laboratori, buone notizie e immagini d’effetto per un apprendimento coinvolgente
ORIENTAMENTO
podcast con professionisti e professioniste del mondo scientifico e tecnologico
CITTADINANZA ATTIVA
approfondimenti di educazione civica, sostenibilità ed educazione alla salute
ESSENZIALI E INCLUSIONE DIFFUSA strategie didattiche per ridurre le barriere allo studio
Coordinamento redazionale: Marco Mauri
Responsabile di progetto: Martina Mirabella
Redazione e revisione scientifica: Martina Mirabella, G.E.M.
Art director: Enrica Bologni
Revisione linguistica: Lisa Suett
Progetto grafico e impaginazione: G.E.M.
Copertina: G.E.M.
Ricerca iconografica: Martina Mirabella Disegni: Daniele Gianni
Immagini di copertina: Shutterstock
La rubrica Lezioni in anteprima e la stesura degli storyboard di alcuni video sono a cura della professoressa Chiara Amati.
La gamification Mission 2030 è realizzata da Eicon, Torino.
Referenze iconografiche:
Shutterstock; p. 47, 95, 132, 157, 274 NASA; p. 334 José Gabriel Julio Guzmán
Tutte le altre immagini provengono dall’Archivio Principato.
Per le riproduzioni di testi e immagini appartenenti a terzi, inserite in quest’opera, l’editore è a disposizione degli aventi diritto non potuti reperire, nonché per eventuali non volute omissioni e/o errori di attribuzione nei riferimenti.
Contenuti digitali
Progettazione: Giovanna Moraglia
Realizzazione: Alberto Vailati Canta, Giovanna Moraglia, Chiara Amati, Marta Bencich, bSmart labs
Prima edizione: gennaio 2024
Printed in Italy
RINGRAZIAMENTI
Per la collaborazione alla realizzazione della rubrica Le professioni del tuo futuro si ringraziano: Davide Abu-El-Khair, Sarah Caronni, Maria Luisa Chiaramonte, Andrea Cioffi, Francesco Delvillani, Fabio Mologni, Giacomo Rosa, Giuseppe Scalia, Antonella Senese, Lisa Marie Talia, Margherita Toma, Roberta Tota.
L’editore fornisce – per il tramite dei testi scolastici da esso pubblicati e attraverso i relativi supporti nel sito www.gruppoeli.it materiali e link a siti di terze parti esclusivamente per fini didattici o perché indicati e consigliati da altri siti istituzionali. Pertanto l’editore non è responsabile, neppure indirettamente, del contenuto e delle immagini riprodotte su tali siti in data successiva a quella della pubblicazione, dopo aver controllato la correttezza degli indirizzi web ai quali si rimanda.
Casa Editrice G. Principato www.gruppoeli.it
Via G.B. Fauché 10 - 20154 Milano e-mail: info@gruppoeli.it
La casa editrice attua procedure idonee ad assicurare la qualità nel processo di progettazione, realizzazione e distribuzione dei prodotti editoriali. La realizzazione di un libro scolastico è infatti un’attività complessa che comporta controlli di varia natura. È pertanto possibile che, dopo la pubblicazione, siano riscontrabili errori e imprecisioni. La casa editrice ringrazia fin da ora chi vorrà segnalarli a: Servizio clienti Principato e-mail: info@gruppoeli.it
Filmati, animazioni e Video AR per iniziare e integrare le lezioni.
Contenuti digitali integrativi
Nelle pagine sono inserite le seguenti icone che indicano la presenza e il tipo di contenuti digitali disponibili sul libro.
Audio
Lezioni in MP3 per ripassare le lezioni e listening in lingua inglese.
Sistema Digitale
Accessibile
Il Sistema Digitale Accessibile soddisfa pienamente le esigenze della didattica inclusiva con queste funzionalità di base:
• carattere specifico ad alta leggibilità e alto contrasto
• sintesi vocale dei contenuti testuali (audiolibro)
• pagine “liquide” con possibilità d’ingrandimento
Realtà Aumentata
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• scarica l’App gratuita
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Podcast
Interviste a scienziati e scienziate.
