SCUOLA SECONDARIA DI PRIMO GRADO Pianeta blu: acqua ...

SCUOLA SECONDARIA DI PRIMO GRADO

Pianeta blu: acqua, principio di tutte le cose

GUIDA PER IL DOCENTE


1


INTRODUZIONEI sei step in cui si articola il percorso sono stati elaborati seguendo una scansione logica che consente anche di utilizzarli indipendentemente. Il docente può scegliere la modalità più consona alla propria programmazione curricolare (o extracurricolare) e alle caratteristiche degli alunni. La tematica viene presentata da due punti di vista privilegiati, quello spaziale e quello terrestre, che spesso si arricchiscono a vicenda. L’acqua si collega a molte tematiche curricolari ed è fondamentale per educare allo sviluppo sostenibile e affrontare le sfide globali dell’Agenda 2030 dell’ONU. Nella stesura sono stati focalizzati i principali aspetti scientifici, scegliendo tra quelli più evocativi e affrontabili da parte dei ragazzi. Il percorso è inoltre arricchito da attività operative e/o sperimentali che prevedono l’utilizzo di materiali poveri di uso quotidiano. È consigliabile condurre le attività sperimentali in collaborazione con l’insegnante di Scienze.

Lo STEP 1 prende l’avvio da due famose foto della Terra, per arrivare alla conclusione che il colore blu è dovuto alla presenza di acqua allo stato liquido, prerequisito per la vita. Viene poi presentata l’idea di “zona abitabile” con un’attività investigativa.

Lo STEP 2 affronta le ipotesi sull’origine dell’acqua nell’Universo e sulla Terra. L’attività operativa prevede di elaborare una linea del

tempo dei principali eventi legati alla “storia” dell’acqua.

Nello STEP 3 si ricordano sinteticamente alcune delle particolarità e anomalie dell’acqua. Vengono proposte due semplici attività sperimentali, una sulla densità di acqua liquida e ghiaccio e una sulle curiose superfici superidrofobiche.

Nello STEP 4 si affronta il tema della sostenibilità ambientale: l’acqua è vista come risorsa, strumento per evitare malattie o fonte di energia, ma anche come potenziale agente distruttivo o protagonista dei problemi legati al riscaldamento globale. Lo step si conclude col calcolo della quantità d’acqua che gli alunni consumano in un giorno.

Lo STEP 5 indica le risorse di acqua lunare, prevalentemente sotto forma di ghiaccio, che potrebbero nel futuro essere utilizzate dagli astronauti delle stazioni lunari. Viene proposta un’attività sperimentale con carote di ghiaccio lunare simulate, da cui ottenere acqua liquida e senza impurezze. I dati sperimentali, correlati alla quantità di acqua necessaria in un giorno, stimoleranno i ragazzi a proporre strategie per non sprecare acqua sulla Terra e sulla Luna.

Nello STEP 6 si descrivono le strategie per risparmiare e riciclare l’acqua sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Le tecnologie e le strategie adottate sulla ISS potrebbero essere in futuro utilizzate anche sulla Terra.

A cura di Isabella Marini


2


Pianeta bluSCUOLA SECONDARIA DI PRIMO GRADO

Perché solo il nostro pianeta è blu?

Blue marble. Earthrise.

PERCHÉ SOLO IL NOSTRO È IL PIANETA BLU?

STEP 1

Due foto famose. Era il dicembre del 1972 quando dalla navicella spaziale statunitense Apollo 17 fu scattata questa foto della Terra, soprannominata Blue marble (biglia blu). Ed era la Vigilia di Natale di quattro anni prima quando gli astronauti dell’Apollo 8, scattarono la famosissima Earthrise (alba della Terra). Dalla superficie arida, grigiastra, segnata da crateri dell’orizzonte della Luna c’era una magnifica alba che nessun occhio umano aveva fino ad allora potuto ammirare e uno degli astronauti commentò: «Siamo andati vicino alla Luna per scoprire la Terra».Facendo commentare e descrivere dai ragazzi le due foto presenti nella diapositiva, dovrebbe emergere che la Terra dallo Spazio appare bluastra, per questo è stata definita il Pianeta blu o azzurro. Si solleciterà la riflessione chiedendo: “Perché secondo voi la Terra è blu?”

Per fare un confronto sulla costituzione e “colorazione” degli altri pianeti e per proseguire la discussione e la sistematizzazione delle conoscenze, si presenta il video ESA Paxi - Il Sistema Solare (Filmato 1).

Si chiederà poi di commentare il video, annotando sul quaderno le osservazioni più significative o le domande più produttive. I ragazzi dovrebbero facilmente dedurre che la Terra è l’unico pianeta del Sistema Solare in cui è presente acqua allo stato liquido (alcuni studiosi hanno ipotizzato però che sia Europa, una delle lune di Giove, che Encelado, una delle lune di Saturno, abbiano oceani liquidi sotto una crosta di ghiaccio).

