A08
184
Giovanni De Feo
Fenomeni di inquinamento
e controllo
della qualità ambientale
Teoria, esercizi e aneddoti vari
Copyright © MMVIII
ARACNE editrice S.r.l.
www.aracneeditrice.it
[email protected]
via Raffaele Garofalo, 133 A/B
00173 Roma
(06) 93781065
ISBN
978–88–548–1712–8
I diritti di traduzione, di memorizzazione elettronica,
di riproduzione e di adattamento anche parziale,
con qualsiasi mezzo, sono riservati per tutti i Paesi.
Non sono assolutamente consentite le fotocopie
senza il permesso scritto dell’Editore.
I edizione: aprile 2008
a Mary
Ringraziamenti
Fare dei ringraziamenti non è semplice. Tutti, prima o poi, ci troviamo in
una tale circostanza. La prima preoccupazione è quella di non dimenticare
nessuno. Ad ognuno, poi, vorremmo dire qualcosa di significativo per
esprimergli la nostra gratitudine. Con questi intendimenti provo a ringraziare
le persone alle quali devo molto, non solo per questo libro. Mi scuso con Voi
se ho dimenticato qualcuno e se non sono stato come avreste voluto.
Inizio col ringraziare mia moglie, la Mary alla quale ho dedicato il libro.
Non tutte le mogli hanno la fortuna di vedersi dedicare un libro
sull’inquinamento! Sono gli indubbi vantaggi che si hanno ad avere un marito “esperto di munnezza”. Te l’ho promesso: un giorno ti dedicherò un libro di poesie per farmi perdonare (chissà quale sarà l’argomento?). Non ho
spazio a sufficienza per spiegare i motivi per i quali ti dovrei ringraziare. Sicuramente per la tua pazienza e per tutto il tempo che ti ho sottratto per terminare questo lavoro. Ti ringrazio perché incontrandoti hai dato colore alla
mia vita facendomi dono della tua. Grazie per avermi insegnato a sorridere.
Ringrazio mia madre per avermi fatto dono dell’umiltà e mio padre per il
suo esempio di grande serietà.
Ringrazio papà Nicola e mamma Violanda per avermi accolto come un
figlio.
Ringrazio Carmela e Sabino per avermi dato fiducia e per la pazienza e
l’abnegazione con la quale seguono tutte le mie “stramberie”.
Ringrazio Rudi Napoli per avermi avviato alla carriera accademica e per
avermi introdotto all’arte sopraffina delle barzellette.
Ringrazio Vito Cardone per la nomina a masto di festa della Facoltà e per
le chiacchierate “da obiettore a obiettore”.
Ringrazio gli Amici e le Amiche di Greenopoli per aver creduto in
un’idea.
Ringrazio tutti i “miei” Allievi per la pazienza con la quale sopportate le
mie battutacce, per le Vostre domande, per i Vostri suggerimenti (molti sono
nel libro) e per tutte le volte che mi avete reso felice manifestandomi il
Vostro affetto e la Vostra stima.
Ringrazio chi scrive per gli errori (non solo quelli del libro).
Ringrazio Peppino Moscati per il suo fulgido esempio di uomo e di
scienziato.
Ringrazio il Signore per ciò che di buono ho imparato a fare.
Ringrazio di cuore tutti i Lettori.