Download
Lezioni in anteprima Presentazioni digitali dei contenuti delle unità.
HTML
Oggetti interattivi per visualizzare e approfondire i contenuti.
Galleria di immagini
Gallery per arricchire di informazioni il testo.
Esercizi
Test di diversa tipologia a correzione immediata.
Raccolta
Insieme di oggetti digitali.
Collegamento web
È il gioco online per scoprire i 17 obiettivi e i traguardi dell’Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile.
I contenuti digitali sono fruibili sul sito www.gruppoeli.it, sull’ e con l’App librARsi
BUONE NOTIZIE PER IL FUTURO
I TEMI
Racchiudono contenuti
scientifici affini e sono introdotti da un breve testo che chiarisce le relazioni che li uniscono.
Il box Parole per capire spiega il significato di alcuni termini, non solo scientifici, che in apertura sono solo anticipati ma che trovano applicazione nelle unità del tema.
L’UNITÀ
Qui si concentra il messaggio positivo di ECO
L’immagine di grande impatto visivo è sempre correlata alla rubrica e può essere usata come avvio di unità.
LA LEZIONE
È il momento dello studio.
Comincia con un VIDEO, un LAB STEM o un LAB TINKERING, poi affronta i fenomeni naturali.
È
ANCORA POSSIBILE CAMBIARE LE SORTI DEL PIANETA!
Infatti sono numerose le soluzioni che la tecnologia e la scienza ci offrono per migliorare le sorti del pianeta e della nostra vita.
Con scoprirai che ci sono tante buone notizie per il futuro della Terra.
COME È FATTO IL TUO LIBRO?
Il tema dell’orientamento è affrontato in Le professioni del tuo futuro, dove scienziati e scienziate raccontano la loro formazione e la professione che svolgono.
La rubrica Buone notizie per il futuro caratterizza ogni apertura di unità.
Il box Si dice che… sfida le false conoscenze e fornisce la giusta spiegazione ai fenomeni della realtà che ci circonda.
Per aiutarti nella lettura, definizioni e didascalie sono in caratteri ad alta leggibilità.
LE ECOLEZIONI
Gli argomenti di ecologia e le questioni ambientali sono trattati in vere lezioni che richiamano e spiegano gli obiettivi dell’Agenda 2030.
GLI APPROFONDIMENTI
Approfondisci i temi di educazione ambientale, sostenibilità ed educazione alla salute con la rubrica CITTADINANZA ATTIVA e “osserva” contenuti nuovi con la rubrica VISUAL, anche in versione ECOVISUAL.
LE VERIFICHE
Alla fine dell’unità trovi tutto ciò che ti serve per ripassare, fissare le conoscenze e mettere alla prova le competenze in font ad alta leggibilità. Il ripasso è facilitato dalla mappa attiva e dagli esercizi di verifica suddivisi per lezione.
Impara e… divertiti!
Insieme ai volumi del corso trovi SKILL BOOK, una raccolta di schede con tantissime attività: lab stem, lab steam e lab tinkering, letture per approfondire, compiti di realtà, debate, attività coding, percorsi interdisciplinari.
Scegli la tua attività, stacca la scheda e inseriscila nel raccoglitore!