Si inviteranno poi gli studenti a riflettere, prima individualmente e poi nel piccolo gruppo, sulle condizioni, anche astronomiche, che permettono la vita sulla Terra. La successiva discussione collettiva potrà essere utile per introdurre l’idea di zona di abitabilità.

A partire dagli anni Sessanta del secolo scorso gli astronomi, per selezionare tra migliaia di pianeti extrasolari i migliori candidati ad ospitare la vita, hanno iniziato a formulare l’idea

Proietta la slide e racconta

di zona di abitabilità o Goldilocks. I parametri considerati dagli scienziati fondamentali per la zona abitabile sono quelli che consentono l’esistenza di acqua in fase liquida.

LINK

https://youtu.be/dtgANbqBXSg


3


La vita sulla Terra è possibile grazie a un raffinato, unico e insostituibile equilibrio di fattori concomitanti: un’atmosfera di particolare costituzione e con abbondante ossigeno, una massa “giusta”, una particolare composizione chimica, un opportuno campo magnetico, ma soprattutto la distanza giusta dal Sole, né troppo vicino come Mercurio né troppo lontano come Giove, con disponibilità di acqua allo stato liquido.

Alla fine, per stimolare la discussione sull’abitabilità di un corpo celeste, si propone l’attività “Atterraggio di emergenza!” (Allegato 1)

1


Pianeta blu: allegato 1

ATTERRAGGIO DI EMERGENZA!

Un meteorite ha colpito la tua astronave. Fortunatamente, stai attraversando il Sistema di Helios, una stella simile al Sole circondata da sette pianeti, alcuni dei quali hanno delle lune. La tua navicella ha poco carburante e devi decidere prima possibile dove atterrare. Hai la fortuna di conoscere alcune caratteristiche di ciascuno dei pianeti e delle lune nel Sistema di Helios.

Non c’è una risposta esatta, ma alcune scelte sono migliori di altre. Valuta i vari parametri e argomenta… buona scelta!

PIANETA 1

È il più vicino a Helios.Massa: 1,5 (Terra = 1)Tettonica: vulcani attivi e attività sismica.Atmosfera: CO2, N2 e H20.Temperatura media: 651 °C Descrizione: nubi dense circondano il pianeta e non si riesce a vedere la superficie.

PIANETA 5

Gigante gassosa con una grande luna.Caratteristiche della luna.Atmosfera: SO2.Tettonica: vulcani attivi e sorgenti termali.Temperatura: nei punti caldi raggiunge i 600 °C, lontano dai vulcani 145°C.

PIANETA 2

Massa: 0,5Tettonica: nessuna attività.Atmosfera: sottile, con CO2.Temperatura media: 10 °C Descrizione: calotte ghiacciate ai poli, tracce prosciugate di fiumi, molti crateri in superficie.

PIANETA 6

Gigante gassosa con quattro grandi lune rocciose. Nessuna delle lune ha un’atmosfera, una è ricoperta di ghiaccio.

PIANETA 3

Massa: 1Tettonica: vulcani attivi e attività sismica.Atmosfera: CO2 e H20.Temperatura media: 30 °C Descrizione: superficie ricoperta prevalentemente di acqua liquida, la poca terraferma è costituita da isole vulcaniche.

PIANETA 7

Gigante gassosa con due grandi lune. È il più lontano da Helios.Luna 1: densa atmosfera di metano, pressione che consente la presenza di oceani di metano liquido. Temperatura: –200 °C.Luna 2: ricoperta di ghiaccio (acqua). Il ghiaccio appare spezzato e ricongelato in alcune parti, indicando un potenziale oceano liquido sottostante.Temperatura: –100 °C.

PIANETA 4

Massa: 1,5Tettonica: vulcani attivi e attività sismica.Atmosfera: N2, O2 e ozono.Temperatura media: 2 °C.Descrizione: oceani freddi ricoperti di ghiaccio per gran parte del globo. Qualche mare aperto con poca terra emersa intorno all’equatore.

