sabato 27 agosto 2016

L'umile muschio ha contribuito a creare la nostra atmosfera ricca di ossigeno



Secondo uno studio internazionale condotto dall'Università di Exeter l'evoluzione delle prime piante terrestri, incluso il  muschio, può spiegare il mistero di come l'atmosfera terrestre si sia arricchita di ossigeno.

L'ossigeno nella sua forma attuale comparve per la prima volta nell'atmosfera terrestre circa 2,4 miliardi di anni fa, in un incidente conosciuto come il Grande Evento di ossidazione. Tuttavia, fino circa 400 milioni di anni fa questo composto vitale non si avvicinava nemmeno ai livelli moderni presenti nell'atmosfera. Questo spostamento ha guidato il cammino della vita sulla Terra e i ricercatori hanno a lungo dibattuto su come l'ossigeno sia salito a concentrazioni moderne.

In uno studio pubblicato negli Atti della rivista della National Academy of Sciences, il professor Tim Lenton, dell'Università di Exeter, e i suoi colleghi hanno teorizzato che le piante terrestri più antiche, che hanno colonizzato la terraferma da 470 milioni di anni fa in poi, sono responsabili del livello di ossigeno che sostiene la nostra vita di oggi. La loro comparsa ed evoluzione hanno aumentato in modo permanente il flusso di carbonio organico nelle rocce sedimentarie, la fonte primaria dell'ossigeno atmosferico, e questo ha così aumentato i livelli di ossigeno in un secondo evento di ossigenazione e stabilito un nuovo ciclo dell'ossigeno stabile.

La prima biosfera vegetale della Terra era costituita da semplici briofite, come il muschio, che sono non vascolari - nel senso che non hanno sistemi simili a vene per condurre acqua e sali minerali all'interno della pianta. Utilizzando simulazioni al computer, i ricercatori hanno stimato che queste piante potrebbero aver generato circa il 30% della produttività terrestre globale di ossigeno netta primaria di oggi già da circa 445 milioni di anni fa.

Quando le proprietà delle briofite moderne sono state prese in considerazione, compresa la loro composizione elementale e gli effetti sulla roccia rispetto alle intemperie, hanno trovato che i moderni livelli di ossigeno atmosferico sono stati raggiunti da 420 a 400 milioni di anni fa, in linea con prove indipendenti.

Questi risultati suggeriscono quindi che le prime piante terrestri, come l'umile muschio, hanno creato l'atmosfera stabile ricca di ossigeno che ha permesso l'emergere di vita animale intelligente di grandi dimensioni, mobile, compresi gli esseri umani.

Il professor Tim Lenton, dell'Università di Exeter, ha detto: "E' eccitante pensare che senza l'evoluzione dell'umile muschio, nessuno di noi sarebbe qui oggi. La nostra ricerca suggerisce che le prime piante terrestri erano sorprendentemente produttive e causarono un forte aumento del contenuto di ossigeno dell'atmosfera terrestre".

sabato 20 agosto 2016

La Terra ha interagito con dei resti di supernova per 1 milione di anni



I fisici della Technical University of Munich (TUM) sono riusciti a rilevare un segnale di supernova risolto registrato nei dati di microfossili Terrestri. Ciò che il gruppo del Prof. Shawn Bishop potrebbe dimostrare è che il segnale di supernova è stato rilevabile per un periodo a partire da circa 2,7 milioni di anni fa. Secondo le analisi del ricercatore, il nostro sistema solare ha impiegato un milione di anni per transitare attraverso i resti di questa supernova.

Quando stelle massicce con più di dieci masse solari arrivano al termine della loro evoluzione, dopo aver consumato tutto il loro combustibile nucleare, crollano sotto la loro gravità e terminano la loro esistenza nelle cosiddette supernove. In tal modo esse espellono grandi quantità di materia nei loro dintorni. Se una supernova esplode sufficientemente vicino al nostro sistema solare, dovrebbe lasciare tracce di residui di supernova sulla Terra, sotto forma di radioisotopi specifici.

Una supernova distribuisce ferro sulla Terra

Tra le specie elementali notoriamente prodotte in queste stelle, il radioisotopo Fe-60 spicca: questo radioisotopo non ha meccanismi di produzione naturali terrestri; quindi, una rilevazione di atomi di  Fe-60 all'interno di riserve terrestri sono la prova della deposizione diretta di materiale da una supernova nel nostro sistema solare.

