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LABORATORIO SCIENTIFICO PER BAMBINI
Sulla Luna, il mercurio e i terremoti. Laboratorio scientifico per bambini
Elenco / Laboratorio di scienze per bambini Il semplice trucco di Stakheev ha funzionato perfettamente. Alla sua domanda - a cosa associo principalmente la parola "mercurio" - io, come suggerito in anticipo da Yuri Ivanovich, ho risposto onestamente: con un "termometro". È sempre un peccato quando vieni sorpreso a pensare in modo stereotipato. Certo, se sforzi la memoria, potresti ricordare le lampade fluorescenti al mercurio, che “l'argento liquido” era una delle sostanze preferite dagli alchimisti, che il mercurio è un metallo conosciuto già nella preistoria… Eppure, un termometro.
Perché ho iniziato con questo fatto apparentemente ordinario? Perché gli scienziati sovietici hanno recentemente scritto una pagina completamente nuova di sorprendente originalità nella storia millenaria del mercurio. E ancora una cosa: parleremo solo del pensiero non stereotipato, che combina associazioni insolite e logica armoniosa di ricerca, perseveranza e pazienza nel percorso verso l'obiettivo. Forse è per questo che questa storia, raccontata da un ricercatore senior presso il Laboratorio di Chimica Spaziale dell'Istituto di Geochimica e Chimica Analitica dell'Accademia delle Scienze dell'URSS, è come una sorta di romanzo poliziesco scientifico. Tutto è iniziato diversi anni fa, quando la stazione automatica Luna-13 ha consegnato sulla Terra campioni di suolo lunare. Gli scienziati hanno dovuto chiarire la struttura della crosta lunare, almeno quella parte di essa raggiunta dal campionatore. E la prima cosa è stata disporre i campioni nello stesso ordine in cui li ha prelevati la stazione. Prima di ciò, tutti i campioni rimanevano, per così dire, anonimi: erano tutti mescolati in un unico contenitore. È così che le rocce lunari sono finite in un laboratorio di chimica spaziale. Per scoprire a quale profondità è stato prelevato un particolare campione, era necessario trovare differenze nella loro composizione chimica. Gli studi spettrali hanno dimostrato che la Luna contiene quasi tutti gli stessi elementi presenti sulla Terra: molibdeno, piombo, ferro, mercurio... Gli scienziati erano più interessati al mercurio. Secondo i ricercatori, potrebbe servire come guida più affidabile nel loro lavoro. L'idea era la seguente. La temperatura sulla superficie della Luna cambia notevolmente nel corso della giornata. Di notte fa freddo lì, meno 150°. E durante il giorno - più 150° C. E il mercurio è una sostanza liquida e volatile. Durante il giorno, il mercurio contenuto negli strati superiori evapora attivamente. Gli strati più profondi si riscaldano meno, quindi al loro interno dovrebbe essere trattenuta più mercurio. Erano queste differenze che dovevano essere catturate utilizzando un dispositivo creato appositamente per questo scopo. Il dispositivo gioca un ruolo speciale in questa storia, quindi vediamolo più in dettaglio. Innanzitutto bisognava inventarlo. È vero, esistevano strumenti per il monitoraggio sanitario dell'atmosfera, ma la loro sensibilità, secondo gli studi spettrali della Luna, si è rivelata circa mille volte inferiore a quella necessaria per determinare la concentrazione di mercurio nel suolo lunare. E altri dispositivi, più sensibili, sono associati alla radioattività e non possono funzionare ininterrottamente per molto tempo. La parte principale del nuovo apparecchio è stata acquistata... in un negozio di elettrodomestici. Si tratta di un dispositivo cosmetico portatile per l'abbronzatura artificiale "Photon" in cui è installata una lampada al mercurio che produce luce ultravioletta. È noto che i vapori di mercurio brillano alla luce ultravioletta. Inoltre, l'intensità del bagliore è proporzionale alla concentrazione di mercurio. Hanno preso una lampada Photon e hanno lavorato un cilindro di metallo con due fori con un angolo di 90°. Una lampada risplende in un cilindro di questo tipo da un'estremità e una fotocellula lo guarda dall'estremità opposta. Se attraverso il cilindro viene pompata aria contenente vapori di mercurio, la fotocellula “vedrà” il bagliore e lo convertirà in corrente elettrica. Più forte è il bagliore, più forte è la corrente. Ma questo è solo uno schema del dispositivo. La cosa più difficile nell'apparecchio reale è stata trovare un oscuramento adeguato. I raggi della lampada vengono ripetutamente riflessi dalle pareti interne del cilindro e colpiscono la fotocellula. E il bagliore del vapore è così debole che anche un raggio riflesso mille volte può essere più forte. Fumarono l'interno del cilindro con tutto: una candela, gas, carbone... Alla fine trovarono il rivestimento più nero per i raggi ultravioletti. È stata la fuliggine della corteccia di betulla a tradirlo. Il dispositivo ha iniziato a funzionare con una sensibilità senza precedenti. I risultati delle prime misurazioni hanno improvvisamente mostrato che nel suolo lunare è presente quasi la metà della quantità di mercurio prevista. Abbiamo deciso di ricontrollare questi risultati. Ora c'è... più mercurio. Un'altra serie di esperimenti di prova, letteralmente un'ora dopo. La concentrazione di mercurio aumenta... Qual è il problema? Dispositivo difettoso? È stato