ALLEGATO 1

ASTEROIDI, COMETE E GLI “OCEANI D’ACQUA” DELLO SPAZIO Si pensa che l’acqua si trovi esclusivamente sulla Terra, invece è una delle sostanze più abbondanti nello Spazio, soprattutto sotto forma di ghiaccio. Immediatamente dopo il Big Bang (13,8 miliardi di anni fa) fu prodotto l’idrogeno e dopo circa 100 milioni di anni, dalle reazioni di fusione all’interno delle stelle, l’ossigeno. L’idrogeno e l’acqua (formata da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno) sono le sostanze più abbondanti dell’Universo. Le molecole d’acqua si sono formate dai gas freddi e densi sul pulviscolo di stelle neonate, che possiamo immaginare come enormi idranti spaziali che producono velocemente immense quantità di acqua; è stato calcolato che una protostella immette nello Spazio in un secondo cento milioni di volte tutta l’acqua

del Rio delle Amazzoni. L’acqua si trova nello Spazio interstellare, su pianeti e asteroidi e nell’atmosfera di stelle come il nostro Sole.

STEP 2


Asteroidi e comete L’acqua, soprattutto sotto forma di ghiaccio, è una delle sostanze più abbondanti dello Spazio.

Ma qual è l’origine dell’acqua terrestre?

Una molecola d’acqua formata da due atomi di idrogeno (bianchi) e uno di ossigeno (rosso).

Portata da comete e asteroidi

Collisione con il proto-pianeta Theia



4


Nel Sistema Solare, che si formò 4,6 miliardi di anni fa, le condizioni per la presenza di acqua diventano sempre più propizie andando verso l’esterno; i pianeti interni, come la Terra, si trovano in una zona arida. Il dibattito scientifico sull’origine dell’acqua terrestre è ancora aperto: le ipotesi più accreditate sostengono che la nostra acqua sia extraterrestre e provenga dalla periferia esterna del Sistema Solare, portata da comete e asteroidi oppure che si sia formata dalle nubi di pulviscolo e vapore che circondavano il giovane Sole al momento della formazione della Terra (circa quattro miliardi e mezzo di anni fa); un’ipotesi endogena suggerisce che le molecole di acqua, formate liberando idrogeno e ossigeno da silicati e rocce terrestri, vennero portate in superficie dalla lava e liberate come vapore acqueo.

Secondo una delle ipotesi più suggestive 4,4 miliardi di anni fa l’acqua giunse sulla Terra a seguito della collisione con un proto-pianeta di dimensioni paragonabili a Marte, proveniente dal Sistema Solare esterno. Questo impatto avrebbe portato sulla Terra l’acqua, e la potenzialità di ospitare la vita, e dal materiale terrestre staccato nella collisione si sarebbe formata la Luna. Il giovane pianeta che impattò la Terra dando origine alla Luna è stato chiamato dagli astronomi Theia, come la mitologica madre di Selene, dea della Luna.

Si chiede ai ragazzi: “Pensi che l’acqua sia presente nell’Universo?” e “Come si è originata l’acqua sulla Terra?”, lasciandoli liberi di esprimere anche idee fantasiose e di commentare le affermazioni dei compagni. Dopo la descrizione sintetica delle ipotesi scientifiche, si chiede agli alunni di descriverle e di compilare la tabella dell’attività “Una tabella dei tempi” (Allegato 2). Si può eventualmente approfondire la figura mitologica di Theia. 2



UNA TABELLA DEI TEMPI

Compila la tabella identificando i principali passaggi legati alla formazione dell’acqua nell’Universo e sulla Terra.

EVENTO TEMPO (miliardi di anni fa)

Anni dal BIG BANG

Big Bang

Produzione idrogeno

Produzione ossigeno

Formazione Sistema Solare

Formazione Terra

Formazione Luna

Acqua sulla Terra(ipotesi Theia)

ALLEGATO 2

ACQUA: UNA SOSTANZA UTILE E STRANA L’acqua è costituita da una molecola a prima vista semplice, costituita da due atomi di idrogeno legati a un atomo di ossigeno, eppure questa sostanza è veramente unica e molte delle sue anomalie sfidano tuttora gli scienziati. Qualche anomalia? L’acqua dovrebbe essere un gas, ha un’alta

STEP 3

tensione superficiale e coesione, non è comprimibile e congelando si espande invece di compattarsi e affondare come quasi tutti gli altri liquidi. L’acqua è essenziale in molte reazioni chimiche, è un eccellente solvente per i gas e per molti solidi. Le sue interazioni sono


5



«Per convincerli che il loro timore era infondato, il capitano Cook…»

Nel 1773 il capitano James Cook, nel viaggio di esplorazione verso l’Antartide, escogitò un modo originale per approvvigionarsi di acqua potabile.

Proietta la slide e raccontaselettive, infatti le sostanze possono essere idrofiliche o idrofobiche.

Gli studenti incontreranno tutte le straordinarie proprietà dell’acqua nel corso dei loro studi, intanto ci soffermeremo su densità e idrofobicità.