Un aumento della concentrazione trovato anche in campioni lunari

Un eccesso di Fe-60 è stato già osservato in vecchi strati di circa due milioni di anni fa nella crosta di ferro-manganese (FeMn), recuperata dall'Oceano Pacifico e, più recentemente, nei campioni lunari. Questi segnali di presenza di Fe-60 sono stati attribuiti a deposizioni di materiale espulso da una supernova. Tuttavia, a causa della lenta crescita della crosta FeMn, il segnale Fe-60 ha una risoluzione temporale povera; mentre la regolite lunare non è in grado di registrare informazioni temporali perché la sedimentazione non si verifica sulla luna.

Ora, per la prima volta, i fisici del gruppo di Shawn Bishop, professore di Astrofisica nucleare al TUM, sono riusciti a scoprire un segnale di supernova datato temporalmente, nei dati di microfossili Terrestri, residenti in cristalli biogenicamente prodotti, a partire da due carotaggi dei sedimenti del Pacifico. L'inizio del segnale di Fe-60 si trova circa 2,7 milioni di anni fa ed è centrato a circa 2,2 milioni di anni. Il segnale si conclude in modo significativo circa 1,7 milioni di anni fa.

"Ovviamente, il sistema solare ha impiegato un milione di anni per transitare attraverso i detriti di questa supernova", afferma Shawn Bishop, che è anche uno dei  ricercatori principali del Excellence Cluster Universe.

Campioni con una risoluzione stratigrafica eccellente

Per analizzare l'intera struttura temporale del segnale Fe-60 nei campioni terrestri, è richiesto un serbatoio geologico con una risoluzione stratigrafica eccellente e alto tenore di sequestro di Fe-60  e scarsa mobilità di Fe, che conserva i flussi di Fe-60 quasi così come erano al tempo di deposizione, a parte il Fe-60 decaduto radioattivamente.

Le analisi presso l'acceleratore Tandem di Garching

Queste condizioni sono soddisfatte nei sedimenti marini dall'Oceano Pacifico utilizzati in questo studio. Al momento della deposizione di Fe-60, i batteri che sequestrano il ferro e che vivono nei sedimenti oceanici hanno incorporato Fe-60 all'interno delle loro catene intracellulari di nanocristalli di magnetite (Fe3O4). Dopo la morte delle cellule si sono fossilizzati in microfossili. Questi sedimenti sono cresciuti con un tasso di sedimentazione costante, preservando la forma temporale intrinseca del segnale di supernova. "Tuttavia, la concentrazione di Fe-60 in questi fossili è così bassa che è rilevabile solo attraverso la spettroscopia di massa ultrasensibile di un acceleratore (AMS)," dice il Dott Peter Ludwig, ricercatore nel gruppo di Shawn Bishop. All'acceleratore Tandem del Laboratorio Maier-Leibnitz a Garching i fisici sono riusciti ad affinare la sensibilità del metodo in modo che questa scoperta è stata possibile per la prima volta in assoluto.

Un evento di supernova ad una distanza di almeno 300 anni luce

Il progenitore stellare più plausibile che potrebbe aver dato origine a questa supernova ebbe probabilmente origine nell'associazione Scorpius-Centaurus OB, come  hanno dimostrato le analisi del suo moto relativo. Circa 2,3 milioni di anni fa si trovava ad una distanza minima di circa 300 anni luce dal sistema solare. Nel corso degli ultimi 10 o 15 milioni di anni una successione da 15 a 20 esplosioni di supernova si è verificata in questa associazione stellare. Questa serie di massicce esplosioni stellari ha prodotto una cavità in gran parte libera da materiale nel mezzo interstellare di un braccio galattico della Via Lattea. Gli astronomi chiamano questa cavità, in cui si trova il nostro sistema solare, la Bolla Locale.

venerdì 19 agosto 2016

Scoperto lo squalo cannibale di un'età dimenticata



Gli scienziati hanno scoperto prove fossili macabre che suggeriscono che 300 milioni di anni fa alcuni squali mangiavano i propri giovani, infatti i coproliti fossili di adulti dello squalo Orthacanthus contenevano dei dentini di piccoli della stessa specie. Questi temibili predatori marini usavano le lagune costiere protette  per allevare i loro piccoli, ma sembra che ricorressero al cannibalismo quando altre fonti di cibo diventavano scarse.

Trecento milioni di anni fa, Europa e Nord America giacevano sull'equatore ed erano coperte da giungle tropicali (i cui resti sono ora compattati in giacimenti di carbone). I primi predatori di queste cosiddette "Foreste di carbone" non sono stati gli animali terrestri, ma enormi squali che cacciavano nelle acque oleose delle paludi costiere.

