Camminando lungo la battigia, si vede subito dove le onde arrivano a lambire la spiaggia: la sabbia più umida e compatta risulta infatti più scura alla vista. Al senso comune, questo fenomeno sembra quasi inspiegabile. Dopotutto, la sola differenza fra sabbia bagnata e asciutta è che una ha una sorta di “rivestimento” d’acqua. E perché mai un liquido trasparente dovrebbe far sembrare la sabbia tanto più scura?

La risposta non ha nulla a che vedere con la purezza dell’acqua. Anche utilizzando l’acqua più pura, distillata e limpida del mondo sulla sabbia pulita e asciutta il risultato sarà lo stesso.
L’acqua tende a scurire la sabbia perché ne maschera i singoli granelli che la costituiscono. Da bagnati, questi hanno una minore tendenza a riflettere la luce. Anziché venire riflessa, essa viene assorbita e, quanta più ciò accade, tanto più scura sembra la sabbia. Al contrario, quanta più luce viene riflessa, tanto più chiara e bianca appare la sabbia. In un giorno di sole splendente, la sabbia al di sopra del segno di marea può risultare perfino abbacinante. Merito della polvere delle conchiglie, finemente tritate dal costante moto ondoso. Continua la lettura »

Una normale lampadina produce luce grazie al principio dell’incandescenza. Ogni volta che accendiamo la luce, la corrente elettrica passa attraverso un sottile filamento di tungsteno collocato al centro del bulbo della lampadina. Il passaggio di corrente surriscalda il filamento, che raggiunge in pochi istanti una temperatura media di 2600°C. Un particolare gas inerte iniettato nella lampadina impedisce al filamento di bruciare e di consumarsi troppo rapidamente, tuttavia l’estremo calore raggiunto causa il distaccamento di alcuni atomi di tungsteno. Questi si condensano all’interno del bulbo e, a poco a poco, lo anneriscono dando l’impressione di aver letteralmente “bruciato” il vetro.
Grazie al gas inerte, il tungsteno evapora molto lentamente, ma in maniera disomogenea e comunque costante. Così, in alcuni punti il filamento diventa più sottile, offrendo maggiore resistenza al flusso dell’elettricità, che comporta un maggior surriscaldamento della porzione di tungsteno compresa nella “strozzatura”. Gli atomi del metallo accelerano il loro processo di evaporazione e, mediamente dopo 1000 ore di utilizzo della lampadina, il filamento si spezza creando una piccola esplosione.

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Si sente spesso affermare che i pipistrelli siano animali completamente ciechi. Ma è davvero così?
I pipistrelli sono piccoli mammiferi volanti, generalmente insettivori, abituati a muoversi e a cacciare le loro prede dal crepuscolo all’alba. Volando nell’oscurità, questi animali evitano gli ostacoli e catturano la preda usando una forma di ecolocalizzazione simile ai sistemi sonar utilizzati dalle navi per fare rilevazioni sui fondali marini o, in ambito militare, scovare i sottomarini. Per rilevare gli ostacoli, i pipistrelli emettono ultrasuoni a circa 200 kHz e calcolano quanto tempo impiegano le onde sonore per essere riflesse da un ostacolo. Maggiore è il tempo che intercorre tra l’emissione e il ritorno d’onda, maggiore sarà la distanza dell’animale dall’ostacolo o dalla preda.

Il fatto che i pipistrelli utilizzino questo stratagemma ha indotto a credere che essi siano ciechi. In realtà, i pipistrelli insettivori sono dotati di un apparato visivo perfettamente funzionante, ma soffrono di una forte miopia. I loro occhi si sono infatti evoluti per percepire gli insetti a distanze estremamente ridotte e nel pieno dell’oscurità. I megachirotteri, pipistrelli di dimensioni molto maggiori e che si nutrono di nettare e frutti, non sono invece miopi e riescono a orientarsi nel volo notturno anche senza l’ausilio del loro sonar.

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Sopravvivere alla rigide temperature dell’Antartide non è semplice. Escursionisti sciatori e trekker sanno bene cosa significhi passare un’intera giornata all’esterno con temperature ampiamente al di sotto degli zero gradi. Il rischio di ipotermia è sempre presente e non va mai trascurato. Un eccessivo abbassamento della temperatura corporea, al di sotto dei 34 °C, può comportare gravi rischi per la salute e, nei casi più estremi, può rapidamente condurre alla morte.
Per proteggere i nostri organi vitali, in condizioni di ipotermia il nostro organismo riduce drasticamente il flusso di sangue negli arti superiori e inferiori, dissipando così meno calore. Ciò comporta, però, il congelamento di mani e piedi, un fenomeno che avviene molto più rapidamente di quanto si possa immaginare e che, in poche ore, può portare alla necrosi dei tessuti, irreparabilmente danneggiati dai cristalli di ghiaccio che distruggono gli apparati cellulari.