ricalibrato, verificato... Purtroppo, nuovi esperimenti hanno fornito la stessa immagine. Si è scoperto che prima il mercurio è scomparso dal terreno da qualche parte, e poi è tornato lentamente. Perché il mercurio sta scomparendo? I campioni per gli esperimenti sono stati frantumati nell'aria. Forse è allora che il mercurio evapora? Ma il suolo non era affatto riscaldato, non c'era alcuna imitazione del giorno e della notte lunare. Eppure abbiamo deciso di provarlo. Non schiacciarono la porzione successiva del terreno, ma la isolarono dall'atmosfera e la dissolsero in acido. Tutto è andato a posto: l'esperimento ha dimostrato che quasi la metà del mercurio viene persa sotto pressione. Ma come si può spiegare questo? Avanziamo questa ipotesi. La distruzione del campione sotto pressione è preceduta da microcesoie nella roccia. Il mercurio all'interno di un pezzo di roccia si trova sui bordi dei grani di cristallo che compongono questo pezzo. Usiamo ora un’analogia distante, ma, secondo i ricercatori, abbastanza accurata. Immagina un panino imburrato condito con un altro pezzo di pane. Se un pezzo viene spostato rispetto all'altro, l'olio verrà spremuto. Qualcosa di simile può accadere con il mercurio. Viene esposto quando la roccia viene distrutta e inizia ad evaporare intensamente. Ora era necessario rispondere in qualche modo alla seconda domanda: da dove viene il mercurio? Qui abbiamo ricordato il cosiddetto “paradosso del mercurio”. Enormi contenuti di mercurio, migliaia di volte superiori a quelli delle rocce terrestri, sono stati scoperti molte volte nei meteoriti. Inoltre, hanno notato: più a lungo il meteorite rimaneva nella collezione del museo, più mercurio conteneva. Anche i campioni di suolo lunare, quando furono rimossi da una copertura di vetro sigillata, furono esposti all'aria aperta per qualche tempo prima dell'esperimento di prova. È nata un'idea: cosa succederebbe se confrontassimo il tasso di accumulo del mercurio nei meteoriti che giacciono per un tempo esattamente noto in un museo e nel suolo lunare? Si è scoperto che le velocità sono più o meno le stesse! Quindi, la risposta alla seconda domanda è stata ricevuta. Campioni di roccia lunare, come una spugna, assorbono il mercurio dall'atmosfera terrestre. Ma, come sempre accade nella ricerca scientifica, una volta risolto un mistero ne nascono di nuovi. Perché c'è così tanto mercurio nell'atmosfera terrestre? Perché le rocce terrestri non lo accumulano? Come entra il mercurio nell'atmosfera? I dipendenti del laboratorio di chimica spaziale hanno intrapreso spedizioni lunghe, lontane, ma completamente terrestri, armati delle loro attrezzature. Il risultato è stato una nuova comprensione del ruolo del mercurio nei processi terrestri. A scuola impariamo a conoscere il ciclo naturale dell'acqua, del carbonio, dell'azoto... Ora questo elenco è stato integrato dal mercurio. Inoltre, senza la conoscenza degli schemi del ciclo del mercurio, come è diventato chiaro, è impossibile creare un quadro completo dei complessi processi geochimici, biologici e fisici che si verificano nella biosfera. Durante le spedizioni, gli scienziati hanno scoperto che dalle profondità del pianeta il mercurio sale attraverso le rocce insieme alla cosiddetta respirazione gassosa della terra. Il mercurio che entra nell'atmosfera viene poi lavato via dalla pioggia per ritrovare la strada nel terreno. Anche le misurazioni effettuate durante le spedizioni hanno portato con sé nuovi misteri. Quando sono iniziate le misurazioni, la concentrazione di mercurio nell'aria è inizialmente aumentata. Ciò durò circa una settimana. Poi la concentrazione cominciò a diminuire. E una settimana dopo ricominciò a crescere. Come si verifica questa periodicità di due settimane? Gli scienziati hanno suggerito che... la colpa è della Luna. Solleva onde lunghe un metro delle maree oceaniche, provocando il sollevamento e l'abbassamento della crosta terrestre esattamente con la stessa periodicità. In questo caso nascono tensioni e crepe nelle profondità della terra. In questo momento il mercurio evapora più intensamente dalle profondità. Riflettendo su questo fatto, i ricercatori hanno anche ricordato il mistero della stampa che ha “rubato” il mercurio dal suolo lunare. In effetti, in entrambi i casi il motivo dell'intensa evaporazione del mercurio era lo stesso... Ma anche durante i terremoti, come avevano scoperto allora i geofisici, si verificano esattamente le stesse condizioni! Poco prima di una catastrofe, lo stress nel sottosuolo aumenta e il numero di crepe nelle rocce aumenta. Ciò significa che prima di un terremoto vicino alla sua fonte, anche la concentrazione di mercurio dovrebbe aumentare! Il dispositivo è stato portato in aree ad alta sismicità. Gli studi sono stati condotti in Turkmenistan, Tagikistan e Kirghizistan. Allora non ci furono grandi terremoti in queste zone. Ma ci furono molti piccoli scioperi sotterranei. E lo strumento si è dimostrato subito un previsore molto affidabile. Quattro o cinque giorni prima del terremoto, l'apparecchio aveva previsto: ci sarà una scossa! In sette casi su dieci le previsioni si sono rivelate corrette. E ora gli scienziati stanno lavorando per aumentare l’affidabilità di questo insolito meteorologo. Autore: A.Fin
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