La prova fossile del cannibalismo negli squali viene da particolari coproliti a forma di spirale (cacca fossile) che sono stati trovati nel Minto Coalfield di New Brunswick, in Canada. Il coprolite è stato certamente espulso da Orthacanthus perché questo squalo aveva uno speciale retto a cavatappi che rende facile l'identificazione dei suoi escrementi. Il coprolite è pieno di denti di giovani di Orthacanthus, il che conferma che questi squali si sono nutriti dei loro piccoli. Questo si chiama "cannibalismo filliale."

Dottoranda presso la School of Natural Sciences, Trinity College Dublin, Aodhan Ó Gogáin, ha fatto la straordinaria scoperta. I suoi risultati sono stati appena pubblicati sulla rivista Palaeontology. Ci ha detto: "Orthacanthus era uno squalo di tre metri di lunghezza, uno Xenacanthus con una spina dorsale, un corpo anguilliforme, e denti tricuspidi. C'erano già prove, desunte dal contenuto dello stomaco fossile di squali antichi come l'Orthacanthus, che questi squali predavano anfibi e altri pesci, ma questa è la prima prova che troviamo la prova che questi squali mangiavano i giovani della propria specie".

Il professor Mike Benton, della University of Bristol, è un co-autore dello studio. Egli ha detto: "Come paleontologi non possiamo osservare i rapporti predatore-preda direttamente nel modo in cui può fare uno zoologo, dobbiamo usare altri metodi per interpretare antiche reti alimentari. Un metodo è quello di sondare il contenuto del coproliti [cacca fossile] come abbiamo fatto qui."

Il dr Howard Falcon-Lang, della Royal Holloway University, è un altro co-autore. Ha detto: "Non sappiamo perché Orthacanthus sia ricorso alla pratica di mangiare i propri giovani. Tuttavia, il periodo Carbonifero era un periodo in cui i pesci marini stavano cominciando a colonizzare le paludi d'acqua dolce in gran numero È possibile che Orthacanthus usasse le vie navigabili interne come vivai protetti per allevare i suoi piccoli, ma poi li consumava come cibo quando altre risorse diventavano scarse".

Aodhan Ó Gogáin ha aggiunto: "Orthacanthus era probabilmente un po' come il moderno squalo toro, in quanto era in grado di migrare avanti e indietro tra le paludi costiere e i mari poco profondi. Questo insolito adattamento ecologico può aver giocato un ruolo importante nella colonizzazione degli  ambienti d'acqua dolce dell'entroterra."

Il Minto Coalfield in Canada, dove sono stati scoperti i fossili, è di notevole importanza storica, essendo il primo posto in Nord America dove i coloni hanno estratto il carbone nei primi anni del 17° secolo.

giovedì 18 agosto 2016

8 modi in cui puoi vedere applicata la teoria della relatività di Einstein nella vita reale


La relatività è una delle più famose teorie scientifiche del 20° secolo, ma quanto bene spiega le cose che vediamo nella nostra vita quotidiana?

Formulata da Albert Einstein nel 1905, la teoria della relatività è l'idea che le leggi della fisica sono le stesse ovunque. La teoria spiega il comportamento degli oggetti nello spazio e nel tempo, e può essere usata per predire tutto dall'esistenza dei buchi neri, alla curvatura della luce a causa della gravità, al comportamento del pianeta Mercurio nella sua orbita.

La teoria è ingannevolmente semplice. In primo luogo, non esiste una struttura "assoluta" di riferimento. Ogni volta che si misura la velocità di un oggetto, o il suo momento, o come sperimenta il tempo, è sempre in relazione a qualcos'altro. In secondo luogo, la velocità della luce è la stessa indipendentemente da chi la misura e da quanto velocemente viaggia la persona che fa la misurazione. In terzo luogo, nulla può andare più veloce della luce.

Le implicazioni della più famosa teoria di Einstein sono profonde. Se la velocità della luce è sempre la stessa, significa che un astronauta che va molto veloce rispetto alla Terra misurerà i secondi in modo più lento rispetto ad un osservatore che si trova sulla Terra - il tempo rallenta sostanzialmente per l'astronauta, un fenomeno chiamato dilatazione del tempo.

Qualsiasi oggetto in un grande campo gravitazionale accelera, e sperimenterà anche la dilatazione del tempo. Nel frattempo, la nave spaziale dell'astronauta sperimenterà la contrazione della lunghezza, il che significa che se si farà una foto della navicella durante il volo, apparirebbe come se fosse "schiacciata" nella direzione del moto. Per l'astronauta a bordo, però, tutto sembrerebbe normale. Inoltre, la massa della navicella sembrerebbe aumentare dal punto di vista delle persone sulla Terra.