Perché i pinguini non vanno incontro al congelamento degli arti? Come fanno le loro zampe a resistere alle gelide temperature dell’Antartide e del pack su cui vivono ogni giorno?

I pinguini reagiscono al freddo estremo in una maniera completamente diversa rispetto all’organismo umano. Il corpo di questi animali è completamente isolato. Penne corte e sottili crescono uniformemente su tutto il corpo e sulle zampe, formando un rivestimento molto compatto e impermeabile. Sottili e minuscole, le piume dei pinguini assomigliano molto a una pelliccia, calda e altamente isolante.
Sotto alla pelle, da cui dipartono le piume, i pinguini possiedono uno spesso strato di grasso, molto simile a quello di alcuni mammiferi come le balene e le foche. Le zampe sono rivestite, come quelle della maggior parte degli uccelli, di particolari scaglie di materiale corneo simile a una cartilagine e privo di vasi sanguigni. L’assenza di circolazione nelle zone periferiche delle zampe consente a questi animali di vivere sul ghiaccio senza andare incontro ad alcun fenomeno di congelamento.

Un pinguino può restare sul pack per intere settimane nel periodo della cova. L’ampio strato di grasso consente a questi animali di sopravvivere rimanendo praticamente immobili per evitare dispersioni di calore intorno all’uovo. Il periodo della cova è estremamente duro: mediamente un esemplare perde il 40% del proprio peso rimanendo in piedi sul pack per intere settimane. Un piccolo capolavoro di ingegneria termica.

L’anno che ognuno di noi si appresta a vivere sarà bisestile, durerà dunque un giorno in più rispetto alla tradizionale durata di 365 giorni. Perché?

Nel corso della durata di un anno tropico (il periodo di tempo scandito da due equinozi e altrettanti solstizi) si manifestano le quattro stagioni: primavera, estate, autunno e inverno. Il loro ciclo completo è pari alla durata di 365 giorni, 5 ore, 48 minuti e 46 secondi. Essendo impossibile organizzare la scansione dei giorni su un numero decimale, si è adottata la convenzione dell’anno bisestile per recuperare l’inevitabile slittamento temporale di circa 24 ore che si verifica nel corso di quattro anni.
Il giorno in più viene inserito in coda al mese di febbraio, che negli anni bisestili prevede 29 giorni al posto dei tradizionali 28. Così facendo è possibile ottenere un anno con una durata media pari a un numero non intero di giorni.

Il calendario gregoriano, lo strumento utilizzato dalla maggior parte dei Paesi del mondo per suddividere il tempo, osserva una particolare regola per organizzare gli anni di 366 giorni. Un anno è bisestile se la cifra che lo contraddistingue è divisibile per 4, fatta eccezione per quelle annate divisibili anche per 100.
Gli anni la cui numerazione termina con 04, 08, 12, 16, 20, 24… 88, 92, 96 sono dunque bisestili, mentre le annate le cui cifre sono 00 possono essere bisestili solo se il numero del secolo è perfettamente divisibile per 400. Il 2000 è stato, infatti, un anno bisestile, così come lo fu il 1600 e lo sarà il 2400.

Il 2008, divisibile perfettamente per 4, sarà dunque un anno bisestile che ci consentirà di recuperare le 24 ore circa “perse” negli ultimi quattro anni… e di far festeggiare il compleanno nella giusta data ai nati il 29 febbraio.

bloGalileo riprenderà le pubblicazioni
giovedì 3 gennaio 2008.
Buon anno a tutti!

La pioggia inizia generalmente il proprio viaggio sotto forma di neve. Ma allora perché talvolta le molecole di vapore acqueo lasciano improvvisamente una nube e cadono sotto forma di nebbia, pioggia torrenziale o bianca e soffice neve?

