Luca Fiorani
L’uomo,
i viventi,
l’ambiente
Lezione 3
Scienza, sistemi, materia ed
energia
Luca Fiorani – L’uomo,
i viventi, l’ambiente
Scienza, tecnologia, scienze
ambientali e riflessioni critiche
 Identificare
un problema
 Raccogliere i dati
 Fare un’ipotesi ed elaborare un modello
 Validare le predizioni
 Leggi
 Teorie
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Luca Fiorani – L’uomo,
i viventi, l’ambiente
Scienza, tecnologia, scienze
ambientali e riflessioni critiche
 Metodo
scientifico: "sensate esperienze" e
"necessarie dimostrazioni" (Galileo, Dialogo sopra
i due massimi sistemi del mondo)
 Gruppo sperimentale e gruppo di controllo (ma i
processi naturali sono estremamente complessi)
 Cosa significa l'espressione "scientificamente
provato"?
 Nella scienza non esiste la certezza assoluta
 I sistemi complessi sono difficilmente prevedibili
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Luca Fiorani – L’uomo,
i viventi, l’ambiente
Scienza, tecnologia, scienze
ambientali e riflessioni critiche
 Differenza
tra "scienza di frontiera" e "consenso
scientifico"
 Spesso i media intervistano minoranze inesperte
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Luca Fiorani – L’uomo,
i viventi, l’ambiente
Scienza, tecnologia, scienze
ambientali e riflessioni critiche
 "La
tecnologia è la creazione di un nuovo
prodotto e processo sviluppato per aumentare
l'efficienza le possibilità di sopravvivenza, il livello
di conforto e la qualità della vita"
 I risultati scientifici sono pubblicati
 I ritrovati tecnologici sono protetti (brevetti)
 "Le scienze ambientali sono lo studio di come noi
e le altre specie interagiamo uno con l'altro e con
l'ambiente non vivente (materia ed energia)"
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Luca Fiorani – L’uomo,
i viventi, l’ambiente
Scienza, tecnologia, scienze
ambientali e riflessioni critiche
 "Sono
una scienza fisica e sociale che integra la
conoscenza derivante da un ampio ambito di
discipline che includono la fisica, la chimica, la
biologia (specialmente l'ecologia), la geologia,
la meteorologia, la geografia, l'ingegneria, la
conservazione e la gestione delle risorse, la
demografia [...], l'economia, la politica, la
sociologia e l'etica [...] uno studio interdisciplinare
di come le parti della natura e le società umane
operano e interagiscono – uno studio dei
collegamenti e delle interazioni in natura"
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i viventi, l’ambiente
Scienza, tecnologia, scienze
ambientali e riflessioni critiche
 Controversie


delle scienze ambientali:
validità dei dati
complessità dei problemi
 Comunque
dobbiamo prendere decisioni
politiche ed economiche
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i viventi, l’ambiente
Modelli e comportamento dei sistemi
I
modelli matematici:



approssimano la realtà
fanno previsioni
sono sviluppati con il metodo "trial and error":
 ipotesi
(→ equazioni)
 (equazioni →) previsioni
 confronto tra previsioni e osservazioni (revisione delle
ipotesi)
I
modelli matematici sono meglio dei modelli
mentali ma non sono esenti da problemi
 I modelli consentono "esperimenti numerici"
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i viventi, l’ambiente
Modelli e comportamento dei sistemi
I
sistemi hanno input,
flussi, uscite
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Modelli e comportamento dei sistemi
 Retroazione
positiva o negativa (feedback)
 Omeostasi del corpo (t<42°, -; t>42°, +)
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Materia: forme, struttura e qualità
 Materia
(ha massa e occupa spazio)
 Solida, liquida, aeriforme (vapore, gas), plasma
 Elementi, composti
ionici e covalenti
(miscele)
 Atomi, ioni, molecole
 Elettroni, protoni, neutroni
(nucleo)
 Numero atomico, numero
di massa (isotopi)
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Materia: forme, struttura e qualità
 Composti
inorganici (CO, CO2 e molecole prive
di carbonio: H2O, NaCl, NH3…)
 Composti organici (naturali e sintetici)







idrocarburi (metano)
idrocarburi clorurati (DDT, PCB)
clorofluorocarburi o CFC (freon)
carboidrati (semplici e complessi)
aminoacidi (~20) e proteine (milioni)
nucleotidi (4) e acidi nucleici (DNA, RNA)
geni (sequenze di nucleotidi) e cromosomi
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Materia: forme, struttura e qualità
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i viventi, l’ambiente
Materia: forme, struttura e qualità
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Luca Fiorani – L’uomo,
i viventi, l’ambiente
Materia: forme, struttura e qualità
 Materia



di alta qualità:
utilizzabile
organizzata
disponibile
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i viventi, l’ambiente
Energia: forme e qualità
 Energia:




"capacità di compiere lavoro"
luce, elettricità, calore (≠temperatura)…
cinetica e potenziale
radiazione elettromagnetica
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Energia: forme e qualità
 Energia



di alta qualità:
utilizzabile
organizzata
disponibile
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Trasformazioni fisiche e chimiche e la
legge di conservazione della materia
 Trasformazione
fisica: non implica cambiamento
della composizione chimica (es.: scioglimento
dei ghiacci)
 Trasformazione chimica: implica cambiamento
della composizione chimica (es.: combustione
del carbone C+O2→CO2+energia)
 Conservazione della
materia (applicazione
al ciclo dei rifiuti)
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Trasformazioni nucleari
 Decadimento
naturale radioattivo (radioisotopi)
 Raggi alfa, beta, gamma
 Tempo di dimezzamento:



iodio-131: 8 giorni
stronzio-90: 28 anni
uranio-238: 4.5 miliardi di anni
 Livello
sicuro: dopo 10 tempi di dimezzamento
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Trasformazioni nucleari
 Fissione


nucleare:
massa critica
reazione a catena
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Trasformazioni nucleari
 Fusione


nucleare:
imparare dal Sole…
… non è facile (ITER)!
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Le due leggi fondamentali dell'energia
 Prima
legge della termodinamica: conservazione
dell'energia
 Seconda legge della termodinamica: nelle
trasformazioni dell'energia avviene una perdita
della sua qualità (es.: da elettricità a calore)
 L'energia si conserva ma – in pratica – quella
utilizzabile è sempre meno
 L'energia non si ricicla: importanza dell'efficienza
energetica
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i viventi, l’ambiente
Le due leggi fondamentali dell'energia
 La
seconda legge della termodinamica influenza
la vita (produzione di calore e rifiuti)
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i viventi, l’ambiente
Collegamenti: le leggi della materia e
dell'energia e i problemi ambientali
I
Paesi industrializzati hanno un'economia ad alta
produzione (anche di calore e di rifiuti) con il
rischio di non essere sostenibile
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i viventi, l’ambiente
Collegamenti: le leggi della materia e
dell'energia e i problemi ambientali
I
Paesi industrializzati vanno verso un'economia di
riciclo dei materiali
 Rimangono problemi:



l'inquinamento
la produzione di calore: occorrono sorgenti illimitate
di energia di alta qualità
alcuni materiali non possono essere riciclati
all'infinito
 Questa
economia non è la soluzione finale
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i viventi, l’ambiente
Collegamenti: le leggi della materia e
dell'energia e i problemi ambientali
 La
natura ci indica la strada: un'economia a
bassa produzione
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i viventi, l’ambiente
Fine della lezione…
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