Ma non è necessario che una navicella spaziale voli a velocità prossime a quella della luce per vedere gli effetti relativistici. In realtà, ci sono diversi casi di relatività che possiamo vedere nella nostra vita quotidiana, e anche le tecnologie che utilizziamo oggi dimostrano che Einstein aveva ragione. Ecco alcuni modi per vedere in azione la relatività.

1. Global Positioning System

Perchè il navigatore GPS della vostra auto funzioni nel modo accurato in cui funziona, i satelliti devono prendere in considerazione gli effetti relativistici. Questo perché, anche se i satelliti non si muovono ad una velocità vicina a quella della luce, essi sono comunque abbastanza veloci. I satelliti inviano anche segnali alle stazioni sulla Terra. Queste stazioni (e le unità GPS in auto) sperimentano tutte accelerazioni superiori a causa della gravità rispetto ai satelliti in orbita.

Per ottenere che la precisione sia millimetrica, i satelliti usano orologi che hanno una precisione di pochi miliardesimi di secondo (nanosecondi). Dal momento che ogni satellite è situato 12.600 miglia (20.300 chilometri) sopra la Terra e si muove a circa 6.000 miglia all'ora (10.000 km/h), c'è una dilatazione del tempo relativistica che vira su circa 4 microsecondi ogni giorno. Aggiungete gli effetti della gravità e il divario arriva a circa 7 microsecondi. Che diventano 7.000 nanosecondi.

La differenza è reale: se non si contassero gli effetti relativistici, una unità GPS che ti dicesse che ci vuole mezzo miglio (0,8 km) alla prossima stazione di servizio ti darebbe l'indicazione sbagliata di 5 miglia (8 km) dopo un solo giorno.

2. elettromagneti

Il magnetismo è un effetto relativistico, e possiamo ringraziare la relatività per il fatto che i generatori funzionano.

Se si prende un anello di filo e lo si fa muovere attraverso un campo magnetico, si genera una corrente elettrica. Le particelle cariche nel filo sono influenzate dal campo magnetico variabile, che obbliga alcune di loro a spostarsi e crea la corrente.

Ma ora, immaginate il filo a riposo e immaginate che sia il magnete in movimento. In questo caso, le particelle cariche nel filo (gli elettroni e protoni) non si muovono più, quindi il campo magnetico non dovrebbe più influenzarli. Ma lo fa, e una corrente scorre ancora. Questo dimostra che non vi è nessuna struttura di riferimento privilegiato.

Thomas Moore, professore di fisica presso il Pomona College di Claremont, California, utilizza il principio della relatività per dimostrare perchè la legge di Faraday, in cui si afferma che un campo magnetico variabile genera una corrente elettrica, è vera.

"Dal momento che questo è il principio di base dietro ai trasformatori e ai generatori elettrici, chi usa l'elettricità sta sperimentando gli effetti della relatività", ha detto Moore.

Gli elettromagneti funzionano anch'essi tramite la relatività. Quando una corrente elettrica diretta scorre attraverso un filo, gli elettroni sono alla deriva attraverso il materiale. Normalmente il filo sembrerebbe elettricamente neutro, senza carica netta positiva o negativa. Questa è una conseguenza di avere lo stesso numero di protoni (cariche positive) ed elettroni (cariche negative). Ma, se si mette un altro filo accanto ad esso con una corrente continua, i fili si attraggono o respingono, a seconda della direzione in cui la corrente è in movimento.

Supponendo che le correnti si muovano nella stessa direzione, gli elettroni del primo filo vedono gli elettroni del secondo filo come immobili (premesso che le correnti abbiano circa la stessa forza). Nel frattempo, dal punto di vista degli elettroni, i protoni in entrambi i fili sembra si stiano muovendo. A causa della contrazione delle lunghezze relativistiche, sembrano essere più strettamente posizionati, quindi c'è più carica positiva per lunghezza di filo che carica negativa. Dal momento che le cariche si respingono, i due fili anche si respingono.

Correnti che vanno in direzioni opposte determinano l'attrazione, perché dal punto di vista del primo filo, gli elettroni dell'altro filo sono più ammassati, creando una carica negativa netta. Nel frattempo, i protoni nel primo filo stanno creando una carica positiva netta, e cariche opposte si attraggono.

3. Il Colore Giallo dell'oro

La maggior parte dei metalli sono lucidi poiché gli elettroni negli atomi saltano da differenti livelli di energia, detti "orbitali". Alcuni fotoni che colpiscono il metallo vengono assorbiti e riemessi, anche se a una lunghezza d'onda più lunga. Molta luce visibile, però, si riflette solo.