Un grande navigatore e l’acqua da bere. Nel 1773 il capitano James Cook, nel viaggio di esplorazione verso l’Antartide, escogitò un modo originale per approvvigionarsi di acqua potabile, visto che quella di mare non si può bere. Dal diario di George Forster, uno dei partecipanti al viaggio:«La mattina del nono giorno abbiamo visto un grande iceberg circondato da molti frammenti di ghiaccio, il vento era favorevole ed abbiamo calato in mare una scialuppa per raccogliere un po’ dei frammenti. I blocchi di ghiaccio, issati sul ponte di poppa della nave, furono spezzati in pezzi più piccoli e chiusi nelle botti. Durante i pasti con delle ciotole raccoglievamo il ghiaccio fuso nelle botti; l’acqua ottenuta era dolce e buonissima, sembrava persino più pura di quella caricata a Cape Town. Alcuni membri dell’equipaggio erano seriamente preoccupati perché pensavano che il ghiaccio, una volta fuso, avrebbe fatto esplodere le botti in cui era racchiuso. Per convincerli che il loro timore era infondato, il capitano Cook…»

Si invitano gli alunni a ipotizzare cosa fece il capitano. A questo punto si realizzano i primi due esperimenti proposti nell’attività “Densità e superidrofobicità” (Allegato 3, Scheda aggiuntiva per il docente A), che consentono di dare la corretta conclusione alla storia del capitano.

Superfici superidrofobiche. Foglie di loto, cavolo e nasturzio... Non sono ingredienti di una pozione magica, ma materiali naturali con una sorprendente capacità di interagire con l’acqua, grazie a una nanostruttura

3



DENSITÀ E SUPERIDROFOBICITÀ

L’esperimento del capitano Cook.

Materiale Un bicchiere colmo di acqua ghiacciata.

1. Annota il livello superiore del ghiaccio e descrivi brevemente ciò che osservi.

...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

2. Fai fondere completamente il ghiaccio. Descrivi ciò che osservi.

...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Se non hai modo di effettuare l’esperimento puoi aiutarti con le fotografie.

Il ghiaccio ha bisogno di più spazio.

Materiale• 1 siringa monouso da 60 mL.• Acqua.• Congelatore o miscela refrigerante (miscela ghiaccio-sale in rapporto 2:1) in un

contenitore.

Riempi di acqua la siringa, segna con un pennarello il volume aspirato e chiudine l’estremità.Metti la siringa nel congelatore o nella miscela refrigerante e aspetta che l’acqua congeli.Descrivi brevemente ciò che hai osservato prima e dopo il congelamento.

...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Se non hai modo di effettuare l’esperimento puoi aiutarti con le fotografie.

1

2

4



Superfici superidrofobiche.

Che cosa succede se metti qualche goccia d’olio in un bicchiere di acqua? Perché?

...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Materiali

• Foglie di cavolo (indispensabili), di salvia, altre foglie.

• Parafilm, plastica, carta assorbente, alluminio, stoffa, cotone, sabbia magica, vetrini da microscopio puliti e anneriti dal nerofumo, ecc.

Con una pipetta o un contagocce deponi su ciascun campione, posto orizzontalmente, una singola goccia d’acqua (dovrebbe avere sempre le stesse dimensioni).

Osserva attentamente, cercando con lo sguardo il livello di separazione tra la goccia e la superficie.

1. Che forma assume la goccia d’acqua sulle diverse superfici?

...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

2. Quali materiali tendono ad assorbire e quali tendono a respingere la goccia d’acqua?

...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

3. Se inclini la superficie, la goccia d’acqua tende sempre a muoversi? Su quali materiali le gocce d’acqua rotolano come delle biglie?

...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

4. In base a quanto hai osservato, quali tra i materiali che hai utilizzato sono idrofilici e quali idrofobici?

...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

...........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

3

ALLEGATO 3


6


che li rende superidrofobici. Questa non è la sede per esaminare gli ordini di grandezza (nano corrisponde a 10–9), forze, interazioni e strutture, ma possiamo esaminare fenomenologicamente alcuni materiali e confrontarli per scoprire la superidrofobicità (terzo esperimento dell’Allegato 3). Imitando la natura sono stati progettati materiali superidrofobici per realizzare vetri e tessuti autopulenti, superfici antighiaccio per gli aerei, rivestimenti antigelo per freezer e automobili, pentole antiaderenti, chiglie a basso attrito e anticorrosione, sistemi di raccolta per l’acqua piovana e persino superfici antimicrobiche e antivirali. Moltissimi nanomateriali di ultima generazione, dopo essere stati sperimentati anche sulla ISS, oggi vengono utilizzati nelle missioni spaziali.


Alcune piante, come il loto, sono superidrofobiche. Imitando la natura, gli scienziati hanno progettato materiali che hanno le stesse qualità.

