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Metano su Marte: c’e’, non c’e’, c’era?

26 Set

Nella sezione:

Hai domande o dubbi

e’ stato richiesto un argomento molto interessante e attuale. Come potete vedere, si chiede un aggiornamento sulle ultime misure fatte da Curiosity, il rover che sta eplorando Marte, alla luce della notizia, tanto pubblicizzata, della concentrazione minore rispetto alle aspettative di metano. Come anticipato, si tratta di un argomento molto interessante e scientificamente importante. Purtroppo, anche questa volta, molti giornali e siti si sono lanciati in notizie eclatanti, senza pero’ spiegare in dettaglio qual e’ il significato di questo risultato, ma soprattutto cosa ci si aspetta per il futuro.

Per chi volesse maggiori informazioni sulla missione e sulle scoperte fatte, abbiamo parlato di Curiosity in questi post:

Curiosity: scoperta sensazionale?

– Curiosity e gli UFO

– Curiosity e gli UFO: dopo le foto, il video. 

Ecco la scoperta di Curiosity

Detto questo, e’ interessante ripercorrere la storia del metano su Marte, ragionando soprattutto su che cosa questa misura significihi.

Cerchiamo di ragionare insieme. Come sapete, a parte per il discorso ufo e avvistamenti vari che lascia il tempo che trova, uno degli obiettivi dell’esporazione spaziale e’, tra i tanti altri, quello di capire se c’e’ vita sugli altri pianeti del Sistema Solare o anche se in passato ci sono state le condizioni affinche’ una qualche forma di vita si sia sviluppata.

Fin qui ci siamo. Ogni qual volta si parla di condizioni adatte alla vita, qual e’ il primo parametro che viene citato? Ovviamente la presenza di acqua. Il motivo di questo e’ scontato per tutti e non c’e’ bisogno di replicarlo. Molte missioni osservative di Marte hanno dimostrato come in passato ci fosse molta acqua sul pianeta rosso. Addirittura sono stati ossservati i segni tipici lasciati da fiumi, laghi e mari, come solchi, ammassi di fanghi essiccati, letti di fiumi ormai asciutti, ecc. Inoltre, sulle calotte di Marte e’ presente ghiaccio. Queste distese hanno anche una variabilita’ stagionale cosi’ come avviene sulla Terra. Anche oggi ci sono evidenze di acqua in forma liquida, anche se in misura estremamente minore in superificie.

Bene, dunque su Marte c’e’ acqua. Questo significa che c’e’ vita? Assolutamente no. Per dirlo in termini matematici, la presenza di acqua sul pianeta e’ una condizione necessaria per sviluppare determinate forme di vita. Questa condizione non e’ pero’ sufficiente, cioe’ se c’e’ vita c’e’ acqua, ma non e’ vero il viceversa.

A questo punto, non avendo visto nessun marziano salutarci attraverso le telecamere dei rover, dobbiamo cercare qualche altro parametro. In questo caso, quello che possiamo vedere e’ se c’e’ metano in atmosfera.

Perche’ e’ importante la presenza di metano?

Prendiamo come esempio la Terra, dove non credo di dover dimostrare che c’e’ vita. L’atmosfera terrestre e’ molto ricca di metano. Da dove viene? Circa il 90% del metano che troviamo nella nostra atmosfera viene da forme vitali. Che significa? Una frazione viene dalla decomposizione di specie che rilasciano questo gas, mentre gran parte viene prodotto direttamente dal metabolismo di alcuni animali. Come sicuramente saprete, monitorare il metano nella nostra atmosfera e’ molto importante per via dell’effetto serra portato da questo gas. Uno dei contributi maggiori al metano viene dalla digestione delle mucche.

Detto questo, capite bene come la presenza di metano in atmosfera puo’ essere in qualche modo legato alla presenza di vita su un pianeta.

Fin qui ci siamo, ma torneremo su questi discorsi a breve per continuare a portare avanti il nostro ragionamento.