Indice
Presentazione
11
Capitolo 1 – Introduzione all’individuazione e alla
soluzione dei problemi
1.1 La “filosofia” del libro
1.2 Suggerimenti e consigli per individuare e risolvere i
problemi
1.3 Alcuni assiomi logici e qualche regola di deduzione
1.4 Esercizi svolti
1.5 Esercizi proposti
1.6 Riferimenti bibliografici
13
Capitolo 2 – Ambiente, inquinamento e sviluppo sostenibile
2.1 Il concetto di ambiente
2.2 Il concetto di inquinamento
2.2.1. Il caso Bhopal
2.3 Il concetto di sviluppo sostenibile
2.3.1 La nascita della questione ambientale
2.3.2 Consumi
2.3.3 Lo sviluppo
2.3.4 Lo sviluppo sostenibile
2.3.5 Gli strumenti per attuare lo sviluppo sostenibile
2.3.6 Altri punti di vista
2.4 Comunicazione ed educazione ambientale
2.4.1 L’idea di “Greenopoli”
2.5 Riferimenti bibliografici
39
39
48
60
65
65
68
80
91
114
118
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159
163
Capitolo 3 – Elementi di ecologia
3.1 Introduzione
3.2 Che cos’è l’ecologia?
3.3 Lo spettro biologico
3.4 Lo studio degli ecosistemi
3.5 Le catene alimentari e le reti trofiche
3.6 Le piramidi ecologiche
3.7 La produttività ed il tempo di turnover
3.8 Gli elementi necessari per sostenere la vita
169
169
170
182
191
203
208
209
216
13
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26
32
36
3.9 Fattori condizionanti la crescita e lo sviluppo
3.10 I cicli biogeochimici
3.10.1 Il ciclo biogeochimico del carbonio
3.10.2 Il ciclo biogeochimico dell’azoto
3.10.3 Il ciclo biogeochimico del fosforo
3.11 La biodiversità
3.12 L’impronta ecologica
3.13 Riferimenti bibliografici
Capitolo 4 – Elementi di analisi compartimentale
4.1 Richiami di nozioni di base
4.1.1 Grandezze e unità di misura
4.1.2 Concentrazioni, portate volumetriche e portate
massiche
4.2 Cinetica delle reazioni chimiche e biologiche
4.2.1 Reazioni irreversibili di ordine zero
4.2.2 Reazioni irreversibili del primo ordine (o di
ordine uno)
4.2.3 Reazioni irreversibili del secondo ordine (o di
ordine due)
4.2.4 Reazioni irreversibili del tipo “saturazione”
4.3 I bilanci di massa
4.3.1 Introduzione
4.3.2 L’equazione di bilancio fondamentale
4.3.3 Esercizi svolti sui bilanci di massa
4.4 I concetti di processo e di trattamento
4.5 I concetti di depurazione e di sistema di depurazione
4.6 Il rendimento di depurazione. I concetti di efficienza ed
efficacia
4.7 Reattori di depurazione ideali
4.7.1 Reattore a flusso completamente miscelato
(CSTR)
4.7.2 Reattore con flusso a pistone (PFR)
4.7.3 Ulteriori considerazioni sui reattori chimici ideali
4.7.4 Il sedimentatore ideale (ST)
4.8 Ipotetici sistemi di depurazione
4.9 Esercizi svolti
4.10 Esercizi proposti
4.11 Riferimenti bibliografici
219
222
222
225
229
230
244
253
255
255
255
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276
276
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315
320
324
327
345
369
Capitolo 5 – Fenomeni di inquinamento del comparto
idrico
5.1 Introduzione
5.2 Principali proprietà e importanza dell’acqua
5.3 Il ciclo idrologico e le riserve idriche del mondo
5.4 Il ciclo antropico dell’acqua
5.5 I consumi di acqua
5.6 Il caso studio dell’acqua minerale
5.6.1. I prezzi ed il giro d’affari
5.6.2. Il ruolo della comunicazione
5.6.3 Un medicinale di automedicazione
5.6.4. Un mare di pregiudizi
5.6.5. Un’indagine sui prezzi e sul peso degli
imballaggi
5.6.6. Una simpatica proposta: la “bottanica”
5.7 I principali parametri per valutare la qualità di un’acqua
5.7.1 Considerazioni generali
5.7.2 Parametri da misurare per definire la qualità di
un’acqua
5.7.3 Il contenuto di solidi
5.7.4 Le diverse forme dell’azoto
5.7.5 La Domanda Biochimica di Ossigeno (BOD)
5.7.5.1 Il BOD carbonioso
5.7.5.2 Analisi di dati sul BOD col metodo dei
minimi quadrati
5.7.5.3 La misura del BOD5
5.7.6 La Domanda Chimica di Ossigeno (COD)
5.7.7 Il BOD e il COD a confronto: la trattabilità
biologica
5.7.8 Il Carbonio Organico Totale (TOC)
5.7.9 Composizioni tipiche dei reflui civili e carichi
specifici tipici
5.7.10 Esercizi svolti
5.7.11 Esercizi proposti
5.8 I principali fenomeni di inquinamento del comparto
idrico
5.9 Il fenomeno della deossigenazione dei corsi d’acqua
5.9.1 Il fenomeno di deossigenazione/riossigenazione
5.9.2 Il caso ipotetico della sola deossigenazione
5.9.3 Il caso ipotetico della sola riossigenazione
371
371
371
374
377
380
390
390
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394
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455
461
462
471
474
475
5.9.4 Il modello di Streeter e Phelps: deossigenazione e
riossigenazione
5.9.5 Esercizi svolti
5.9.6 Esercizi proposti
5.10 Riferimenti bibliografici
478
Capitolo 6 – Fenomeni di inquinamento del comparto
atmosferico
6.1 Introduzione
6.2 La struttura, le proprietà e la composizione
dell’atmosfera
6.3 I principali fenomeni di inquinamento atmosferico
6.4 I principali inquinanti atmosferici
6.5 Il fenomeno del riscaldamento globale (“effetto serra”)
6.6 Cenni sul fenomeno della diminuzione del livello di
ozono stratosferico (“il buco dell’ozono”)
6.7 La dispersione degli inquinanti. Cenni di meteorologia
6.8 Il modello di dispersione gaussiano di Pasquill
6.9 Il modello Fixed Box
6.10 Valutazione delle emissioni inquinanti
6.11 Esercizi proposti
6.12 Riferimenti bibliografici
507
483
499
504
507
507
510
512
521
526
527
535
552
561
572
587
Capitolo 7 – La società dei rifiuti
7.1 Introduzione
7.2 La società dei rifiuti
7.3 Classificazione dei Rifiuti Solidi (Materiali Esausti)
7.4 Separati in casa
7.5 La gestione dei Rifiuti Solidi Urbani, RSU (Materiali
Esausti Normali, MEN)
7.6 I sistemi di raccolta differenziata
7.7 Riferimenti bibliografici
589
589
591
595
605
617
Capitolo 8 – Conclusioni
8.1 La Livella…
661
661
642
658
Presentazione
Fenomeni di inquinamento e controllo della qualità ambientale. Teoria,
esercizi e aneddoti vari nasce come libro di testo per gli allievi dei corsi di
laurea in Ingegneria civile per l’ambiente e il territorio. Lo scopo iniziale
dell’autore, infatti, era quello di scrivere un “semplice” libro di appunti, con
l’obiettivo principale di introdurre l’allievo ingegnere ai principi fondamentali dell’ecologia applicata e dell’ingegneria ambientale. Nell’atto di scrivere, in realtà, ci siamo resi conto di non poter prescindere dall’instaurare un
dialogo aperto con il Lettore, con il quale condividere ragionamenti, idee,
spunti e riflessioni su ambiente e dintorni. Questo scritto, pertanto, si rivolge
a quanti, a vario titolo e per le più disparate ragioni, nutrono un forte
interesse per l’ambiente e, quindi, verso tutto ciò che ci circonda. È un libro
per curiosi!