Superfici superidrofobiche

Goccia d’acqua su una foglia di loto. Carta rivestita con una vernice superidrofobica sviluppata

all’University College di Londra.


Acqua: “oro blu”L’acqua, per la sua importanza, viene spesso chiamata “oro blu”.

Fusione dei ghiacciai e delle calotte polari, inondazioni e desertificazioni sono alcuni degli scenari ipotizzati come conseguenza del riscaldamento globale.

Scienziati ed economisti stanno studiando varie soluzioni. Il programma Copernicus, per esempio, osserva la Terra con dei satelliti, cercando di valutarne lo stato di salute.



IL PREZIOSO E PERICOLOSO “ORO BLU”

STEP 4

Senza acqua non possiamo vivere, se non per pochissimi giorni, perché per 2/3 siamo formati da acqua. Per questo motivo, per verificare la presenza di vita nello Spazio, cerchiamo in primo luogo la presenza di acqua. Fortunatamente il 70% della Terra è ricoperta di acqua, ma non lasciamoci illudere da questa abbondanza, quella adatta al consumo umano è pochissima: il 97% è salata, tre quarti del restante 3% si trova sotto forma di ghiaccio ai Poli e nei ghiacciai, meno dell’1% è disponibile per il consumo umano.

Con poca acqua a disposizione le conseguenze sono malattie e degrado ambientale, esserne privati del tutto significa morte. Secondo l’ultimo World Water Forum, sulla Terra 1


7


persona su 8 non ha acqua da bere e 1 su 3 non dispone di servizi igienico-sanitari adeguati. Nel futuro la situazione non migliorerà: nel 2025 metà della popolazione mondiale vivrà in aree sottoposte a stress idrico e nel 2050 metà della popolazione mondiale non disporrà di acqua potabile.

La crescente domanda di acqua, le molte riserve idriche agli sgoccioli e i cambiamenti climatici aggraveranno la situazione. Il nostro pianeta ha quindi bisogno di acqua, una risorsa così preziosa che molti oggi la chiamano “oro blu”.

L’acqua è stata una risorsa fondamentale a partire dalle origini dell’umanità, basti pensare alle grandi civiltà dei fiumi, e agli artisti che hanno creato un ricco mondo simbolico associandola alla vita, all’anima, alla purezza, alla maternità e alla forza.

L’acqua scolpisce il paesaggio terrestre ed è essenziale nel lavoro dell’uomo, che ha da sempre convissuto con la sua forza benefica e talvolta distruttiva, costruendo argini contro le alluvioni, imbarcazioni per sfruttarla come straordinario mezzo di trasporto e dighe

5



L’ACQUA PER UN GIORNO…

Quanta acqua pensi ti sia necessaria per tutto quello che fai giornalmente?

........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Prendendo nota di tutte le attività che fai nel corso di una giornata, compila la tabella seguente.

Attività Litri di acqua consumati

Numero di volte Totale litri

Fare la doccia (10 minuti)

50

Fare il bagno nella vasca 80

Lavarsi i denti(rubinetto aperto non al massimo)

6

Lavarsi il viso 2,5

Scaricare l’acqua del water

8

Lavarsi le mani 1

Lavare i piatti a mano 8

Usare la lavastoviglie 18

Usare la lavatrice 70

Cucinare 5

Bere acqua, tè, bevande analcoliche

0,2

Irrigare il giardino 8/m2

Pulire casa 10

TOTALE GIORNALIERO

Che scostamento c’è tra il valore calcolato e quello stimato prima dell’attività?

........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Quali sono le tue riflessioni a riguardo?

........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

ALLEGATO 4

perché l'acqua in quota è una delle principali fonti di energia rinnovabile.

L’acqua è anche la principale protagonista dei problemi provocati dal riscaldamento globale: i futuri scenari parlano di fusione dei ghiacciai e delle calotte polari, di imprevedibili piogge torrenziali con inondazioni o di zone sempre più aride, portate alla desertificazione.

Dobbiamo però arrenderci di fronte a questi scenari apocalittici? Certo che no: scienziati ed economisti stanno studiando varie soluzioni tecnologiche e l’Unione Europea ha attivato programmi come Copernicus grazie a cui – con la collaborazione dell’ESA – si osserva la Terra in modo sistematico con satelliti e stazioni terrestri a beneficio di tutti i cittadini.

Ciascuno di noi, nel suo piccolo, può inoltre contribuire a non sprecare acqua, a inquinarla meno, e a interessarsi consapevolmente alla sua gestione.

Si propone quindi l’attività “L’acqua per un giorno…” (Allegato 4) grazie alla quale gli studenti calcoleranno quanta acqua consumano in un giorno. Quanto emergerà sarà oggetto di riflessione e di discussione.