Prima di Curiosity, c’erano delle misure della quantita’ di metano nell’atmosfera di Marte? Certamente si, misure, anche se tra loro abbastanza discordi, venivano da osservazioni con telescopi da Terra e da satelliti in orbita intorno al pianeta rosso. Tra queste, vi erano alcune misurazioni che mostravano dati abbastanza entusiasmanti.

Senza troppi giri di parole, vi mosro un’immagine in falsi colori ottenuta partendo dai dati della sonda Mars Express nel 2004:

 

Metano nell'atmosfera di Marte. Fonte: Mars Explorer

Metano nell’atmosfera di Marte. Fonte: Mars Explorer

Cosa rappresenta? Le diverse colorazioni indicano la concentrazione piu’ o meno alta di metano nell’atmosfera di Marte. Come vedete, seguendo la scala in basso, ci sono dei punti che appaiono molto rossi, cioe’ con concentrazioni anche fino a 30 parti per miliardo (ppb) di metano.

Dunque? Su Marte c’e’ o c’era acqua, su Marte c’e’ metano quindi su Marte c’e’ vita!

Questo ragionamento potrebbe esssere azzardato e scientificamente non corretto. Come detto prima, sempre in termini matematici, avere acqua e’ una condizione necessaria, avere metano e’ una condizione necessaria, avere acqua e metano e’ una condizione necessaria, ma nessuna delle due, neanche simultaneamente, e’ una condizione sifficiente.

Non poter gridare alla scoperta del secolo, non significa non fare ricerca. L’evidenza di questi rilasci in atmosfera meritano di essere studiati in dettaglio per vedere se effettvamente sono sinonimo di vita oppure no.

Detto questo, cosa facciamo? Mandiamo Curiosity a vedere direttamente sulla superficie di Marte. Tra i tanti strumenti, il rover ha a disposizione spettrometri pensati proprio per misurare le concentrazioni di gas in atmosfera.

Cosa troviamo?

Come annunciato in questi giorni, Curiosity non ha trovato le concentrazioni sperata di metano. I valori misurati, ponderati su diverese analisi fatte in periodi diversi dell’anno marziano, hanno mostrato valori massimi intorno a 2 parti per miliardo, cioe’ molto meno di quello che si pensava e che e’ stato mostrato nei dati di Mars Express.

A questo punto, un po’ con l’amaro in bocca, cosa dobbiamo dire?

Molte fonti chiudono il discorso dicendo che non c’e’ vita su Marte, mentre altre si appellano al fatto che ci sono errori nella misura o che la vita c’era in passato.

Per ragionare su queste affermazioni e’ necessario riprendere il discorso metano in atmosfera.

Abbiamo detto che sulla Terra abbiamo una concentrazione di circa 1700 ppb di metano. I dati di Mars explorer mostravano picchi da 10-20 ppb. Confrontate tra loro i due numeri. Come vedete, sono profondamente diversi tra loro. Questo non deve portarvi fuori strada. Come detto prima, sulla Terra ci sono, ad esempio, le mucche, su Marte vi aspettate di trovare al massimo qualche batterio.

E’ vero pero’ che Curiosity sta osservando una frazione molto ristretta della superficie marziana, il cratere Gale. Per quanto esteso, questo campione non e’ rappresentativo di tutto il pianeta. Questa e’ una riflessione ragionevole. Notiamo pero’ che se ci fossero forme di vita batteriche, queste si dovrebbero sparpagliare per tutto il pianeta, non solo in determinati punti specifici. Tra l’altro, il cratere Gale e’ stato scelto per le sue proprieta’, per la presenza in passato di corsi d’acqua, insomma se c’e’ vita, dovrebbe essere anche in questo punto.

Torniamo pero’ ai dati di Mars Explorer. Su questa mappa abbiamo visto dei rilasci molto localizzati di metano, non certo un’atmosfera uniforme. Bene, proprio questa particolarita’, ci porta a pensare che il rilascio potrebbe essere causato da altro, non necessariamente da forme di vita.

