinche’ il campo magnetico ritorni nella configurazione iniziale.

Anche il campo magnetico solare puo’ essere assimilato ad un dipolo, con un polo nord ed uno sud. In prossimita’ dell’inversione, le linee di forza, cioe’ la forma del campo magnetico, assume forme molto complesse e attorcigliate presentando una struttura multi-polare non uniforme e non ordinata. Dopo questa fase, il campo inizia a “stirarsi” nuovamente presentandosi con una struttura invertita.

Per capire meglio questi concetti, possiamo vedere la struttura delle linee di forza prima e durante l’inversione:

Linee di forza prima e durante l’inversione

Come vedete, nella fase di inversione la struttura e’ completamente diversa da quella standard.

Attualmente, la forma del campo magnetico terrestre e’ tutt’altro che attorcigliata. Come detto in precedenza, esistono moltissime misure, anche fatte da istituti indipendenti, che monitorano costantemente il campo magnetico e la posizione dei poli. Come ulteriore smentita ad un’inversione in corso, riguardate la struttura dei poli della figura precedente nel periodo intermedio. Capite bene come in una configurazione di questo tipo, chiunque con una bussola in mano potrebbe accorgersi che qualcosa e’ in atto, questo solo per smetire le immancabili voci complottiste o di copertura scientifica sulla cosa.

Prima di concludere il discorso, vorrei porre l’attenzione anche su un altro importante aspetto. L’inversione dei poli magnetici terrestri e’ un fenomeno possibile e di cui si ha traccia nel passato.

La conferma di queste affermazioni viene dal paleomagnetismo, cioe’ da quella branca della geologia che si occupa dello studio delle proprieta’ magnetiche di rocce e sedimenti. Questi materiali contengono infatti parti di materiali ferromagnetici che si orientano con la direzione del campo cosi’ come avviene per l’ago della bussola. Durante le eruzioni vulcaniche, enormi quantita’ di sedimenti vengono depositati sul terreno in uno stato semiliquido e dunque in grado di orientarsi con la direzione del campo. Quando inizia il raffreddamento delle rocce, i minerali ferromagnetici vengono bloccati rimendo orientati nella direzione del campo presente al momento.

Estraendo rocce vulcaniche di periodi differenti e datando i sedimenti, e’ stato possibile documentare una configurazione inversa del campo magnetico terrestre rispetto a quella attuale. In particolare, da questi studi e’ stato possibile ricavare che l’ultima inversione del campo e’ avvenuta nel pleistocene 780000 anni fa.

Concludendo, un’inversione del campo magnetico terrestre e’ un fenomeno possibile e di cui si ha traccia nel passato. E’ altresi’ vero che il polo Nord magnetico e’ in costante movimento, ma questo non e’ assolutamente una prova di una inversione in corso. Come abbiamo visto, la fase transitoria precedente lo scambio dei poli e’ caratterizzata da una forma del campo molto complessa e assolutamente diversa da quella attuale.

Supposizioni e dati non correlati sono i mezzi utilizzati per insinuare il dubbio nelle persone su molti argomenti scientifici. Prima di credere a questa o quella ipotesi, confrontate sempre diverse fonti e ragionate con la vostra testa, solo in questo modo potrete evitare di cadere nelle trappole catastrofiste di cui e’ pieno il web in questo periodo. Per affrontare scientificamente tutte le profezie sul 2012, capendo in primis la scienza che vi e’ alla base, non perdete in libreria “Psicosi 2012. Le risposte della scienza”.