1 UNITÀ
LA SCIENZA E IL SUO METODO 18
Leggi
Grandezze
misure
Misurare
lo scienziato
Misurare massa e tempo
Modelli scientifici
Lezioni in MP3
Test interattivi
Listening
2 UNITÀ
LA STRUTTURA DELLA MATERIA
lezione 1 La materia e le sue caratteristiche
1. La materia forma tutto quello che ci circonda
2. La materia possiede proprietà fisiche e chimiche
3. La materia si presenta in diverse forme chiamate sostanze
2 La composizione della materia
1. La materia è formata da atomi
2. Dagli atomi alle molecole
3. Le sostanze possono essere semplici o composte
I miscugli
3 Gli stati fisici della materia
1. Solidi, liquidi e aeriformi
2. Le proprietà dei solidi
3. Le proprietà dei liquidi e degli aeriformi
4. Lo stato di plasma
LEZIONI IN ANTEPRIMA
Pic-nic nel parco
Separare i miscugli
Sale d’Italia I miscugli
Gli stati d’aggregazione dell’acqua
Lezioni in MP3
Test interattivi
Listening
3 UNITÀ
LA TEMPERATURA E IL CALORE
lezione 1 La temperatura
1. La temperatura e l’agitazione termica
2. Il calore è una forma di energia
3. Relazioni fra temperatura e calore
4. La misura della temperatura
5. Le scale termometriche
lezione 2 Il calore
1. La misura del calore
2. Il calore specifico
3. La capacità termica
LEZIONI IN ANTEPRIMA
Le scale termometriche
Come funziona il calorimetro
lezione 3 La propagazione del calore
1. Il calore si propaga
2. La propagazione del calore nei solidi
3. La propagazione del calore nei liquidi e negli aeriformi 81
4. La propagazione del calore nel vuoto 82
5. La dilatazione termica 82
lezione 4 I cambiamenti di stato della materia
1. Da uno stato all’altro
2. Il passaggio da solido a liquido
3. Il passaggio da liquido a solido
4. Il passaggio da liquido ad aeriforme 85
5. Il passaggio da vapore a liquido 86
6. Il passaggio da gas a liquido 86
7. Il passaggio da solido ad aeriforme e viceversa 86
passaggi di stato
interattivi
Parla la scienziata
La formazione delle maree
Lo sfruttamento delle risorse idriche
La vita di un fiume
Il futuro dei ghiacciai
Esploriamo il ghiacciaio
L’acqua invisibile
L’inquinamento delle acque
MISSION 2030
Lezioni in MP3
Test interattivi
Listening
L’ATMOSFERA
Venti straordinari
2. La condensazione del vapore acqueo
3. Le precipitazioni atmosferiche
lezione 4 La temperatura dell’aria e il clima
1. Il bilancio termico terrestre
2. La temperatura dell’aria
3. L’effetto serra
4. Tempo e clima
5 La risorsa aria
1. Che cos’è l’inquinamento atmosferico
2. Gli effetti dell’inquinamento atmosferico
3. Ozono “buono” e ozono “cattivo”
4. La situazione europea e nel mondo
ATTIVA Mitigazione climatica e adattamento
Fulmini e temporali
Lezioni
6 UNITÀ
IL SUOLO
1 Il suolo e le sue caratteristiche
1. Il suolo è indispensabile
I principali tipi di suolo per la coltivazione
Il suolo agrario
7 UNITÀ
LA CELLULA
lezione 1 Le caratteristiche dei viventi 190
1. Le caratteristiche comuni degli esseri viventi 190
2. Gli esseri viventi sono costituiti da cellule 190
3. Gli esseri viventi si nutrono 191
4. Gli esseri viventi respirano ed eliminano rifiuti 191
5. Gli esseri viventi si muovono e reagiscono agli stimoli 192
6. Gli esseri viventi si adattano al proprio ambiente 192
7. Gli esseri viventi nascono, crescono e si riproducono 192
lezione 2 I viventi sono costituiti da cellule 194
1. Che cos’è la cellula 194
2. Organismi unicellulari e organismi pluricellulari 195
3. L’organizzazione degli organismi pluricellulari 195
4. Gli strumenti che permettono di osservare la cellula 196 visual Un modello vincente
1. Le parti fondamentali della
2. La cellula procariote
3. La cellula eucariote animale 202
4. La cellula eucariote vegetale 202 lezione 4 La riproduzione della cellula
1. Le cellule si riproducono 204
2. La riproduzione della cellula procariote 205
3. La riproduzione della cellula eucariote
4. Il ciclo cellulare
Vivente o non vivente?