Il Capitolo 1 introduce il Lettore all’individuazione e alla soluzione dei
problemi, presentando, anzitutto, la “filosofia” che ha ispirato la scrittura di
questo manoscritto. Il capitolo si chiude con la proposizione di alcuni esercizi. Questa è una costante di tutto il testo nel quale, oltre ad essere sviluppati in dettaglio esempi utili a chiarire i concetti esposti teoricamente, al
Lettore è suggerito lo svolgimento di alcuni utili esercizi (il più delle volte
con le soluzioni numeriche fornite).
Nel Capitolo 2, invece, il Lettore è invitato a “riflettere e ragionare” sui
concetti di ambiente, inquinamento e sviluppo sostenibile. L’autore prova a
rispondere alle seguenti domande: «Che cos’è l’ambiente?», «Che cosa dobbiamo intendere per inquinamento?» e «Quando e perché nasce il concetto di
sviluppo sostenibile?». Particolare attenzione, inoltre, è rivolta ai temi della
comunicazione e dell’educazione ambientale. A tal proposito, l’autore prova
a lanciare una nuova idea: “Greenopoli”, il luogo della sostenibilità e della
condivisione.
Da queste prime righe vi sarete resi probabilmente conto di qual è
l’intento precipuo dell’autore: parlare di cose semplici nel modo più chiaro
possibile. A motivo di ulteriore chiarimento riportiamo cosa diceva in proposito Indro Montanelli: «Quando qualcuno non vi fa capire è per due motivi: o
è un somaro, o è un imbroglione!». Questo, ovviamente, vale anche, e soprattutto, per chi scrive. Non esitate a farcelo notare, pertanto, in modo che
possiamo aprire un barlume di luce nella nostra ignoranza e ritrovare la diritta via ove fosse smarrita, proprio ora che dovremmo essere nel mezzo del
cammin di nostra vita…
Nel Capitolo 3, gli elementi di base di ecologia sono finalizzati alla comprensione degli impatti generati dalle attività antropiche sui sistemi naturali.
Una certa attenzione, inoltre, è dedicata a temi molto attuali come la biodiversità e l’impronta ecologica.
Il Capitolo 4, invece, propone un approfondimento sugli elementi di analisi compartimentale ed è propedeutico allo studio dei sistemi di depurazione. Il capitolo contiene molti esempi numerici ed esercizi da svolgere.
Gli strumenti forniti nella prima parte propedeutica sono successivamente
applicati allo studio dei principali fenomeni di inquinamento del comparto
idrico e del comparto atmosferico.
Il Capitolo 5, infatti, è dedicato allo studio dei fenomeni di inquinamento
del comparto idrico, con un interessante e provocatorio approfondimento sul
caso studio delle acque minerali. Il Capitolo 6, invece, tratta i fenomeni di
inquinamento del comparto atmosferico, con un cenno a temi molto dibattuti
come il riscaldamento globale e la diminuzione dello strato di ozono stratosferico.
L’ultima parte del testo introduce il Lettore alla “società dei rifiuti”. Nel
Capitolo 7, infatti, il Lettore è invitato a considerare come “materiali esausti”
quelli che una società opulenta e consumistica continua a definire “immondizia” o “spazzatura”. Il Capitolo 7, inoltre, contiene una breve cronistoria
ed un’amara riflessione sulla triste vicenda di quella che è già passata alla
storia come “l’emergenza rifiuti in Campania”.
Il libro è frutto dell’attività di insegnamento svolta presso la Facoltà di
Ingegneria dell’Università degli Studi di Salerno che, prima ancora che in
cattedra, mi ha visto sedere tra i banchi delle sue aule. Vi confido che non
sono stato per nulla uno studente modello, uno di quelli, per intenderci, che
si impegna in maniera costante ed ordinata e che completa gli studi in regola
con i tempi. No. Non mi si poteva chiedere tanto. Chi scrive, infatti, ama a
tal punto perdersi nello studio da affermare che, in realtà, il tempo non esiste. Quando si fanno le cose che si amano, non si guarda l’orologio, si è
completamente concentrati ed assorti, protesi a cercare di percepire il vero, a
inseguire invano la perfezione. Purtroppo si. Siamo di quelli che non si accontentano della superficie delle cose ma che, ragionando, vogliono andare
al fondo delle questioni, nella consapevolezza che il cercare è più importante
del trovare. In questo percorso abbiamo trovato un amico onesto e sincero
che mai ci ha delusi: il signor Errore!
Un ingegnere sociologico
libero pensatore nonsò-cratico
esperto di “munnezza”
Capitolo 1
Introduzione all’individuazione e
alla soluzione dei problemi
1.1 La “filosofia” del libro
La “filosofia” che ha ispirato la scrittura di questo manoscritto è
condensabile in cinque parole chiave:
ʊ il significato
ʊ l’interesse
ʊ l’utilità
ʊ il perché
ʊ gli obiettivi.