Nei primi decenni del Novecento alcuni fisici e meteorologi, come Tor Bergeron, ipotizzarono che alla base del meccanismo che causa una precipitazione atmosferica vi dovesse essere un catalizzatore. Ovvero una sostanza in grado di innescare un processo senza variare la propria composizione.
Anche quando fa molto caldo, le nubi presenti alle grandi altitudini contengono al loro interno migliaia di minuscoli cristalli di ghiaccio (i catalizzatori), che si ingrandiscono man mano che intercettano le molecole di vapore acqueo presenti nell’aria.

Le gocce d’acqua pura contenute in una nube non congelano a 0 °C, grazie alle particolari condizioni di pressione e alle loro dimensioni infinitesimali, possono mantenere lo stato liquido anche a -40 °C. Quando queste gocce d’acqua vengono “investite” da un cristallo di ghiaccio, presente in una nube, congelano all’istante trasformandosi rapidamente in neve. E’ un processo pressoché istantaneo, che porta al congelamento di milioni di gocce d’acqua. Non a caso, ogni fiocco di neve che cade può provenire da centinaia di migliaia di minuscole gocce d’acqua che, sotto forma di cristalli di ghiaccio, si collegano in un reticolo di forma esagonale. Ogni fiocco contiene più aria che acqua congelata, per questo motivo in assenza di vento, può impiegare molto tempo per precipitare al suolo.

Perché nevichi, l’aria deve essere al di sotto del punto di congelamento e, dal momento che lo è raramente, la neve di solito si scioglie strada facendo diventando pioggia. Quando la temperatura dell’aria al suolo è vicina a quella di congelamento può formarsi il nevischio, una mistura di pioggia e cristalli di neve.
La temperatura al suolo ideale per una bella nevicata è generalmente compresa tra 0 °C e -4 °C. Temperature più basse prevedono spesso una minore umidità dell’aria, che non favorisce le precipitazioni. La neve può scendere molto copiosamente, ricoprendo il suolo anche nel giro di poche ore. Schiacciata dai nuovi fiocchi, la neve al suolo si compatta perdendo progressivamente l’aria intrappolata al suo interno. Il soffice e leggero manto bianco si trasforma così in uno strato ghiacciato sempre più solido e pesante.
La grandine è invece provocata dalle nubi temporalesche, che possono trovarsi anche a 16mila metri d’altezza. I cristalli di ghiaccio vengono trascinati verso l’alto e il basso dalle violente correnti di convezione all’interno delle nubi. Questi rapidi movimenti fondono i cristalli per ricompattarli in grumi sempre più grossi di ghiaccio, finché non raggiungono un peso sufficiente per precipitare a terra.

Le tartarughe sono tra gli esseri viventi più antichi della Terra, sopravvissuti a un’epoca addirittura precedente a quella in cui comparirono i dinosauri. Le tartarughe palustri e marine, come dice il loro stesso nome, passano la maggior parte della loro vita in acqua, mentre le testuggini entrano nelle acque solamente per bere o raffreddare la loro temperatura corporea.

La maggior parte di questi rettili vive fino a tarda età e numerosi aneddoti e fonti storiche testimoniano efficacemente la longevità di questi animali. Nel 1766, l’esploratore francese Marc-Joseph Marion du Fresne portò sull’isola di Mauritius un esemplare di tartaruga, catturata 28 anni prima nell’Oceano Indiano. Adattatasi perfettamente all’ecosistema dell’isola, la tartaruga morì nel 1918, a 152 anni dal proprio sbarco alle Mauritius. La tartaruga visse quindi fino alla considerevole età di 180 anni. Sono noti numerosi casi di testuggini ultracentenarie: alcune superarono abbondantemente i due secoli di età.

Uno dei segreti che rende questi animali così longevi risiede nella particolare capacità dei loro organi interni di non degenerare con l’età. Inoltre, le loro richieste energetiche sono estremamente basse, buona parte del cibo che metabolizzano viene quindi utilizzato per “restaurare” e ottimizzare le principali funzionalità organiche. La rigenerazione cellulare in questi rettili è lenta, ma costante, e consente una crescita lungo tutto l’arco di vita.
Le cause principali di morte prematura sono quasi sempre esterne. Un piccolo di tartaruga può essere facilmente predato da numerosi uccelli, da alcuni pesci e da piccoli mammiferi. Spesso su una nidiata di cento esemplari ne sopravvive uno soltanto. Durante i primi mesi di vita, i gusci dei neonati non costituiscono ancora una reale protezione, i tempi di indurimento del carapace sono molto lunghi e in alcuni casi può occorrere un intero anno perché sia portato a compimento.