Come funziona il microscopio ottico
La teoria cellulare
Membrane a mosaico
Esploriamo la cellula eucariote
Una riproduzione rapidissima
La mitosi
Lezioni in MP3
Test interattivi Listening
LA CLASSIFICAZIONE DEGLI ORGANISMI
Parla lo scienziato
lezione 3 Il regno dei protisti
1. Il dominio degli eucarioti
2. I protisti
3. I protozoi sono protisti eterotrofi
4. I protofiti sono protisti autotrofi
5. Protisti eterotrofi decompositori
6. Le alghe sono pluricellulari autotrofi
CITTADINANZA ATTIVA Mari supernutriti
I REGNI DEI FUNGHI E DELLE PIANTE
lezione 1 Il regno dei funghi
1. Né piante né animali
2. I funghi a cappello
3. Le muffe e i lieviti
4. I licheni
5. La classificazione dei funghi
lezione 2 Il regno delle piante
1. Le piante e le loro caratteristiche
2. Piante con il corpo a tallo
3. Piante con il corpo a cormo
4. Le pteridofite, le prime piante vascolari
5. Le spermatofite, le piante con semi
deforestazione
3 La radice e il fusto
1. La radice
2. Le parti della radice
3. Il fusto
4 La foglia
1. Come è fatta la foglia
2. La fotosintesi
3. Fotosintesi e respirazione, due processi tra loro dipendenti
4. La traspirazione
lezione 5 Fiori, frutti e semi
1. La riproduzione delle piante
2. La riproduzione vegetativa
3. Il fiore
4. L’impollinazione e la fecondazione
5. La disseminazione e la germinazione
Lezioni in MP3
Test interattivi
Listening
fotosintesi
Tecniche di riproduzione
Dai batteri alla cellula eucariote
L’evoluzione delle piante
Che cosa succede se…
Nella foresta di mangrovie
ogni albero la sua foglia La
11 UNITÀ
IL REGNO DEGLI ANIMALI: GLI INVERTEBRATI 296
lezione 1 Sostegno, movimento, risposta agli stimoli
1. Che cos’è un animale
2. La simmetria
3. Il celoma
4. Movimento e strutture di sostegno
5. Sensibilità e coordinamento
2 Nutrizione, respirazione, circolazione e riproduzione
1. Nutrizione e digestione
2. Respirazione
3. Circolazione ed escrezione
4. Riproduzione
3 Poriferi e cnidari
1. Gli invertebrati
2. Poriferi
3. Cnidari o celenterati
4 Vermi e molluschi
I platelminti
2. I nematodi
3. Gli anellidi
4. I molluschi
5 Artropodi ed echinodermi
Un gruppo di successo
Le caratteristiche generali degli artropodi
Gli echinodermi
Gli adattamenti all’ambiente subaereo
Le caratteristiche degli invertebrati Molluschi in vetrina
Artropodi da record Un insetto sotto la lente
Lezioni in
Test interattivi
Listening
12 UNITÀ
IL REGNO DEGLI ANIMALI: I VERTEBRATI
1. Perché si chiamano mammiferi
2. Le caratteristiche dei mammiferi
1 MATERIA TEMA Le teorie scientifiche e i fenomeni naturali
Viviamo in un mondo fatto di materia: sono materia tutti gli organismi viventi, l’aria che respiriamo, gli oggetti che usiamo ogni giorno, il nostro stesso corpo. Pertanto, è dalla materia che dobbiamo cominciare le nostre indagini per comprendere come funziona e come è fatta la realtà. Le discipline scientifiche che ci aiutano più di altre in questo compito sono le hard sciences, “scienze dure”, che comprendono la fisica, la chimica, la biologia. Ma perché le hanno chiamate così?
Queste discipline scientifiche hanno in comune l’uso sistematico di un metodo di indagine della realtà, il metodo scientifico, e l’utilizzo del linguaggio della matematica per rielaborare i dati raccolti. L’applicazione del metodo scientifico ha permesso, nel corso degli anni, di raccogliere una grandissima quantità di dati sperimentali, grazie ai quali sono state elaborate le leggi e le teorie scientifiche con le quali spieghiamo i fenomeni naturali.
L’applicazione delle scoperte della fisica e della chimica, in particolare, hanno dato uno straordinario contributo allo sviluppo umano, basti pensare ai livelli raggiunti dalle tecnologie digitali che usiamo ogni giorno, alla produzione di nuovi strumenti e farmaci usati per la cura delle malattie o per la soluzione dei problemi ambientali della Terra.