Quante parole affollano la nostra vita? Siamo letteralmente inondati da “fiumi di parole”: lette dai giornali, dai libri e dai cartelloni
pubblicitari, o ascoltate alla televisione e alla radio. Di quanti termini
conosciamo realmente il significato? Su quante delle parole che
usiamo abbiamo mai riflettuto in modo particolare? Vi è mai capitato,
per esempio, scendendo con l’ascensore di pensare che il mezzo che
stavate usando in realtà avrebbe più correttamente dovuto chiamarsi
“discensore”? Una soluzione poco pratica ma efficace sarebbe quella
di andare in giro con il vocabolario della lingua italiana sotto il braccio! Nel nostro caso abbiamo deciso di tenerlo a portata di mano sulla
scrivania.
Per poter svolgere con profitto qualsiasi attività, è di fondamentale
importanza provare un vivo interesse per ciò che si sta facendo. Come
si può svolgere diligentemente qualcosa che non suscita in noi la benché minima passione? Alla lunga finiremo con l’annoiarci e abbandonare anzi tempo l’attività intrapresa. In questo caso al Lettore sì propone di leggere e studiare con passione ed interesse questo umile manoscritto che prova a proporre riflessioni e ragionamenti vari su ambiente e dintorni. Don Lorenzo Milani soleva dire I care, vale a dire
“mi interessa”. È così che si rivolgeva ai suoi allievi della Scuola di
Barbiana per spronarli allo studio. Al contrario, quando una cosa non
ci interessa potremo dire I don’t care. In napoletano la stessa affermazione assume la forma più eloquente ed efficace: Nun me passa manco
p’a capa!
13
Capitolo I
14
Perché qualcosa suscita il nostro interesse? Una risposta plausibile:
poiché la riteniamo utile. Vediamo cosa dice a tal proposito il vocabolario della lingua italiana. Utile: «Detto di tutto ciò che soddisfa un bisogno, che serve o può servire a uno scopo» 1. Giunti a questo punto, il
Lettore deve porsi la seguente domanda: «Sento il reale bisogno di acquisire un’adeguata conoscenza sui principali fenomeni di inquinamento e sui principi del controllo della qualità dell’ambiente?». Per il
Lettore/Allievo la domanda potrebbe apparire provocatoria, e lo è!
Da che mondo è mondo, un bambino non si può dire tale se non
formula la domanda delle domande, il quesito dei quesiti: «Perché?».
Alzi la mano chi non è terrorizzato dall’idea di dover incontrare quel
nipotino terribile che vi investe con raffiche di quesiti sui temi più disparati e scottanti. Eppure anche noi eravamo così e probabilmente
siamo stati il peggiore incubo di molti adulti: i nostri insegnanti, i nostri genitori, la povera suora al Catechismo, ecc. Un adulto, secondo
noi, è l’evoluzione dell’idea di bambino. Le idee, si sa, possono essere
buone o cattive e così siamo noi! Ricordare che siamo stati bambini ci
dovrebbe aiutare ad interrogarci costantemente sul perché delle cose.
In tal senso, la versione adulta del “Perché” del bambino dovrebbe essere: «Per quale ragione?». Sentite cosa dice in proposito il vocabolario. Ragione: «La facoltà di pensare stabilendo rapporti e legami tra i
concetti, di giudicare bene discernendo il vero dal falso, il giusto
dall’ingiusto» 2. È na parola!
Per non perdere l’orientamento, è sempre buona prassi rammentare, ogni tanto, quali sono gli obiettivi che ci siamo prefissi
nell’intraprendere un’azione o, in altre parole, cosa stiamo facendo,
dove punta la nostra bussola (“chi siamo, cosa facciamo, dove andiamo…”). Se non ci sono ben chiari gli obiettivi delle nostre azioni,
rischiamo di perdere il filo del ragionamento ed aggrovigliarci in
un’intricata matassa fatta di ipotesi sbagliate, deduzioni errate, ecc.
I più ritengono (forse perché neanche ci pensano) che comunicare
(parlare, scrivere, ecc.) sia una cosa semplice e scontata. È la stessa
cosa di quando si va in bicicletta dimenticando le difficoltà che abbiamo dovuto superare per imparare a restare in equilibrio su due
ruote. Le stesse considerazioni si possono chiaramente estendere a
tutti i processi di apprendimento. Parlare con qualcuno, in particolare,
AA.VV., Lo Zingarelli, Vocabolario della lingua italiana di Nicola Zingarelli,
Zanichelli Editore, Bologna 2003, p. 1972.
2
Ivi, p. 1470.
1
Introduzione all’individuazione e alla soluzione dei problemi
15
con l’intento di farsi comprendere, è cosa per nulla facile e banale.
Scrivere è altrettanto complicato in quanto ogni Lettore vive in una
sua personale galassia dove valgono regole del tutto particolari.
Ognuno tende ad interpretare a modo suo le cose che legge. È per questo e per mille altri motivi, quindi, che il nostro scritto cercherà di essere il più chiaro e limpido possibile, per evitare di farvi navigare in
acque torbide.
1.2 Suggerimenti e consigli per individuare e risolvere i problemi
Questa trattazione si rivolge al Lettore considerato nella sua duplice veste di troublemaker e problem solver. Il troublemaker, letteralmente “creatore di problemi”, o, meglio ancora e più esplicitamente, “rompiscatole”, è colui, appunto, che solleva problemi. Il più
grande dei rompiscatole della storia è stato senza dubbio Socrate,
fonte principale di ispirazione per chi scrive al punto tale da definirsi
un nonsò-cratico! Essere solo dei troublemaker, tuttavia, significa essere sterili; significa creare solo problemi, dare fastidio, un po’ come
le zanzare nelle calde e afose sere d’estate. Non volendo fare la fine
del fastidioso ed insopportabile insetto, alla capacità di sollevare i
problemi occorre abbinare l’abilità di proporre valide soluzioni. Ecco,
quindi, che il problem solver è colui che, per un dato problema, suggerisce una o più soluzioni valide ed applicabili. Secondo la cultura statunitense, per esempio, un ingegnere deve essere essenzialmente un
bravo risolutore di problemi.
