Novembre2008 Lorigine degli elementi Si parlerà dei processi che : - hanno trasformato gli atomi...
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novembre2008 L’origine degli elementi Si parlerà dei processi che : - hanno trasformato gli atomi originati dal Big Bang nelle specie c -attraverso una continua “complessificazione” della materia, - nell’ipotesi che tutto sia avvenuto seguendo le leggi della natur - seguendo il quadro che appare dalle osservazioni, Paolo Saraceno IFSI-INAF
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novembre2008
L’origine degli elementi
Si parlerà dei processi che :
- hanno trasformato gli atomi originati dal Big Bang nelle specie che abitano la terra.-attraverso una continua “complessificazione” della materia,
- nell’ipotesi che tutto sia avvenuto seguendo le leggi della natura.
- seguendo il quadro che appare dalle osservazioni,
Paolo SaracenoIFSI-INAF
BigBang
3.6 miliardi d’anni
A.D. 0 1000 2050
miliardi
9
7
6
5
4
3
2
1Popolazione Mondiale?
Un processo di crescente “complessificazione”
1) IlBig Bang: che ha prodotto i due atomi più semplici che esistono in natura
Idrogeno (H) Elio (He)+ +
N
N+
2) Le stelle: dove si sono costruiti tutti gli altri atomi.
schema che seguiremo:
3) Le molecole: costituite da più atomi legati tra di loro
4) La vita e la sua evoluzione
Con il Big Bang, 13.7 miliardi di anni or sono, comincia la nostra storia
un fatto accettato con difficolta
Tra le ragioni che rendevano difficile accettare il Big Bang, alcune
erano legate alla questione dell’origine della vita
Espansione di 10+30 in 10-35 secondi
Perchè l’Universo era troppo giovane per permettere
l’evoluzione che si osservava sulla Terra
Fred Hoyle combatte per tutta la vita l’idea di Big
Bang (inventò il nome Big Bang, per deridere il modello).
Per l’origine della vita sostenne la
teoria della panspermia che
richiedeva all’Universo di esistere da
sempre
Le combinazioni possibili per un enzima sono: ~ 1050
Le combinazioni possibili per il DNA : ~ 10100
E gli atomi dell’universo “solo” : ~ 1080
, Ipotizzando che sulla Terra:
- esista tanta acqua da coprirla con un oceano profondo 10 Km (5.5 1021 litri ) - in cui si produce un miliardo di catene di DNA al secondo per ogni litro d’acqua .
In 10 miliardi di anni (la Terra esiste da 4) si sarebbero prodotte “solo” 1039 catene. Si sarebbe esplorato solo un infinitesimo dei casi possibili: 1 ogni 1061
L’Universo è troppo giovane per
aver allinenato in modo casuale
le basi che formano la sequenza
del DNA
La natura poi è ancora più
complessa
L’ISOMORFISMO è ancora più inspiegabile
combinazioni
possibili
per DNA : ~ 10100
La stessa mutazione in almeno 2 individui di una specie è impossibile
Ancora più impossibile in individui di specie diverse !!!
Ragno granchio. I ragni granchi si avvalgono del loro perfetto mimetismo per catturare gli insetti che impollinano i fiori. Il colore dei fiori e del ragno sono programmati da geni simili.
Espansione di 10+30 in 10-35 secondi
Il Big Bang è avvenuto 13.7 anni fa, la Terra è nata da “soli” 3.8 milardi di anni. La spiegazione dell’origine della vita e della sua evoluzione deve essere compatibile con questi tempi, per restare nell’ambito della Scienza.
Dopo il Big Bang la costruzione del nostro mondo.
La temperatura e densità diminuiscono con il tempo
•Dopo 0.1 sec si formano i primi protoni e neutroni…
•A circa 2.5 sec cominciano le reazioni Nucleari : H => He
• a 3.6 min le reazioni nucleari si fermano: densità troppo bassa per continuare
3/4
1/4
L’Universo a 3.6 minuti Dal Big Bang
Espansione di 10-30 in 10-35 secondi
Dopo circa 300.000 anni la temperatura scende a circa 3000 °C e i nuclei di H e He catturano gli elettroni liberi. Nascono i primi atomi
L’Universo continua ad espandersi e a raffreddarsi e diviene buio. Dopo circa 300 milioni di anni la materia si condensa in nubi compatte che rapidamente diventano stelle che riportano la luce nell’Universo
1)IlBig Bang: che ha prodotto i due atomi più semplici che esistono in natura
Idrogeno (H) Elio (He)+ +
N
N+
2) Le stelle: dove si sono costruiti tutti gli altri atomi.
schema
3) Le molecole: costituite da più atomi legati tra di loro
4) La vita e la sua evoluzione.
Come nasce una stella ?