Parole per capire
Fisica • È la scienza che studia i fenomeni naturali, come il calore, il moto, la luce. Si occupa di grandezze, cioè di quantità che possono essere misurate utilizzando appositi strumenti, come il termometro, il cronometro o la bilancia.
Chimica • È la scienza che studia la composizione, la struttura e le trasformazioni della materia. Indaga sul comportamento sia della materia naturale sia della materia artificiale.
Biologia • È la scienza che studia gli organismi viventi e i fenomeni e le leggi che regolano la vita. La biologia comprende diverse discipline, come per esempio la zoologia, che studia gli animali, e la botanica che studia i vegetali.
Matematica • È la scienza che studia le quantità, i numeri, lo spazio, le strutture e i calcoli. La matematica è alla base di tutte le discipline scientifiche e tecniche.
LE PROFESSIONI del tuo futuro!
ANDREA CIOFFI, data scientist
Ha 26 anni e ha studiato Ingegneria matematica con una specializzazione in Statistica. Da sempre è affascinato da ciò che permette al computer o al cellulare di svolgere le proprie funzioni e ha trovato nello studio della matematica la risposta a tutte le sue curiosità. Oggi lavora come data scientist per una società di consulenza. Si occupa di analizzare grandi quantità di dati e di metterli in relazione per ottenere informazioni che possono essere utili in diversi ambiti, da quello medico a quello economico.
MARIA LUISA CHIARAMONTE, clinical research associate
Si è laureata in Biologia e, dopo aver conseguito il dottorato di ricerca in Biologia Molecolare, ha intrapreso la carriera di clinical research associate. Il suo lavoro consiste nel gestire e supervisionare la conduzione degli studi clinici su nuovi farmaci e terapie all’interno degli ospedali. Questo tipo di attività prevede il suo coinvolgimento sin dalle fasi iniziali del percorso, selezionando i centri partecipanti alla sperimentazione, e prosegue fino al completamento dello studio. I suoi compiti sono controllare che la sperimentazione sia condotta e documentata in modo appropriato, e garantire l’integrità e l’attendibilità dei dati.
GIUSEPPE SCALIA, productionmanager
Dopo l’istituto tecnico con indirizzo in elettronica e telecomunicazioni, si è laureato in Fisica all’Università di Catania con una tesi svolta presso i Laboratori Nazionali del Sud. Ha conseguito un master e ha svolto per due anni attività di ricerca presso l’Università della California di Los Angeles, occupandosi dell’applicazione delle tecniche di microscopia a fluorescenza per lo studio delle strutture inorganiche e organiche. Ha continuato ad approfondire gli studi sulla propagazione e le proprietà della luce conseguendo il dottorato di ricerca in Fisica presso l’Università di Friburgo. Si occupa di quantum key distribution, una nuova tecnologia per la protezione dei dati informatici.
PARLA LO SCIENZIATO
1 UNITÀ LA SCIENZA E IL SUO METODO
1 LEZIONE IL METODO SPERIMENTALE
2 LEZIONE FACCIAMO UN ESPERIMENTO
3 LEZIONE MISURARE LE GRANDEZZE : LUNGHEZZA , SUPERFICIE E VOLUME
4 LEZIONE MISURARE LE GRANDEZZE : MASSA , PESO E TEMPO
A partire dal XVII secolo l’ideazione del metodo scientifico per indagare il mondo che ci circonda ha permesso di ottenere grandi risultati in ogni tipo di ricerca scientifica. La complessità della realtà però presenta situazioni in cui il metodo scientifico non è sempre applicabile, per esempio perché il fenomeno non è “ancora” avvenuto e si vuole conoscere la sua evoluzione nel tempo: ciò è tipico della meteorologia, dell’astronomia, di una epidemia da virus. In queste situazioni una grande quantità di dati e di variabili concorrono a determinare un risultato piuttosto che un altro. L’invenzione dei computer ha permesso di studiare questi fenomeni e di gestire un’enorme quantità di dati con i quali è possibile costruire modelli scientifici virtuali di moltissimi fenomeni naturali. È il caso del “gemello digitale” della Terra, un modello virtuale e fedelissimo del nostro pianeta, grazie al quale gli scienziati possono studiare gli effetti del cambiamento climatico, lo stato degli oceani, la biodiversità ecc. Ma non è tutto: il modello virtuale della Terra offre agli scienziati la possibilità di eseguire veri e propri esperimenti a livello globale, simulando i fenomeni naturali e le attività umane che altrimenti sarebbero impossibili da controllare.