L'oro è un atomo pesante, così i suoi elettroni interni si muovono abbastanza velocemente quando l'aumento la massa relativistica è significativo, così come la contrazione della lunghezza. Come risultato, gli elettroni girano attorno al nucleo in percorsi più brevi, con più slancio. Gli elettroni in orbitali interni trasportano energia che è più vicina all'energia degli elettroni esterni, e le lunghezze d'onda che vengono assorbite e riflesse sono più lunghe.

Una lunghezza d'onda maggiore della luce fa sì che una parte della luce visibile che di solito viene riflessa viene assorbita, e questa luce appartiene alle lunghezze d'onda tendenti al blu dello spettro. La luce bianca è un mix di tutti i colori dell'arcobaleno, ma nel caso dell'oro, quando la luce viene assorbita e riemessa le lunghezze d'onda sono solitamente più lunghe. Ciò significa che il mix di onde luminose che vediamo tende ad avere meno blu e viola. Questo rende l'oro apparentemente di colore giallastro poichè giallo chiaro, arancione e rosso hanno una lunghezza d'onda più lunga del blu.

4. L'oro non si corrode facilmente

L'effetto relativistico sugli elettroni dell'oro è anche uno dei motivi per cui il metallo non si corrode e non reagisce facilmente con qualsiasi altra cosa.

L'oro ha un solo elettrone nel suo guscio esterno, ma non è così reattivo come nel calcio o nel litio. Gli elettroni dell'oro, invece sono più "pesanti" di quanto dovrebbero essere, sono tutti tenuti più vicino al nucleo atomico. Ciò significa che l'elettrone più esterno, è improbabile che sia in un posto dove può reagire con altri - è altrettanto probabile che sia tra i suoi compagni elettroni che sono vicino al nucleo.

5. Il mercurio è liquido

Simile all'oro, anche il mercurio è un atomo pesante, con elettroni tenuto vicino al nucleo a causa della loro velocità e il conseguente aumento di massa. Nel mercurio, i legami tra i suoi atomi sono deboli, quindi il mercurio fonde a temperature più basse ed è tipicamente un liquido quando lo vediamo.

6. il vostro vecchio televisore

Solo pochi anni fa, la maggior parte dei televisori e dei monitor avevano schermi a tubo a raggi catodici. Un tubo catodico funziona sparando elettroni su di una superficie trattata con fosforo tramite un grande magnete. Ogni elettrone creava un pixel luminoso quando colpiva la parte posteriore dello schermo. Gli elettroni erano puntati per far muovere l'immagine fino al 30 per cento della velocità della luce. effetti relativistici sono evidenti, e quando i produttori hanno progettato i magneti, hanno dovuto prendere in considerazione tali effetti.

7. Luce

Se Isaac Newton avesse avuto ragione nel ritenere che ci sono regole assolute, avremmo dovuto trovare una spiegazione diversa per la luce, perché con tali regole non sarebbe esistita.

"Non solo non sarebbe esistito il magnetismo ma nemmeno la luce, perché la relatività richiede che i cambiamenti in un campo elettromagnetico si muovano ad una velocità finita, invece che istantaneamente," dice Moore, del Pomona College. "Se la relatività non rispettasse questo requisito... i cambiamenti dei campi elettrici verrebbero comunicati istantaneamente... invece che attraverso le onde elettromagnetiche, e sia il magnetismo e la luce sarebbero inutili."

8. Impianti Nucleari e Supernove

La relatività è uno dei motivi per cui massa ed energia possono essere convertiti l'una nell'altra, che è il modo in cui funzionano le centrali nucleari, e il meccanismo che fa splendere il sole. Un altro effetto importante si ha nelle esplosioni di supernova, che segnano la morte di stelle massicce.

"Le [Supernove] esistono perché gli effetti relativistici superano gli effetti quantistici nel nucleo di una stella sufficientemente massiccia, permettendole così di collassare di colpo sotto il loro stesso peso fino a diventare una stella di neutroni molto più piccola e densa", ha detto Moore.

In una supernova, gli strati esterni della stella crollano verso il suo cuore e creano una gigantesca esplosione che, tra le altre cose, crea elementi più pesanti del ferro. In realtà, quasi tutti gli elementi pesanti che ci sono familiari nascono nelle supernove.

"Noi siamo fatti di materiale creato e disperso dalle [supernove]", ha detto Moore. "Se la relatività non esistesse, anche le stelle più massicce finirebbero la loro vita come nane bianche, senza esplodere, e noi non saremmo in giro a pensarci."