La gravità comprime la materia sin tanto che al suo centro si raggiungono temperature 15 milioni di gradi necessarie a vincere la repulsione columbiana dei protoni e permettere alle forze nucleari di agire
+
+
H11
H11
+
+N
γ
He32
+
+N
He32
+
+N N
+
+
He42
H11
H11
e+
N
+
υ
D21
+H1
1
energiaH2HeHeHe 11
42
32
32
γ HeHD 32
11
21
υDHH 21
11
11 e+
Fusione dell’H
+
+
H11
H11
+
+
H11
H11
+
+N
γ
He32
+
+N
γ
He32
+
+N
He32
+
+N
He32
+
+N
He32
+
+N N
+
+
He42
H11
H11
+
+N N
+
+
He42
H11
H11
e+
N
+
υ
D21
N
+
N
+
υ
D21
+H1
1
+H1
1
energiaH2HeHeHe 11
42
32
32
γ HeHD 32
11
21
υDHH 21
11
11 e+ υDHH 2
111
11 e+
Fusione dell’H
+
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H11
H11
+
+N
γ
He32
+
+N
He32
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+N N
+
+
He42
H11
H11
e+
N
+
υ
D21
+H1
1
energiaH2HeHeHe 11
42
32
32
γ HeHD 32
11
21
υDHH 21
11
11 e+
Fusione dell’H
+
+
H11
H11
+
+
H11
H11
+
+N
γ
He32
+
+N
γ
He32
+
+N
He32
+
+N
He32
+
+N
He32
+
+N N
+
+
He42
H11
H11
+
+N N
+
+
He42
H11
H11
e+
N
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υ
D21
N
+
N
+
υ
D21
+H1
1
+H1
1
energiaH2HeHeHe 11
42
32
32
γ HeHD 32
11
21
υDHH 21
11
11 e+ υDHH 2
111
11 e+
Fusione dell’H
Dipende dall’equilibrio tra l’energia prodotta al suo interno e la forza di gravità che tende a farla colassare.
Il diametro delle stelle
Quando una stella produce: -molta energia diviene una gigante
- poca a energia diviene una nana
11/04/23 16
La zona in cui si raggiunge la temperatura necessaria alla fusione è tanto più grande quanto più grande è la massa della stella
-1 0 1 2 Log M/Mo
Log
L/L
o
6
-4
L M
4
L M4
M L Vita 1 1 1 2 161/8 4 256 1/6410 10.000
1/1000
17
L M4
M L Vita Elementi 1 1 1 H He C 2 161/8 4 256 1/6410 10.000 1/1000 tutti gli
elementi
Un’altra differenza tra stelle “piccole” e “grandi” è che le stelle grandi raggiungono temperature più alte al centro, necessarie a costruire gli atomi pesanti
FeSiCHeH
C, N , O,Si, Mg....... Fe, Ni, Pb,
U....
NUBI MOLECOLARI
GIGANTI
H2, CO, NH3, H2O, CS, OH, CH4............…
M=104 - 106 Mo
Dense Cores
D= 0.5 a.l. M =1 -50 Mo T. = 10 - 30 K
NASCITA STELLENASCITA STELLE
Funzione di massa
STELLAfusione nucleare
produceatomi piu pesanti
L M4
1 / M3
Nane BiancheStelle Neutroni
Buchi neri
Massaesclusa dal
cicloevolutivo
Le stelle, come gli organismi biologici: nascono, vivono e muoiono.
L’Universo è quindi, diverso da quello che è stato in passato e da quello che sarà in futuro
E’ un processo in continua evoluzione: ad ogni generazione, la composizione chimica della
materia da cui nascono le stelle è diversa da quella della generazione precedente e nascono stelle diverse
Quando muoiono rimettono in circolo gran parte della loro massa per far nascere altre stelle, come fanno gli organismi biologici.
Un’evoluzione cominciata nello spazio interstellare e poi continuata sulla Terra con le specie biologiche
Dall’inizio dell’Universo si è consumato poco idrogeno....
3.6 minuti dopoil Big Bang
14.5 miliardi d’anni dopo il Big Bang
Big Bang Universo Attuale
• La creazione di queste piccole quantità di atomi pesanti è il combustibile che ha illuminatol’Universo negli ultimi 13.7miliardi d’anni.
Big Bang Universo Attuale
Crosta TerrestreEsseri viventi
Terra
13.7 miliardi di anni
3.6 miliardi di anni
Come si sono concentrati sulla terra gli elementi necessari alla vita
1)IlBig Bang: che ha prodotto i due atomi più semplici che esistono in natura
Idrogeno (H) Elio (He)+ +
N
N+
2) Le stelle: dove si sono costruiti tutti gli altri atomi.
schema
3) Le molecole: costituite da più atomi legati tra di loro
4) La vita e la sua evoluzione.
3.8 miliardi di anni fa finisce il bombardamento dei meteoriti
la Terra si solidifica
4.6 miliardi di anni faNasce la terra
La terra primordiale
Stromatoliti: rocce di carbonato di calcio (CaCO3) Derivano dalla fossilizzazione di grandi colonie di cianobatteri che inducono la trasformazione del bicarbonato di calcio Ca(HCO3)2 , disciolto nell’acqua, in carbonato di calcio (CaCO3) che precipita catturando al suo interno i cianobatteri.