Il guscio è la principale difesa per questo tipo di rettili. Quando avvertono un pericolo nascondono testa e zampe all’interno del carapace. La pianta delle loro zampe è molto callosa e “tappa” perfettamente le fenditure presenti nel guscio. Per questi animali il cibo non è quasi mai un problema. Grazie al loro metabolismo estremamente lento, tartarughe e testuggini possono rimanere a digiuno di cibo e acqua per molto tempo.
Le testuggini hanno un solo grande nemico: l’uomo. Si stima che tra il 1831 e il 1868, i balenieri abbiano catturato almeno 10.000 esemplari dalle Isole Galapagos, un paradiso naturale nel Pacifico orientale. Gli individui di queste isole raggiungevano i 250kg di peso e un diametro del guscio di oltre un metro e mezzo. Osservandone particolari e peculiarità nella crescita, Charles Darwin elaborò la sua fondamentale teoria dell’evoluzione. E chissà, forse su quelle isole le testuggini più anziane si ricorderanno ancora di quel buffo ometto barbuto che le osservava…

Il volo richiede enormi quantità di energia non solo per far decollare un aeroplano da trecento posti come un Boeing 777, ma anche per consentire a un uccello di librarsi nell’aria. Durante il loro volo verso i paesi caldi, gli uccelli migratori arrivano a perdere anche la metà del proprio peso corporeo.
Il movimento delle ali consente alla maggior parte degli uccelli di compiere vere e proprie prodezze. Grazie a un colpo d’ala essi sono in grado di cabrare, planare, compiere una picchiata e riprendere quota con vertiginose impennate. Ma solo un genere di uccello è in grado di volare all’indietro: il colibrì. Perché?

A differenza degli altri colleghi pennuti, i colibrì posseggono ali in grado di ruotare di quasi 180 gradi rispetto alla linea mediana del loro corpo. Questo particolare e unico movimento è garantito dalla possente articolazione della spalla, un fascio leggerissimo ma resistente di muscoli e tendini che permettono movimenti altrimenti impossibili.
La considerevole inclinazione raggiunta dalle loro ali, consente ai colibrì di muoversi all’indietro con estrema precisione e controllo, così come di sostare a mezz’aria per nutrirsi del nettare di un fiore. Testa alta e corpo praticamente verticale, il colibrì batte le ali fino a ottanta volte al secondo, mentre il suo becco lungo e affusolato aspira il nettare dai fiori. Cibarsi in volo non è però così semplice e, per estrarre il becco dalle corolle floreali, il colibrì deve forzatamente volare all’indietro. La manovra richiede uno sforzo considerevole: il colibrì deve orientare in avanti la sua coda opponendola alle proprie ali. Così facendo, riesce a liberare il becco dal fiore senza impigliarsi.

Un colibrì in volo consuma un’enorme quantità di energia, circa trenta volte più del pollame domestico e fino a tre volte quella consumata da altri volatili iperattivi come lo scricciolo. Molto indaffarato lungo il dì, durante la notte il colibrì rallenta considerevolmente il proprio metabolismo abbassando la propria temperatura corporea. Ciò gli consente di sopravvivere, razionalizzando al massimo le scarsissime riserve di energia di cui dispone quando non si nutre di fiore in fiore.
Anche se gli altri uccelli non possono volare all’indietro, molte specie hanno affinato specifiche tecniche di volo per sopperire a questa mancanza. Le code a forcella delle rondini, ad esempio, consentono virate molto strette in aria. Lanciata ad alta velocità all’inseguimento di un moscerino, una rondine è in grado di compiere una sterzata in appena un metro senza scomporre minimamente il proprio assetto. Ma, mentre le rondini volano principalmente seguendo le correnti d’aria anche ad alta quota, il volo dei colibrì è maggiormente paragonabile a quello dei grandi insetti volanti come i coleotteri… di cui imitano perfettamente il ronzio.

La costruzione di una ragnatela è un impegno molto gravoso per un ragno che, come un provetto artista, impiega interminabili ore per terminare e perfezionare la propria opera d’arte. Ma come fa un ragno a muoversi sulla appiccicosa trappola che ha creato senza rimanere imprigionato?