A questo punto viene spontaneo chiedersi: «Che cos’è un problema?». Problema: «Questione la cui soluzione incerta implica la
possibilità di un’alternativa» 3. La definizione data dal nostro compagno di viaggio (il vocabolario!) è quanto mai perfetta (e che dubbio
c’era!). Il termine “questione” richiama subito alla mente la parola
“domanda”, se non altro perché in inglese question, significa, appunto,
domanda! L’origine vera del termine, tuttavia, come spesso accade, è
latina. Questione, infatti, si può immediatamente collegare a quesito
che deriva dal latino quaesitum, da quaesitus, participio passato del
verbo quaerere, che significa, appunto, chiedere! Risolvere un problema, quindi, dovrebbe essere un po’ come rispondere ad una do3
AA.VV., Lo Zingarelli, Vocabolario della lingua italiana di Nicola Zingarelli,
Zanichelli Editore, Bologna 2003, p. 1972.
Capitolo I
16
manda. Ad un quesito si può rispondere correttamente in uno o più
modi. Quando la risposta ad un quesito è unica ed è anche nota, evidentemente non ci troviamo di fronte ad un problema. Capita spesso,
invece, di ascoltare persone che si lamentano per un presunto problema, trattandosi, però, nello specifico, al più di un qualche “grattacapo” la cui soluzione è nota ed eventualmente onerosa! A tal proposito, ricordo quando alle scuole superiori il mio insegnante di topografia rimaneva esterrefatto, quando dopo un bel “due” al primo semestre
gli ribadivo: «Il problema non esiste!». Si trattava, infatti, di un semplice grattacapo che puntualmente era cancellato con uno scatto nel
finale! I problemi, quelli veri, sono cose serie. Essi, infatti, richiedono
che le possibili soluzioni devono essere incerte. Il problema più complicato, a parer nostro, è quello che si pone il filosofo: svelare la Verità!
Risolvere un problema somiglia molto a un gioco e, come tutti i
giochi, prevede delle regole. In questo caso, tuttavia, non tutte le regole sono scritte. Il procedimento risolutivo di un problema, infatti, è
un percorso ad ostacoli alla cui soluzione si giunge combinando nel
giusto ordine più operazioni: sbagliare l’ordine, infatti, può significare
non risolvere il problema dato o, al più, risolvere un altro problema! Il
problema “più semplice” è, senza dubbio, quello che sappiamo risolvere. Tutti i problemi, complicati quanto si vuole, si possono scomporre in problemi più semplici ed alla nostra portata. La soluzione del
problema di partenza, allora, si potrà ottenere risolvendo i singoli problemi componenti.
Il problem solver nell’esercizio delle sue funzioni non opera quasi
mai a mani nude, ma si serve di idonei ed adeguati strumenti risolutivi. Strumento: «Attrezzo o dispositivo atto al compimento di determinate operazioni» 4. La logica è il più importante degli attrezzi a
disposizione del problem solver e, in particolare, di un ingegnere. Vediamo, anche in questo caso, cosa ci suggerisce il nostro “navigatore
saccente”. Ingegnere deriva da ingegno nel senso di congegno. Ingegnere, pertanto, non va confuso con ingegnoso. Ingegnoso: «Che ha
ingegno pronto e agile, e quindi adatto a superare difficoltà, trovare
nuove soluzioni» 5. Magari tutti gli ingegneri fossero ingegnosi!
Proponiamo un’altra prospettiva. L’ingegnere è un fisico-matematico:
AA.VV., Lo Zingarelli, Vocabolario della lingua italiana di Nicola Zingarelli,
Zanichelli Editore, Bologna 2003, p. 1811.
5
Ivi, p. 904.
4
Introduzione all’individuazione e alla soluzione dei problemi
17
prima tenta di capire fisicamente come si svolge il fenomeno allo studio e poi prova a descriverlo matematicamente. Cari Allievi, dubitate
di chi prova a insegnarvi che ignorando la misura di Lebeague non si
può vivere: si risolvono molti più problemi con l’ausilio delle “semplici” proporzioni! Prima la logica e l’esperienza, pertanto; solo successivamente la matematica che costituisce, comunque, un importantissimo strumento a disposizione del risolutore di problemi.
Proviamo ad esemplificare i possibili approcci nell’utilizzo degli
strumenti con un simpatico aneddoto. Consideriamo un problema consistente nella rottura del lavandino in un appartamento posto al decimo
piano di un edificio senza ascensore-discensore (potremmo chiamarlo
saliscendi: «Che ve ne pare?»). Un primo idraulico si presenta per risolvere il problema munito unicamente dello sturalavandino e trova
che c’è un tubo forato da cambiare. Un secondo idraulico, invece,
pretende di portarsi tutti gli attrezzi di cui dispone in officina e, per
questo, non riesce ad arrivare al di la del quinto piano. Un terzo idraulico, infine, arriva agilmente al decimo piano e con l’ausilio dei classici strumenti ripara la tubazione forata e incassa il lauto compenso!