Come anticipato, sulla Terra il contributo maggiore al metano in atmosfera viene, in qualche modo, da forme di vita. Queste pero’ non sono le uniche sorgenti di questo gas. Esistono processi geologici in grado di produrre metano e scaricarlo in atmosfera. Si tratta, nel nostro caso, di contributi minori rispetto a quelli delle forme di vita, ma comunque presenti e conosciuti. Se su Marte non c’e’ vita, ci potrebbero pero’ essere fenomeni analoghi, e questo spiegherebbe anche la minor concentrazione di metano in atmosfera. Altra ipotesi possibile e’ che su Marte sia presente “olivina”, un minerale che a contatto con l’acqua produce un altro minerale detto “serpentina”. In questo processo viene emesso metano. Abbiamo prove di questo? Certo, l’olivina e’ molto abbondante su Marte sia in superificie che nel sottosuolo. Perche’ pero’ in punti localizzati? Semplice, perche’ in quei punti ci potrebbero essere ancora serbatoi di acqua che sono andati in contatto con il minerale rilasciando metano.

Altra ipotesi che si sta facendo strada in queste ore e’ che oggi non ci sia vita su Marte, ma che magari ci fosse stata in passato.

Possibile questo? Come abbiamo visto, il metano prodotto in qualche modo arriva in atmosfera. Poi? Se il metano rimanesse stabile per sempre, allora sulla Terra, per fare un esempio, la sua concentrazione in atmosfera dovrebbe aumentare linearmente grazie ai continui apporti dagli esseri viventi. In realta’, il metano ha un tempo di vita abbastanza lungo, ma a causa della radiazione proveniente dal sole, viene scisso formando altri gas. La vita media di una molecola di metano in atmosfera e’ intorno a 300-400 anni.

Attenzione, allora e’ possibile che in passato ci sia stata la vita su Marte ed ora non c’e’ piu’ e anche il metano prodotto e’ scomparso. Questo non e’ del tutto vero dal momento che un organismo vivente produce metano ma anche un organismo in decomposizione produce metano. Inoltre, organismi decomposti nel sottosuolo, formano giacimenti di olii che non sono stai assolutamente osservati su Marte, pensate anche solo alla formazione di petrolio.

Detto questo, Curiosity non ha trovato la quantita’ di metano che ci si aspettava. I valori precedenti osservati, come visto rilasci localizzati, possono essere dovuti a fenomeni di natura geologica, che nulla hanno a che fare con la vita.

E’ altresi’ vero che Curiosity ha fatto le sue misure su una superficie ridotta di Marte e inoltre che si e’ limitata a raccogliere campioni a sua portata, cioe’ fino ad 1 metro di altezza da Terra.

Fatte queste considerazioni, la matassa non e’ ancora sbrogliata del tutto. Fatte salve le misure degli anni precedenti e queste di Curiosity, ci deve essere un processo non biologico che ha prodotto metano in atmosfera. Mi sento quasi di escludere del tutto che i rilasci osservati siano di natura biologica, ma questa e’ una mia considerazione personale.

Come studiare il problema?

Semplice, sono gia’ in fase di studio nuove missioni per Marte. La missione Exomars prevede nel 2016 la messa in orbita intorno al pianeta rosso di un satelite per misurazioni dei gas e nel 2018 due nuovi rover in superficie. Questa missione e’ gestita sia dalla NASA che dalla nostra ESA. Oltre a questo, il contributo italiano a questa missione e’ davvero notevole sia dal punto di vista della ricerca che di componentistica realizzata dalle nostre aziende.

Missioni di questo tipo potrebbero aiutarci a capire meglio l’origine del metano e dare una risposta definitiva sulla presenza o meno di vita su Marte.

Ultimissima considerazione, dire non c’e’ metano e’ equivalente a dire non c’e’ vita? Assolutamente no. Anche qui sulla Terra conosciamo diverse forme batteriche che non producono questo gas nel loro metabolismo. Questo ci fa capire nuovamente che questa non e’ una condicio sine qua non. Anche avere tantissimo metano non significa necessariamente avere vita. Pensate, ad sempio, a Titano, satellite di Saturno. Qui l’atmosfera e’ pregna di metano, ci sono laghi di metano, precipitazioni di metano, eppure, a nessuno verrebbe in mente di cercare la vita su Titano.