Impattando contro le ragnatele, gli insetti rimangono intrappolati, invischiati nei filamenti setosi che costituiscono la tela. Per raggiungere le prede, il ragno esce dal proprio nascondiglio e pattina letteralmente sulla ragnatela, senza rimanerne imprigionato. Questo fenomeno è reso possibile grazie alla conformazione delle zampe dei ragni, dotate sulla loro sommità di particolari setole microscopiche ed estremamente dure. Questi minuscoli “pettini” consentono al ragno di muoversi sulla seta senza rimanerne invischiato.

Oltre alle setole sulle zampe, il corpo della maggior parte dei ragni è dotato di un particolare rivestimento oleoso, in grado di rendere l’addome completamente antiadesivo. Nonostante questi accorgimenti, talvolta i ragni possono ugualmente rimanere intrappolati nella loro tela. Il primo nemico per le trappole di questi aracnidi è infatti il vento, che con una semplice folata può distruggere le loro opere d’arte imprigionandoli. A differenza degli altri insetti, un ragno imprigionato possiede una formidabile arma per fuggire dalla prigione che ha creato: mangiarsela. La maggior parte dei ragni tessitori è infatti in grado di rimangiare la seta che ha prodotto, senza alcuna conseguenza per il proprio organismo.

A differenza di quanto si possa immaginare, non tutta la tela del ragno è appiccicosa. Generalmente i ragni caricano il primo filamento con una cospicua quantità di gel colloso, secreto dalla loro ghiandole, per ancorare saldamente la ragnatela. Dopodiché, inizia la lenta opera di tessitura dell’intera trappola, un lavoro molto complesso compiuto con vera maestria da questi aracnidi. Infine, come gli imbianchini danno più mani a una parete per dipingerla, i ragni ripercorrono la loro tela rimangiandosi alcuni filamenti e sostituendoli con altri filamenti impregnati di gel appiccicoso. Per questo motivo, alla luce del sole, solo alcuni fili delle spirali formate nella ragnatela scintillano, rivelando così la loro parte collosa.

Serpenti e lucertole discendono dal medesimo ceppo, eppure, mentre la maggior parte delle lucertole ha mantenuto durante il processo evolutivo le quattro zampe, i serpenti le hanno perse. Solo alcune specie primitive, come boa e pitoni, conservano ancora le vestigia delle zampe posteriori che sporgono dal loro corpo affusolato.

A differenza di quanto si possa immaginare, non possedere le zampe si è rivelata una vera fortuna per i serpenti. La loro assenza consente a questi rettili di scivolare e intrufolarsi in aperture piccolissime, come i nidi e le tane delle prede. Inoltre, senza l’ingombro delle zampe, i serpenti possono sottrarsi ai predatori più grandi di loro nascondendosi in angusti e inaccessibili spazi tra le rocce o sottoterra.
Per muoversi con rapidità, i serpenti hanno sviluppato nel corso della loro evoluzione una spina dorsale estremamente lunga e flessibile. Ciascuna delle diverse centinaia di vertebre che costituiscono la colonna vertebrale di un serpente è collegata tramite un fascio di tendini muscolari a una coppia di costole mobili. Alcuni tendini collegano poi lateralmente le coppie di costole tra di loro, fasci più corti per le coste adiacenti e fasci più lunghi per le coste distanti più vertebre. Le catene di tendini si dipanano generalmente lungo una trentina di vertebre.

Combinati ai muscoli, i tendini consentono alle costole di ruotare esercitando una pressione ondulante rivolta nel senso contrario alla marcia del serpente. Grazie alle piccole, o grandi, asperità del terreno i serpenti riescono ad avanzare opponendo una spinta contraria alla direzione che percorrono. Il contorcimento, ovvero il movimento ondulatorio che fa assumere ai serpenti una curva a forma di “S”, consente ai serpenti di conquistare il massimo della velocità, ma comporta naturalmente un dispendio maggiore di energie rispetto al normale avanzamento rettilineo. Su particolari superfici poco consistenti, come la sabbia, alcuni serpenti applicano una versione estrema del contorcimento detta “ondulazione laterale”, che consente loro di spostarsi nonostante l’assenza di appigli su cui fare leva.
Nonostante l’assenza delle zampe, i serpenti riescono a raggiungere velocità considerevoli semplicemente strisciando sul terreno. I serpenti più “veloci” raggiungono mediamente i 10 km all’ora. Il Mamba nero, il serpente conosciuto più rapido al mondo, arriva a strisciare alla velocità di 12 km orari. Sfuggire a un serpente non è dunque così faticoso…