La terra primordiale La terra quando è nata la vita
Controllo ??
La vita è chimica
L’origine delle specie
Dopo il Cambriano esplode l’evoluzione
- 510 (0) milioni d’anni fine del Cambriano
- 370 (+ 140) “ “ i primi anfibi
– 300 (+150) “ “ i rettili colonizzano la terra.
– 250 (+260) “ “i Dinosauri : i più
grandi animali che siano mai esistiti sulla terra
La natura che aveva sonnecchiato per 3000 milioni d’anni esplode !!
A -250 milioni d’anni (a 260 milioni d’anni dal Cambriano) compaiono i Dinosauri
Che si estinguono a - 65 milioni d’anni
Con la scomparsa dei dinosauri i mammiferi diventano le specie predominanti, all’inizio deponevano uova …
poi si adattarono ai nuovi ambienti e progressivamente comparvero cavalli, elefanti, rinoceronti, lupi e scimmie.
Il resto è storia recente:
- 3.5 milioni d’anni l’età di Lucy
- 2 “ “ l’homo abilis
- 500.000 anni l’Homo erctus e la scoperta del fuoco
- 30.000 scompare il Neandertal e si afferma il Sapiens Sapiens cioè noi
Nascita la vita
Costruendo strutture organiche sempre più complesse
CellulaIl mattone costituente di ogni vivente
In quella prima cellula c’era già la sintassi con cui si scriveranno le istruzioni per costituire gli organismi più complessi.
E inizia un nuovo processo di “complessificazione” tutto “molecolare”
L’evoluzione dellavita è stata l’evoluzione della cellula
che nel tempo è divenuta sempre più complessa
CellulaIl mattone costituente di ogni viventeChe nel tempo diviene più complessa
Colonie di Cellule1.8 miliardi
TessutoUn insieme di cellule simili
OrganoComposto da tessuti diversi
OrganismiComposto da organi e tessuti diversi
Costruendo strutture organiche sempre più complesse
Negli organismi la complessità cresce con l’evoluzione
CellulaIl mattone costituente di ogni viventeChe nel tempo diviene più complessa
Colonie di Cellule1.8 miliardi
TessutoUn insieme di cellule simili
OrganoComposto da tessuti diversi
OrganismiComposto da organi e tessuti diversi
GruppiComposti da più individui della stessa specie
Per alcune specie come api o formiche la vita dei singoli individui ha poco senso
CellulaIl mattone costituente di ogni viventeChe nel tempo diviene più complessa
Colonie di Cellule1.8 miliardi
TessutoUn insieme di cellule simili
OrganoComposto da tessuti diversi
OrganismiComposto da organi e tessuti diversi
GruppiComposti da più individui della stessa specie
PopolazioniL’insieme dei gruppi che vivono sullo stesso territorio
All’interno dei gruppi e delle popolazioni - gli individui collaborano
- si scambiano informazioni - realizzano strutture complesse
Nasce: l’evoluzione culturaleUn processo che caratterizza molte specie(c’era anche tra i dinosauri)
Che nella specie uomo ha la sua massima espressione.
Creando strutture sociali e fisichesempre più complicate.(per interpretarle nasce: il diritto, l’economia, la sociologia, la psicologia ecc.)
Evoluzione Culturale
Avviene in tutte le specie che usanola propria intelligenza per migliorare la qualità della vita, inventando cose utili, acquisendo esperienza e trasferendola ad altri individui della specie.
- evolve attraverso le invenzioni equivalenti alla mutazioni nella evoluzione biologica- si trasmette attrverso la conoscenza, anche tra individui della stessa generazione-selezione attraverso le scelta delle delle invenzioni migliori
- si sviluppa ogni volta che una innovazione è diffusa all’interno di una specie - accellera ogni volta che cresce la capacità di comunicare tra gli individui.
Nell’uomo alcune tappe sono:
- 2.5 milioni di anni: Homo Abilis si differenziano dagli animali costruendo i primi utensili
- 45.000 anni nascita del linguaggio
- 5.000 “ la scrittura
-1439 Gutemberg inventa la stampa e inizia l’era moderna-Oggi con i calcolatori che permettono di immagazzinare grandi quantità d’informazioni e le reti che le mettono a disposizione di tutti
.
La complessificazione dell’universo..Big Bang
H He Stelle
gli atomi Le molecole
?
Gli organismi
? ?
Gruppi epopolazioni
?
O
H
H
H2O
conclusione
1) L’Universo è in continua evoluzione 2) il mondo in cui viviamo è il risultato di un processo di “complessificazione” della materia - iniziato con il Big Bang
- proseguita all’interno delle stelle con la costruzione degli atomi più pesanti.
- nel mezzo interstellare con le molecole e una chimica sempre più complessa
- sulla Terra con la nascita e l’evoluzione della vita- infine con strutture sociali complesse che
condizionano l’evoluzione biologica
Rischiamo di fare anche noi la fine dei dinosauri??
Non dimentichiamo che la maggior parte delle specie del passato si è estinta.
FINE