8


ACQUA SULLA LUNA STEP 5

Già da qualche anno sappiamo che il nostro satellite non è una landa desertica – come molte delle immagini lunari potrebbero suggerirci – ma che nelle cosiddette “trappole fredde”, crateri perennemente in ombra vicino ai poli, esiste acqua sotto forma di depositi di ghiaccio.

La figura ricostruisce la distribuzione del ghiaccio lunare, ottenuta grazie anche a uno strumento per misurare la temperatura della Luna, il Diviner Lunar Radiometer Experiment, che ha un curioso nome.

Si può far cercare agli studenti il significato di water diviner, rabdomante, e impostare una riflessione o una ricerca sui nomi dei corpi celesti.

Un’altra quota di acqua lunare, meno accessibile e prodotta dall’impatto tra i protoni del vento solare e i minerali, è legata alle rocce e alla regolite, il materiale polveroso che ricopre gran parte della superficie lunare, la stessa su cui ha lasciato l’impronta l’astronauta Neil Armstrong durante il primo storico sbarco sulla Luna del 20 luglio 1969. L’acqua lunare nativa è molto importante sia per studiare la formazione e l’evoluzione della Luna che per progettare come approvvigionare di acqua, ossigeno ed energia, i futuri avamposti lunari.

Si può proiettare il video Paxi esplora la Luna! (Filmato 2) che ha come protagonista il nostro satellite naturale e presenta l’ipotesi sulla sua origine, descrive l’ambiente, presenta i problemi e suggerisce alcune soluzioni per poter vivere in una Stazione Spaziale sulla Luna. Offre inoltre vari spunti di riflessione e discussione.

Sulla Luna l’acqua non può esistere allo stato liquido per la mancanza di atmosfera e di pressione. Quindi per approvvigionare la stazione lunare dobbiamo scegliere tra acqua congelata e acqua “pietrificata”: la scelta è ovvia, è molto più semplice ottenere acqua liquida dal ghiaccio; quindi per recuperare acqua sulla Luna basta scavare e rimuovere il ghiaccio dai crateri.


Acqua sulla Luna?Sulla Luna esiste acqua, sotto forma di depositi di ghiaccio.

L’acqua si trova nelle “trappole fredde”, crateri perennemente in ombra vicino ai poli lunari.

Distribuzione del ghiaccio (macchie verdi e blu) nelle regioni polari della Luna.


LINK

https://it.wikipedia.org/wiki/Protoni

https://youtu.be/LL9Qt5nAsMI


9


Ma alla pressione lunare se il ghiaccio venisse portato in superficie, si trasformerebbe in vapore acqueo (sublimazione), quindi le carote di ghiaccio estratte dovranno essere inserite in contenitori pressurizzati. C’è poi un altro problema, il ghiaccio nei crateri è mescolato al materiale sabbioso/roccioso della superficie lunare, quindi l’acqua deve essere separata da questi materiali prima di poter essere utilizzata.

Si chiederà agli studenti “Come possiamo ottenere acqua liquida dal ghiaccio?” e “Come è possibile rimuovere i materiali rocciosi dalla carota di ghiaccio”. Si raccolgono le proposte e si verifica la loro fattibilità, quindi si procede con l’attività sperimentale “Dalle carote di ghiaccio sporco all’acqua pulita” (Allegato 5, Scheda aggiuntiva per il docente B). Al termine gli alunni calcoleranno quanto ghiaccio lunare dovrebbero procurarsi per ottenere l’acqua necessaria per un giorno (già calcolato nell’Allegato 4). I ragazzi saranno poi invitati ad analizzare i dati ottenuti e a proporre accorgimenti e strategie per non sprecare acqua sulla Terra e sulla Luna.

6



DALLE CAROTE DI GHIACCIO SPORCO ALL’ACQUA PULITA

Materiale• Bottiglia in PET da 1,5 L.• Forbici.• Carta da filtro.• Bilancia.

• Nastro adesivo.• Carote di ghiaccio.• Cilindro graduato da 50 mL.

ProceduraMonta l’apparato per la filtrazione: taglia la parte superiore di una bottiglia di plastica da 1,5 L e invertila, come indicato nella figura 1. Posiziona la carta da filtro nella parte invertita della bottiglia; è preferibile fissare la carta da filtro con nastro adesivo. Pesa le carote di ghiaccio lunare e annota la misura nel foglio dei risultati; questo sarà il dato di partenza da cui calcolerai la massa di materiale lunare che potrà fornire acqua per un giorno.Posiziona le carote di ghiaccio nell’apparato di filtrazione e lasciale fondere. Dopo la fusione dei campioni e la successiva filtrazione dell’acqua, rimuovi la carta da filtro con la sabbia residua.