Cari Allievi ingegneri, siete ancora in tempo a scegliere una professione più redditizia e meno pesante…
La prima situazione corrisponde ad un approccio alla soluzione dei
problemi che potremmo definire “minimalista”: non sempre ci porta
alla soluzione per mancanza di strumenti adeguati. La seconda situazione, al contrario, potremmo definirla “massimalista”: non sempre ci
porta alla soluzione per eccesso di strumenti e per il desiderio di giungere alla perfezione (non è di questo mondo!). Il terzo approccio è
quello “equilibrato”: giusta dotazione di strumenti per arrivare ad una
“buona” soluzione del problema («L’ottimo è nemico del buono»,
suole dire il saggio).
Non appare superfluo sottolineare che occorrerebbe sempre adoperare strumenti adeguati allo scopo: sia un temperino che una motosega
servono a tagliare, ma non è sensato adoperare il primo per tagliare un
albero ed il secondo per appuntire una matita!
Il professionista quasi sempre si trova nella situazione di dover lavorare in gruppo («L’uomo è un animale sociale!»), avendo a disposizione un certo budget economico per lo svolgimento del quesito tecnico che gli è stato sottoposto (il problema da risolvere). Da una parte
ci sono le risorse umane, quindi, e dall’altra, invece, ci sono le risorse
economiche.
18
Capitolo I
Come si combinano tra loro le variabili: obiettivi, strumenti e risorse? Il tecnico, entro un tempo prestabilito, deve perseguire gli
obiettivi fissati, con le risorse a disposizione e adoperando gli strumenti di cui dispone. Allo studente è molto noto il “principio edonistico”: minimo sforzo per ottenere il massimo risultato. Strumenti appropriati vanno sapientemente adoperati per conseguire determinati
obiettivi nel minor tempo possibile, ottimizzando, al contempo, le risorse disponibili.
A proposito: «Vi siete mai seriamente interrogati su che cos’è il
tempo, la variabile delle variabili?». Si racconta che il poeta russo
Samuel Marshak, in occasione della sua prima visita a Londra, avvenuta nel 1914, non conoscendo troppo bene l’inglese provò a chiedere
l’orario ad un passante dicendo: «Please, what is time?». L’uomo lo
guardò molto sorpreso e replicò dicendo: «Quella che mi ha posto è
una domanda filosofica. Perché la pone proprio a me?». Diversi secoli
addietro un famoso Padre della Chiesa, Sant’Agostino, era alle prese
con la stessa questione che risolveva dicendo: «Se nessuno me lo
chiede, lo so; se dovessi spiegarlo a chi me lo chiede, non lo so» 6.
Una personale convinzione di chi scrive è che il tempo, come la maggior parte delle cose che ci appaiono banali, è una “semplice” convenzione: il tempo non esiste o, al più, può essere considerato un concetto
“assolutamente relativo”!
Vi è mai capitato di essere invitati a “pensare a come pensare”? La
questione potrebbe apparire stucchevole, ma non lo è affatto. Alcuni
parlano a tal proposito di “pensiero parallelo” come di quella facoltà
mentale tesa ad organizzare la propria vita, il proprio lavoro, le proprie azioni. Pensare: «Pesare con cura. (1) Possedere e utilizzare precise facoltà mentali, razionali; (2) Tenere il pensiero fisso su qualcuno
o qualcosa; (3) Badare a qualcuno, occuparsi di qualcuno o di qualcosa; (4) Ragionare in base a determinati criteri, opinioni, convincimenti e sim.; (5) Considerare o esaminare con la fantasia, con
l’immaginazione; (6) Esaminare col pensiero, raffigurarsi nella mente;
(7) Considerare; (8) Escogitare, inventare; (9) Credere, supporre, ritenere; (10) Avere in animo» 7.
6
G.J. WHITROW, What Is Time? The classic account of the nature of time, Oxford
University Press, Londra 1972, p. 1.
7
AA.VV., Lo Zingarelli, Vocabolario della lingua italiana di Nicola Zingarelli,
Zanichelli Editore, Bologna 2003, p. 1295.
Introduzione all’individuazione e alla soluzione dei problemi
19
Cunningham et al. (2004) 8 invitano lo studioso (tu che leggi!) a
maturare una propria «capacità di pensare in modo chiaro, creativo e
deliberato». L’invito assume una particolare importanza per un campo
in così rapida evoluzione come il settore ambientale. Le informazioni
passano, sono cancellate o nascoste nella memoria sotto il peso di
tante altre nozioni: ciò che resta e si evolve è la capacità di pensare.
Siete contenti di vivere nella vostra epoca? Vi sentite figli del vostro tempo? Il tempo della World Wide Web, dell’Immensa Ragnatela
Mondiale. Il tempo dei videofonini. Il tempo dei canali satellitari, ecc.
Il tempo del virtuale e dell’immenso flusso di informazione. Informazioni spesso contraddittorie, false, alterate, datate, ecc. Nessun problema: per prendere le giuste decisioni c’è sempre l’esperto di turno!
Abbiate a dubitare di chi si dichiara esperto di qualcosa. Il vero
esperto sa che non si può essere veramente esperti su niente. A volte si
tratta di un vezzo come di chi ironizza definendosi un “esperto di
munnezza”! Cunningham et al. (2004) 9 molto saggiamente affermano
che «per ogni esperto ce n’è sempre uno uguale e contrario». A questo
proposito, con le figure 1.1 e 1.2, proponiamo all’attenzione del
Lettore un simpatico ed ironico confronto tra il processo di conoscenza di un individuo “normale” e l’analogo percorso per un cosiddetto “esperto” (si spera che nessuna abbia a offendersi!).