Computer • Dispositivo elettronico programmabile, in grado di eseguire in tempi rapidissimi complessi calcoli matematici e di elaborare, memorizzare e recuperare informazioni sotto forma di dati digitali.
Modelli scientifici • Sono rappresentazioni fisiche di fenomeni naturali difficili da osservare o descrivere, oppure rappresentazioni di concetti o rappresentazioni matematiche. I modelli scientifici devono essere coerenti con osservazioni, deduzioni e spiegazioni concrete.
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
Galilei e il metodo sperimentale
1. Dove e quando Galilei approfondisce la conoscenza della matematica e della fisica?
2. Quali sono i più importanti strumenti costruiti o perfezionati da Galilei?
3. Che cosa ha scoperto con il telescopio?
4. Come è strutturato il metodo scientifico sperimentale?
ORA FERMA L’IMMAGINE!
Metti in pausa il video nei seguenti punti.
5. Che cosa significa per Galilei “sensata esperienza”?
6. Che cosa sostiene nelle pagine del Saggiatore a proposito del linguaggio della natura?
1 DALLA MAGIA ALLA SCIENZA
«Perché il Sole sorge e tramonta? Perché cadono i fulmini? Perché si forma l’arcobaleno?»
Queste sono alcune delle domande che bambini e bambine rivolgono agli adulti e in questo modo manifestano il bisogno di capire il mondo che li circonda. Probabilmente anche i nostri antenati si ponevano domande simili quando cercavano una spiegazione dei fenomeni naturali che avvenivano davanti ai loro occhi.
SI DICE CHE…
L’arcobaleno si può vedere in qualsiasi ora della giornata dopo un temporale
Un tempo si riteneva che l’arcobaleno fosse un fenomeno magico, un ponte che metteva in comunicazione la terra e il cielo. Oggi sappiamo che è un fenomeno ottico prodotto dalla dispersione della luce solare ad opera delle goccioline di pioggia sospese nell’aria dopo un temporale. Perché possiamo osservare il fenomeno, tuttavia, è necessario che il Sole sia a un’altezza inferiore ai 42 gradi sull’orizzonte, condizione che si verifica solo al mattino o nel tardo pomeriggio.
I nostri antenati avevano trovato risposte magiche e mitologiche a queste domande: ad esempio il Sole è un carro infuocato che attraversa il cielo, i fulmini sono lanciati da un dio adirato che vive sulle nuvole.
Le risposte magiche non richiedevano nessuna prova e alimentavano la superstizione e il senso di paura nei confronti della natura.
I filosofi dell’antica Grecia sono stati i primi a spiegare i fenomeni naturali attraverso l’osservazione e il ragionamento. Il loro metodo non dava spiegazioni magiche, ma le risposte non prevedevano la realizzazione di esperimenti in grado di provarle. Il metodo dei filosofi greci fu utilizzato fino al Cinquecento, quando uno scienziato e artista italiano, Leonardo da Vinci, iniziò a metterlo in dubbio.
2 GALILEO GALILEI E IL METODO SPERIMENTALE
Nei primi anni del XVII secolo comincia a diffondersi l’idea che lo studio di un fenomeno naturale deve essere effettuato seguendo un determinato “metodo di lavoro”. Lo scienziato pisano Galileo Galilei (1564-1642) è stato il primo a comprendere che, per spiegare i fenomeni naturali, è necessario compiere delle osservazioni, elaborare ipotesi ed effettuare prove per verificarle 1 . Queste prove sono gli esperimenti e rappresentano la parte innovativa del “metodo di lavoro” di Galilei. Molto spesso Galilei eseguiva i suoi esperimenti in laboratorio così da seguirli passo passo; ha anche ideato e perfezionato vari strumenti per fare delle osservazioni approfondite e delle misurazioni più accurate. Analizzando i risultati dei suoi esperimenti, Galilei ricavava delle teorie che fornivano una spiegazione dei fenomeni osservati.