Come vedete, il discorso e’ sempre aperto, e, al momento, non possiamo certo escludere o dare per certa una qualche forma di vita su Marte. Le ricerche future potranno aiutarci a meglio comprendere questi aspetti o magari anche solo a capire se in passato si possano essere sviluppate forme di vita su qualche pianeta del Sistema Solare.

 

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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Una batteria … vivente

19 Set

Come sapete bene, diverse volte ci siamo soffermati a riflettere sulle cosiddette energie alternative. Il punto attualmente raggiunto non puo’ certo essere considerato l’arrivo per il nostro futuro energetico. I sistemi alternativi utilizzati su larga scala, principalmente solare e eolico, sono, allo stato attuale, sistemi a bassa efficienza. Fate attenzione, non voglio certo dire che lo sfruttamento di queste risorse sia inutile, tutt’altro. Quello che sto cercando di dire e’ che queste fonti non sono sfruttate al massimo e, vista la crescita esponenziale della richiesta di energia nel mondo, non potranno certo essere considerate, allo stato attuale, alternative al petrolio o ad altre fonti.

In questa ottica, di tanto in tanto, gettiamo uno sguardo alle ricerche in corso, per mostrare lo stato dell’arte ma soprattutto per vedere possibili fonti alternative in corso di studio.

Proprio in virtu’ di questo, vorrei parlarvi di un’invenzione pubblicata solo pochi giorni fa da un gruppo di ingegneri dell’Universita’ di Stanford. Come forse avrete letto sui giornali, e’ stata prodotta la prima pila a microbi.

Di cosa si tratta?

I microbi in questione appartengono alla famiglia degli elettrogenici, cioe’ microorganismi in grado di produrre elettroni durante la digestione. Detto in altri termini, durante il processo digestivo, questi microbi strappano un elettrone che rimane libero. Questa tipologia di batteri e’ conosciuta gia’ da diverso tempo, quello che pero’ sono riusciti a fare gli autori di questa ricerca e’ trovare il modo efficace di produrre energia da questo processo.

Prima di parlarvi dell’applicazione, vi mostro una foto del dispositivo in questione:

Batteria a microbi

Batteria a microbi

Guardando la foto, vi rendete subito conto che si tratta ancora di un prototipo non industrializzato. Per darvi un’idea, le dimensioni della provetta a cui sono attaccati i fili e’ paragonabile a quella di una batteria per cellulare.

Come funziona la pila?

Come detto, questi batteri producono elettroni liberi durante la digestione. La provetta che vedete contiene due elettrodi. Il primo e’ in carbonio e proprio su questo sono presenti i nostri microbi. Come vedete anche dalla foto, il liquido all’interno della provetta appare molto torbido. Non si tratta assolutamente di un effetto ottico, sono dei liquami veri e propri che offrono il nutrimento per la colonia di microbi presenti all’interno.

Uno dei microbi osservato al microscopio

Uno dei microbi osservato al microscopio

A questo punto, il discorso comincia ad essere piu;’ chiaro. Vengono messi i microbi su un elettrodo in carbonio. Il liquido offre il nutrimento per gli organismi che dunque mangiano felici e per digerire, invece dell’infantile ruttino, producono elettroni.

Sempre all’interno e’ presente un secondo elettrodo, questa volta in ossido di argento. Questo funge da collettore per la raccolta degli elettroni. Ora, per definizione, se avete un moto ordinato di cariche elettriche da un elettrodo all’altro, avete una normalissima corrente elettrica. Dunque, avete la vostra pila.

Come potete immaginare, per sua stessa definizione, questo genere di pile si “scarica” quando la concentrazione batterica e’ cresciuta troppo, scarseggia il nutrimento o quando l’elettrodo in lega di argento e’ saturo di elettroni sulla superficie. In questo ultimo caso, che poi rappresenta il collo di bottiglia della produzione di energia elettrica, basta sostituire l’elettrodo esausto con uno nuovo affinche’ il processo riparta.

Quali sono i vantaggi di questa pila?

Anche se il funzionamento puo’ sembrare molto semplice, questa invenzione apre scenari molto importanti non solo in campo energetico, ma anche ambientale. Come potete facilmente immaginare, questo processo potrebbe essere utilizzato per produrre energia dai liquami, utilizzando questi prodotti di scarto fortemente inquinanti in modo molto intelligente.