Il processo di conoscenza passa per una prima fase di grande euforia in cui sembra che tutto si plasmi sotto la propria intelligenza. Più si
va avanti e più il malcapitato studioso si rende conto che, in realtà, ciò
che riteneva di aver sapientemente compreso è molto più profondo e
contraddittorio di quanto avesse osato minimamente pensare. Per cui,
con l’aumentare del tempo dedicato all’approfondimento di un particolare argomento diminuisce il livello “presunto” di conoscenza, fino
ad arrivare ad un tempo socratico dello scio nihil scire (“so di non sapere”). Il Lettore, per semplicità di ragionamento, può pensare al
proprio percorso di studi iniziato tra i banchi delle scuole elementari
tutto intento ed impegnato nel tentativo di imparare a scrivere o a fare
di conto!
Per l’esperto il processo è esattamente al contrario: dopo il
momento della certezza della propria superiorità, la propria presun-
W.P. CUNNINGHAM, M.A. CUNNINGHAM, B.W. SAIGO, Ecologia Applicata,
Edizione italiana a cura di A. Basset e L. Rossi, McGraw-Hill, Milano 2004, p. XXII.
9
Ibid.
8
Capitolo I
20
zione inizia a crescere fino a tendere asintoticamente all’infinito (“momento dell’onniscienza”).
Il guaio è che in una società sempre più specializzata, la cultura si è
frammentata in infiniti settori (scientifico disciplinari?) di interesse e
ogni piccolo contadino nel suo orto finisce per sentirsi come un
grande latifondista… La cultura è un po’ come la luce bianca che si
origina dalla sovrapposizione delle radiazioni visibili di tutte le lunghezze d’onda. Un “esperto”, invece, lo possiamo vedere come un
monitor a fosfori verdi: è capace di emettere radiazioni di un solo colore. Anche noi, invece, come fa la luce, dovremmo cercare di sovrapporre la nostra lunghezza d’onda, la nostra conoscenza infinitesimale
con quella delle altre persone, anche e soprattutto con quelle provenienti da settori diversi dal nostro, per aprire un piccolo barlume nella
nostra immensa e sterminata ignoranza.
Per rispondere ad un quesito tecnico (localizzare una discarica o un
impianto di compostaggio, progettare un impianto di depurazione, bonificare un sito contaminato, implementare un sistema di gestione ambientale, intervenire su un pendio in frana, ecc.) bisogna intraprendere
un percorso che porta ad una soluzione accettabile del problema.
Livello
“presunto” di
conoscenza
Massimo
livello di
“presunzione”
Tempo socratico
(“so di non sapere”)
Momento del
“dubbio”
Tempo dedicato
allo studio
Figura 1.1. Andamento temporale del livello “presunto” di conoscenza
per un individuo “normale”.
Introduzione all’individuazione e alla soluzione dei problemi
21
L’approccio ideale consiste nell’adottare procedure di pensiero logiche, ordinate e creative per arrivare alla soluzione ottimale del problema.
Più in generale possiamo dire che esistono svariati approcci del
pensiero, e tra questi ricordiamo 10:
ʊ il pensiero analitico («Da quali parti è composto il problema?»);
ʊ il pensiero creativo («Potrei fare questa cosa in modo diverso?»);
ʊ il pensiero critico («Che cosa sto cercando di fare?»);
ʊ il pensiero logico («Un ragionamento ordinato può aiutarmi?»);
ʊ il pensiero riflessivo («Che cosa significa tutto questo?»).
Livello
“presunto” di
conoscenza
Tempo dell’onniscienza
(“Peccato che è finita!”)
Momento della
“certezza”
Tempo dedicato
allo studio
Figura 1.2. Andamento temporale del livello “presunto” di conoscenza
per un individuo cosiddetto “esperto”.
10
W.P. CUNNINGHAM, M.A. CUNNINGHAM, B.W. SAIGO, op. cit., p. XXIII.
Capitolo I
22
Il pensiero critico, secondo l’opinione prevalente, è quello che meglio si presta per la soluzione di problematiche tecniche. Le fasi del
pensiero critico possono essere così riassunte 11:
1. «Qual è lo scopo del mio ragionamento?»;
2. «A quale precisa domanda sto cercando di dare una risposta?»;
3. «Da quale punto di vista sto ragionando?»;
4. «Che informazioni sto utilizzando?»;
5. «Come sto interpretando tali informazioni?»;
6. «Quali idee o concetti sono centrali per il mio pensiero?»;
7. «A quali conclusioni voglio arrivare?»;
8. «Che cosa sto dando per scontato, da quali presupposti sto
partendo?»;
9. «Se accetto le conclusioni, quali sono le implicazioni?»;
10. «Quali sarebbero le conseguenze se mettessi in atto il mio
ragionamento?».
Il decalogo proposto, se applicato correttamente, con rigore e fantasia, con determinazione e onestà intellettuale, ci dovrebbe condurre
“quasi” sempre alla soluzione del problema.
Per descrivere un accadimento, per raccontare qualcosa a qualcuno,
per descrivere un problema e, perché no, per scrivere una relazione
tecnica è preferibile procedere in maniera ordinata, seguendo uno
schema logico. Un classico riferimento è offerto dal paradigma noto
come five “W” and one “H”:
ʊ when (quando)
ʊ where (dove)
ʊ who
(chi)
ʊ what (cosa)
ʊ how (come)
ʊ why
(perché).