Il lavoro di indagine e sperimentazione ideato da Galilei è detto metodo sperimentale, o metodo scientifico.
I criteri del metodo sperimentale enunciati da Galilei sono tuttora validi e sono applicati in diversi ambiti della scienza moderna.
3 LE FASI DEL METODO SPERIMENTALE
Quando compiamo una ricerca su un fenomeno naturale seguendo il metodo sperimentale, dobbiamo procedere come farebbe uno scienziato.
1. Partiamo dall’osservazione del fenomeno naturale che attira la nostra attenzione: ad esempio l’arcobaleno che si forma, a volte, dopo un temporale, un’ape che vola da un fiore all’altro, il salmone che risale il fiume, un pezzo di ghiaccio che si scioglie. Compiute le osservazioni, ci poniamo una domanda sull’aspetto che vogliamo indagare.
2. Il nostro interesse ci porta alla formulazione di un’ipotesi che possa spiegare in modo razionale il fenomeno osservato. Per esempio, un cubetto di ghiaccio si scioglie perché la temperatura dell’ambiente è maggiore di quella del freezer. La prima spiegazione, che può essere soggettiva, quando diventa un’ipotesi ci spinge a considerare quegli aspetti della nostra osservazione che sono più utili allo scopo prefissato e che ci portano a fare una previsione sulle possibili conseguenze. Per esempio, se metto l’acqua al freddo si ghiaccia?
3. Per rispondere alla domanda, cioè per verificare le conseguenze dell’ipotesi, possiamo realizzare un esperimento. Mi procuro il materiale necessario: in questo caso alcuni contenitori, dell’acqua e un apparecchio come il frigorifero di casa che mi permette di avere un ambiente a temperatura inferiore a quella della stanza.
1 Nel ritratto Galileo Galilei tiene in mano un telescopio, lo strumento con il quale ha compiuto importanti osservazioni astronomiche.
1
2 Le fasi del metodo sperimentale.
Osservazione di un fenomeno.
in autunno le foglie di molte piante ingialliscono e cadono.
4. La fase successiva rende necessario raccogliere i dati e registrare le misurazioni. Per effettuare le misurazioni che ci servono dobbiamo utilizzare degli strumenti opportuni, nel nostro caso il termometro, che ci permette di rilevare la temperatura all’interno del frigorifero e del freezer.
Osserviamo il risultato dell’esperimento: l’acqua del contenitore riposta nel frigorifero, dove abbiamo rilevato una temperatura bassa, ma superiore a 0 °C, non si è ghiacciata, mentre quella nel freezer sì.
2
Formulazione di una domanda sull’aspetto che si vuole studiare e di un’ipotesi che lo possa spiegare in modo razionale.
queste piante smettono di fabbricare il colore verde e cominciano a produrre i colori giallo e arancio, oppure questi sono giˆà presenti nella pianta?
estraggo i colori dalle foglie verdi di una pianta e li separo: con il verde ci sono il giallo e lÕarancio.
Realizzazione di un esperimento per verificare le conseguenze dell’ipotesi.
5. Dall’analisi dei risultati traiamo le conclusioni: l’ipotesi che possiamo confermare è che l’acqua si ghiaccia nel freezer, quella che dobbiamo abbandonare è che l’acqua si ghiaccia nel frigorifero 2 . La caratteristica che devono avere gli esperimenti è la loro completa riproducibilità, cioè la possibilità di ripeterli e verificarne i risultati, grazie a una descrizione corretta e precisa del procedimento. Per questo è importante comunicare i risultati ottenuti e condividerli con il resto della comunità scientifica.
Dobbiamo ripetere più volte l’esperimento, per essere certi che il risultato ottenuto non sia frutto del caso; variamo anche la temperatura, per determinare esattamente quella di congelamento.