Dal punto di vista energetico, si pensa che il sistema possa essere in grado di estrarre circa il 30% del potenziale contenuto nei liquami. Detto in altri termini, la bateria avrebbe un rendimento intorno a questo valore. Pensate sia poco? Assolutamente no. Le normali celle solari attualmente utilizzate hanno efficienze medie intorno al 25%. Solo con celle di ultima generazione si riesce a superare di poco il 30%. Questo significa che il processo microbico ha un rendimento del tutto paragonabile a quello delle celle utilizzate nei pannelli solari.

Come anticipato, e come evidente, lo studio e’ ancora in fase prototipale. In particolare, il problema attuale e’ nel costo dell’elettrodo in ossido di argento che serve da collettore per gli elettroni. Il prezzo troppo alto, rende questo sistema ancora anti-economico e non adatto all’utilizzo su larga scala.

Detto questo, capite bene come questa ricerca sia tutt’altro che terminata. Gli sviluppi futuri sono proprio volti a trovare materiali economici adatti a chiudere il circuito. Il fatto di aver usato all’inizio un materiale piu’ costoso e’ del tutto normale se consideriamo che per prima cosa si doveva dimostrare la correttezza dell’intuizione.

Concludendo, proprio in questi giorni e’ stata pubblicata la ricerca che racconta la costruzione della prima pila a batteri. Questo sistema sfrutta i processi digestivi di alcune tipologie di microbi in grado di liberare elettroni. La batteria realizzata ha un’efficienza paragonabile a quella delle celle solari e la ricerca e’ attualmente impegnata per trovare materiali economici da utilizzare per la raccolta degli elettroni al posto del costoso ossido di argento.

 

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

Perche’ l’acqua ossigenata disinfetta?

1 Set

L’altro giorno mi e’ stata fatta una domanda davvero molto interessante. La considero tale, e spero possiate condividere il mio punto di vista, perche’ si tratta di un argomento conosciuto da tutti, ma di cui molti ignorano la risposta. La questione e’ molto semplice, quando ci facciamo male, nel senso che abbiamo delle ferite, tagli, ulcere, ecc, quello che facciamo e’ disinfettare la parte con l’acqua ossigenata. Questo consente di pulire la ferita e impedire che si formino infezioni.

Perche’ l’acqua ossigenata ha questo potere?

Cominciamo proprio dalle basi, l’acqua ossigenata, o anche perossido di idrogeno, e’ una molecola molto semplice formata da due atomi di idrogeno e due di ossigeno H-O-O-H. Al contrario della normale acqua, H-O-H, ha dunque solo un ossigeno in piu’, come suggerisce il nome stesso. Anche se apparentemente la modifica sembra minima, il comportamento e le cosiddette proprieta’ organolettiche delle due molecole sono molto diverse. L’acqua ossigenata si presenta incolore, liquida in condizioni normali di temperatura e pressione, ma con un caratteristico odore pungente non molto gradevole.

L’acqua ossigenata e’ conosciuta gia’ dai primi anni dell’800. Il primo che sintetizzo’ questa molecola fu Thenard nel 1818, anche se la sua diffusione su vasta scala, grazie anche alla produzione industriale economica e di massa, avvenne solo nel secolo successivo.

Come sapete bene, per usi commerciali l’acqua ossigenata e’ venduta all’interno di bottigliette di plastica non trasparenti, per non alterare le sue proprieta’, sempre diluita in una frazione che va dal 3 al 6%. Ovviamente, per usi specifici, potete trovare anche concentrazioni maggiori anche se queste, per i normali usi domestici, devono poi essere diluite con acqua. In alternativa alla percentuale, trovate la concentrazione anche espressa in “volumi”, cioe’ in volume equivalente di ossigeno che potete liberare dal perossido.

Tornando alla domanda iniziale, perche’ l’acqua ossigenata disinfetta le ferite?