Un esempio “rustico” per chiarire il concetto : «Ieri (when) ai tavolini di un bar di paese (where) due persone (who) litigavano (what)
insultandosi vicendevolmente (how) perché avevano appena perso una
partita a tressette (why)!».
L’università è considerata il luogo del sapere, il luogo in cui sì apprende teoricamente come procedere alla soluzione di determinate
11
W.P. CUNNINGHAM, M.A. CUNNINGHAM, B.W. SAIGO, op. cit., p. XXIII.
Introduzione all’individuazione e alla soluzione dei problemi
23
categorie di problemi acquisendo i metodi e le tecniche risolutive più
indicate allo scopo. All’esterno dell’università c’è il mondo del fare in
cui non importa come si fanno le cose, quali sono gli eventuali problemi, le possibili condizioni al contorno e gli impedimenti vari.
L’unica cosa che realmente interessa è raggiungere l’obiettivo.
L’incontro tra i due mondi, spesso troppo separati, è il “saper fare”:
studiare e apprendere nell’ottica di dover applicare concretamente i
metodi e le tecniche acquisiste (“studiare per fare” e non “studiare per
imparare”).
Una determinata operazione si può fare nei modi più disparati, in
funzione di chi la compie, del quando e del dove. In maniera molto
semplice, possiamo affermare che due sono gli approcci estremi del
fare:
ʊ manualistico (“pedante”);
ʊ prova, sbaglia e correggi (“intuitivo” o “try and error”).
Immaginatevi alle prese con il montaggio del vostro nuovo televisore, bramosi di metterlo in funzione perché tra cinque minuti ci sarà
la partita della vostra squadra del cuore. Il primo problema da risolvere è quello di aprire la scatola senza danneggiarne il contenuto. La
persona “pedante” inizierà a scrutare la confezione cercando le indicazioni sul modo corretto di maneggiare l’involucro, frecce, schemi e
tutto ciò che gli possa essere utile per estrarre intatto il delicato e prezioso contenuto. Nel frattempo la persona “intuitiva” munita di qualche attrezzo di fortuna ha gia aperto la scatola, riducendola in brandelli e, al contempo, procurando pure qualche graffio al prezioso contenuto. Non sia mai per il pedante che intanto procede con un’attenta e
scrupolosa lettura del libretto delle istruzioni, tutto intento a collegare
il filo rosso col verde, a verificare la presenza di questo o di quello
spinotto manco dovesse disinnescare un qualche ordigno bellico.
L’intuitivo, intanto, ha attaccato cavi, infilato prese l’una sull’altra ed
è pronto per la sua partita: siamo al 15' del primo tempo, il quadro non
è perfettamente nitido, va e viene, ma, per fortuna, siamo ancora sullo
0-0! Che soddisfazione: il pedante ha una visuale perfetta, che colori,
che contrasti: peccato siamo al 40' del secondo tempo e la squadra del
cuore sta perdendo (sigh!)… Meglio intravedere la partita con un televisore quasi nuovo o assistere a solo 5 minuti di spettacolo con il televisore perfettamente integro? Ai posteri l’ardua sentenza. Noi suggeriamo l’alternativa zero: non aprire proprio la scatola…
Capitolo I
24
Errare umanum est, dice il saggio. Ancora più saggio, ed umano, è
impegnarsi nel ricercare gli errori e correggerli il più rapidamente possibile. È questo l’invito che ci rivolgeva uno dei più grandi filosofi
della scienza del secolo scorso, Karl Popper, né I due problemi fondamentali della teoria della conoscenza 12.
Ci avviamo verso la conclusione di questo paragrafo, pertanto, con
l’esortazione a non avere paura di sbagliare: solo chi non fa nulla non
commette errori! A tal proposito Postman (1981) 13aveva a fare la seguente osservazione: «È sorprendente vedere come gli studenti possano perdere una parte della loro paura di sbagliare, profondamente
radicata in loro, quando si trovano con un insegnante che non chiede
loro di essere nel giusto, ma soltanto di unirsi a lui nella ricerca
dell’errore: del suo come del proprio».
Non tutti, e non sempre, siamo in grado di giungere ad un’ottima
soluzione di un problema attraverso un percorso logico e metodico.
Logica: «Coerenza, rigore di un ragionamento» 14.
Metodo: «Criterio e norma direttivi secondo i quali si fa, si realizza
o si compie qualcosa» 15.
Ricordiamo sempre che, nei problemi pratici che siamo normalmente chiamati ad affrontare, nella maggior parte dei casi ci possiamo
“accontentare” di una buona soluzione del problema. Riserviamo le
nostre migliori energie per la ricerca di ottime soluzioni in quei problemi che veramente meritano tutti i nostri migliori sforzi.
Nel paragrafo successivo, con l’intento di dare una mano al Lettore
un po’ disordinato nel cercare di costruirsi un approccio metodologico
rigoroso alla soluzione dei problemi, riportiamo alcuni importanti assiomi logici e qualche utile regola di deduzione.
Speriamo di farvi cosa gradita. Resta inteso che se non vi va di
leggere tutto, potete passare direttamente al paragrafo successivo!
K. Popper, I due problemi fondamentali della teoria della conoscenza, Trad. it.,
il Saggiatore, Milano 1987.
13
N. Postman, Ecologia dei media. La scuola come contropotere. Trad. it.,
Armando, Roma 1981.
14
AA.VV., Lo Zingarelli, Vocabolario della lingua italiana di Nicola Zingarelli,
Zanichelli Editore, Bologna 2003, p. 1014.
15
Ivi, p. 1096.
12