Massa del ghiaccio lunare utilizzato (massa dei cubetti di ghiaccio) (g)

Volume di acqua dopo fusione e filtrazione (mL)

Volume di acqua utilizzato in un giorno sulla Terra (dallo step 4) (L)

Massa del ghiaccio lunare necessario per ottenere l’acqua utilizzata in un giorno sulla Terra (kg)

Usando il cilindro graduato (oppure una siringa), misura il volume d’acqua ottenuto, in millilitri. Procedi col calcolo di quanto ghiaccio lunare occorrerebbe per ottenere l’acqua che utilizzi in un giorno (già calcolata nell’allegato 4).

Descrivi brevemente ciò che hai osservato e discuti i risultati con i tuoi compagni.

........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Indica almeno tre modi per evitare sprechi di acqua sulla Luna.

........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Indica almeno tre modi per evitare sprechi di acqua sulla Terra.

........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Figura 1

ALLEGATO 5

RISPARMIARE E RECUPERARE ACQUA SULLA ISS

STEP 6

Negli ultimi anni ci stiamo abituando a recuperare rifiuti e a utilizzare in modo più efficiente le risorse, ma anche il più ecologico di noi è un vero sprecone rispetto agli astronauti: per loro risparmiare e riciclare non sono una scelta, ma una vera e propria necessità. Sulla ISS c’è pochissimo spazio per immagazzinare viveri e acqua, i rifornimenti sono complessi e hanno un costo proibitivo: portare da Terra un litro d’acqua costa circa 5.000 euro. La ISS orbita più di 15 volte al giorno intorno alla Terra, alla velocità di 27.600 km/h e a un’altezza di circa 400 km sul livello


Risparmiare e recuperare acqua Sulla Stazione Spaziale Internazionale l’acqua viene riciclata al 93%.

ACQUA CONSUMATA

ACQUA DI SCARTO

ACQUA POTABILE per bere e

lavarsi

ACQUA TECNICAper generare

ossigeno e per gli esperimenti

ACQUA SABATIER

vapore acqueo recuperato con

la reazione Sabatier

ACQUA CONDENSATA

sudore trasformato in acqua potabile

ACQUA DI SCARICO del water e

urina



10


7



L’ACQUA SULLA ISS

1. Dopo aver visto il video, indica le principali operazioni con cui si risparmia acqua sulla ISS.

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

2. Dopo aver visto il video, indica le principali operazioni con cui si ricicla acqua sulla ISS.

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

3. Dai una definizione di “acqua pura”.

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

4. Come potresti verificare che l’acqua alla fine del trattamento di riciclo è effettivamente pura?

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

ALLEGATO 6

del mare. Dal 2000 ospita per qualche mese 5-6 astronauti, che si alternano periodicamente con i colleghi provenienti da molte nazioni diverse, per effettuare esperimenti e sviluppare tecnologie aerospaziali. È un sofisticato laboratorio spaziale che studia la Terra da una posizione privilegiata e contribuisce allo sviluppo di Biologia, Chimica e Fisica e delle loro applicazioni tecnologiche.

Nel tempo per le missioni spaziali sono stati sviluppati sistemi sempre più sofisticati di recupero e rigenerazione dell’acqua. Sulla ISS si recupera e si rigenera ben il 93% dell’acqua utilizzata dall’equipaggio. Grazie a un sistema che utilizza una serie di processi di distillazione, ultrafiltrazione e purificazione, si estrae acqua potabile dalle acque reflue e persino dall’urina e dal sudore degli astronauti. Risultato? Un’acqua più pura di quella delle nostre bottiglie.Il recupero dell’acqua diventerà ancora più importante nelle future missioni spaziali, come quella prevista su Marte, che prevedono il ricorso a tecnologie che potranno poi essere utilizzate anche sulla Terra e provare a fornire un’adeguata risposta alle richieste dell’Agenda 2030 dell’ONU, in particolare a quelle riguardanti l’acqua pulita e i servizi igienico-sanitari.

Si presenta il video in cui Samantha Cristoforetti descrive i servizi igienici della ISS (Filmato 3), ricco di spunti di discussione e riflessione interessanti.

L’attività “L’acqua sulla ISS” (Allegato 6) può concludersi illustrando come avviene la depurazione dell’acqua sulla Terra o con una visita a un impianto di depurazione.

LINK

https://youtu.be/bpgFrgjmMWc

11


Pianeta blu: scheda aggiuntiva per il docente A

ACQUA, UNA SOSTANZA UTILE E STRANA

L’esperimento del capitano Cook.

• Preparare un bicchiere colmo di acqua ghiacciata.

• Invitare gli alunni a osservare e annotare il livello superiore del ghiaccio.