Per essere precisi, l’azione del perossido di idrogeno e’ duplice. Per prima cosa, a contatto con la pelle, la molecola di acqua ossigenata libera molto facilmente ossigeno non legato. Questo e’ fortemente reattivo e per sua natura tende a legarsi con un altro atomo uguale per formare O2. Questo meccanismo e’ quello che porta alla formazione delle bollicine che vedete quando utilizzate l’acqua ossigenata. In questo caso, il meccanismo di disinfezione e’ meccanico. Il cammino in superficie dell’ossigeno, fino a liberarsi in aria, riesce a pulire e catturare sporcizia e germi che possono annidarsi all’interno delle ferite. Detto in altri termini, l’ossigeno riesce a portare fuori agenti esterni anche negli angoli piu’ nascosti dove sarebbe difficile rimuoverli.

Oltre a questo meccanismo puramente “meccanico”, l’acqua ossigenata ha anche una funzione puramente biologica. Come si dice in termini tecnici, il perossido riesce a “denaturare le proteine”. Cosa significa? Detto in modo molto semplice, l’ossigeno nascente, sempre liberato dal perossido iniziale, e’, come anticipato, molto reattivo. Sempre per stabilizzarsi, l’ossigeno nascente si puo’ legare ossidando le molecole e dunque favorendo la degradazione di molecole organiche degli agenti infettanti. Cosa significa? Semplicemente l’ossidazione delle molecole degli agenti infettanti modifica la struttura di questi microbi rendendoli duqnue non pericolosi per l’uomo, cioe’ incapaci di infettare la ferita.

Come potete facilmente immaginare, questa duplice azione dell’acqua ossigenata e’ quella che ha portato il successo e la diffusione di questo semplice perossido e, se vogliamo, ha consentito di evitare conseguenze ben piu’ gravi per individui feriti.

Oltre che come disinfettante, ad alta concentrazione (90%), l’acqua ossigenata viene utilizzata anche per la propulsione dei razzi. Il suo utilizzo puo’ essere come comburente per bruciare altri combustibili o anche singolarmente mettendo perossido di idrogeno in una camera con pareti di argento che favoriscono la formazione di ossigeno e acqua. Come potete facilmente immaginare, questo utilizzo e’ possibile sempre grazie alla altissima concentrazione di ossigeno liberato.

Tolta la propulsione a razzo, vi sono poi tutta una serie di utilizzi che possono essere fatti dell’acqua ossigenata nelle nostre case. Questo prodotto e’ utilizzato anche a livello industriale come sbiancante sia nella produzione della carta che dei tessuti. Allo stesso modo, l’acqua ossigenata puo’ essere utilizzata per schiarire i capelli, eliminare macchie dai vestiti prima del normale lavaggio o anche per sbiancare i denti. In questo ultimo caso, basta sciaquare la bocca due volte alla settimana con un cucchiaio di acqua ossigenata per poi risciaquare con abbondante acqua.

Come visto in questo articolo:

Detersivi ecologici

Il perossido di idrogeno e’ alla base della realizzazione di molti detersivi fatti in casa assolutamente paragonabili a quelli commerciali ma molto piu’ economici.

Oltre a questi utilizzi diretti, proprio le proprieta’ disinfettanti dell’acqua ossigenata la rendono particolarmente efficace per pulire ed eliminare germi dalle superfici domestiche (esempio le maioliche di cucina e bagno) o anche per disinfettare gli spazzolini da denti. Per farvi un esempio, l’acqua osigenata e’ in grado di uccidere i germi della salmonella e dell’escherichia coli, due microbateri molto famosi per la contaminazione dei cibi.

Concludendo, il meccanismo di disinfezione dell’acqua ossigenata e’ in realta’ duplice. Prima di tutto l’azione meccanica dovuta al moto in superficie delle molecole di ossigeno riesce ad eliminare sporcizia e germi dalle ferite. Inoltre, l’ossidazione delle molecole modifica la struttura degli agenti infettanti rendendoli inefficaci. Oltre a questa applicazione nota a tutti, il perossido di idrogeno puo’ essere utilizzato per molti altri scopi domestici che vanno dalla pulizia delle superfici fino alla rimozione delle macchie dai vestiti.

 

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