• Lasciare che avvenga la fusione e far ripetere l’osservazione ai ragazzi.

Il livello dell’acqua liquida è più basso rispetto a quello del ghiaccio iniziale.

La densità del ghiaccio è inferiore a quella dell’acqua, quindi a parità di massa il ghiaccio occupa un volume maggiore dell’acqua. Se il ghiaccio fonde, la massa rimane la stessa, ma la densità aumenta. Questo è il motivo per cui non solo l’acqua non trabocca dal bicchiere, ma il suo livello diminuisce.

Si completa quindi la lettura del diario di Georg Forster:«Il capitano Cook prese un contenitore pieno di piccoli pezzi di ghiaccio e lo portò in una cabina al calduccio, qui il ghiaccio fuse gradualmente e occupò meno spazio di prima; infatti il ghiaccio galleggia sull’acqua.»

Il ghiaccio ha bisogno di più spazio.

Il ghiaccio nella siringa fa spostare lo stantuffo ed è possibile valutarne l’aumento di volume.L’acqua occupa un volume maggiore (circa il 10% in più) allo stato solido rispetto allo stato liquido.

Superfici superidrofobiche.

Il comportamento dell’acqua sulle superfici dipende dalla costituzione dei materiali che possono essere idrofilici (“amanti dell’acqua”) o idrofobici (“nemici dell’acqua”).

Quando mettiamo delle gocce l’olio nell’acqua, l’olio tenderà a riunirsi in una grossa goccia sulla sua superficie; l’olio è idrofobico e acqua e olio tentano di minimizzare la reciproca superficie di contatto.

Ora esamineremo il comportamento di una goccia d’acqua su alcune superfici, alcune delle quali (foglie di cavolo, sabbia magica, vetrino annerito col nerofumo) sono superidrofobiche in quanto la goccia d’acqua assume una forma quasi sferica e rotola via rapidamente, come se fosse una biglia d’acqua, anche a piccole inclinazioni, trascinando eventuali particelle di sporco o patogeni presenti sulla superficie.

1

2

3

12


Pianeta blu: scheda aggiuntiva per il docente B

DALLE CAROTE DI GHIACCIO SPORCO ALL’ACQUA PULITA

Materiale• bottiglia in PET da 1,5 L• forbici• carta da filtro• bilancia• nastro adesivo• carote di ghiaccio lunare, simulate da cubetti di ghiaccio sporco ottenuti riempiendo degli

stampi per cubetti di ghiaccio metà con la sabbia e metà con acqua. Congelare nel freezer la sera prima dell’esperimento e fornire 5 cubetti di ghiaccio sporco a ogni gruppo.

• cilindro graduato da 50 mL

Procedura

1. Montare l’apparato per la filtrazione: tagliare la parte superiore di una bottiglia di plastica da 1,5 L e invertirla come indicato in figura.

2. Posizionare la carta da filtro nella parte invertita della bottiglia. È preferibile fissare la carta da filtro con nastro adesivo.

3. Pesare le carote di ghiaccio lunare e annotare la misura nel foglio dei risultati: questo sarà il dato di partenza da cui i ragazzi calcoleranno la massa di materiale lunare che potrà fornire loro acqua per un giorno.

4. Posizionare le carote di ghiaccio nell’apparato di filtrazione e lasciarle fondere. Questo potrebbe richiedere un paio d’ore, a seconda della temperatura ambiente. Per evitare l’evaporazione, il ghiaccio non dovrebbe essere lasciato alla luce diretta del sole.

5. Dopo la fusione dei campioni e la successiva filtrazione dell’acqua, rimuovere la carta da filtro con la sabbia residua.

6. Usando il cilindro graduato (oppure una siringa), misurare il volume d’acqua, in millilitri, ottenuta dalla fusione-filtrazione.

7. Procedere col calcolo di quanto ghiaccio lunare occorrerebbe per ottenere l’acqua utilizzata in un giorno (calcolata nell’allegato 4).

13


Pianeta blu: soluzioni delle schede operative

Allegato 2

EVENTO TEMPO (miliardi di anni fa)

Anni dal BIG BANG

Big Bang 13,8 0

Produzione idrogeno 13,8 0(3 minuti dopo)

Produzione ossigeno 13,7 100 milioni

Formazione Sistema Solare 4,6 9,2 miliardi

Formazione Terra 4,6 9,2 miliardi

Formazione Luna 4,4 9,4 miliardi

Acqua sulla Terra(ipotesi Theia)

4,4 9,4 miliardi

SCUOLA SECONDARIA DI PRIMO GRADO Pianeta blu: acqua ...

Documents

Transcript of SCUOLA SECONDARIA DI PRIMO GRADO Pianeta blu: acqua ...