Quando i dati sperimentali presentano delle regolarità, ad esempio l’acqua si congela sempre alla stessa temperatura, possiamo confermare la nostra ipotesi e trasformarla in una legge scientifica . Una legge scientifica spiega come quel fenomeno naturale funziona e permette di prevedere come avverrà un fenomeno simile a quello osservato.
Le leggi e le teorie scientifiche non sono verità assolute e sono valide solo temporaneamente: possono essere riviste in qualunque momen-
raccolgo i dati in modo che anche altri possano ripetere lÕesperimento.
4
Raccolta dei dati e registrazione delle misurazioni.
lÕipotesi Òi colori giallo e arancio sono giˆà presenti nelle foglie verdiÓ è provata.
5
Conferma o abbandono dell’ipotesi iniziale sulla base dei risultati degli esperimenti.
to, quando i risultati di un nuovo esperimento forniscono elementi che mettono in discussione il contenuto della teoria stessa. È proprio per questa ragione che la scienza è sempre in evoluzione.
L’incredibile evoluzione delle scienze, in particolare negli ultimi decenni, è dovuta anche alle nuove scoperte della tecnologia, che hanno messo a nostra disposizione strumenti sofisticatissimi su oggetti diventati di uso comune. Hai mai preso in considerazione l’incredibile dotazione del tuo smartphone?
Spesso chi è assorbito da un lavoro di ricerca arriva al punto di modificare o addirittura costruirsi gli strumenti più adatti al tipo di indagine che sta conducendo. Sono proprio il metodo scientifico e questa capacità “imprenditoriale” che, applicati in qualunque ambito, permettono un costante progresso.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. Il metodo scientifico è il metodo di lavoro di chi studia i fenomeni.
2. Il primo a utilizzare il metodo sperimentale fu Leonardo da Vinci.
3. Una legge scientifica è una verità assoluta.
4. La fase iniziale del metodo scientifico è la realizzazione di un esperimento.
VERSO LE COMPETENZE
Abbina ogni azione con la corrispondente fase del metodo sperimentale. Stai pedalando e ti sembra che ci sia qualcosa che non va. Esamina la situazione come se fossi uno scienziato.
a La pedalata è faticosa anche con le gomme ben gonfie. Devi scartare la prima ipotesi.
PROVE DI COMPETENZA
MISURARE
DALL’ANTICHITÀ A OGGI
SKILL BOOK
1 Osservazione di un fenomeno
2 Formulazione di un’ipotesi
3 Previsione di conseguenze dell’ipotesi
4 Realizzazione di un esperimento
5 Conferma o smentita dell’ipotesi
6 Formulazione di un’altra ipotesi
7 Realizzazione di un altro esperimento
8 Conferma o smentita della seconda ipotesi
b Gonfi le gomme della bicicletta e riparti.
c Pensi che le gomme sgonfie rendono la pedalata più faticosa.
d Osservi che le gomme della bicicletta sono un poco sgonfie.
e Se le gomme sono gonfie, allora pedali più velocemente.
f Aggiungi qualche goccia di olio alla catena.
g Pensi a un’altra ipotesi: ad esempio la catena non è ben oliata.
h La catena gira fluida e la tua ipotesi è confermata.
1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 8:
2 LEZIONE FACCIAMO UN ESPERIMENTO
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
La ricerca di Hasler
Raggi di Sole che filtrano dalle nuvole.
1. Qual era lo scopo dell’esperimento di Hasler?
2. Quale ipotesi ha formulato lo scienziato relativamente alla capacità di orientarsi dei salmoni?
3. Come è stato organizzato l’esperimento?
4. Quali conclusioni ha tratto Hasler dall’esame dei dati raccolti?
5. Perché è importante che i risultati di un esperimento siano pubblicati e fatti conoscere alla comunità scientifica?
FERMA L’IMMAGINE!
Metti in pausa il video nei seguenti punti.
6. Dai un titolo alle immagini e scrivi sul quaderno una didascalia per ciascuna foto (max due righe).
1 APPLICHIAMO IL METODO SPERIMENTALE
Tutti coloro che indagano sui fenomeni naturali applicano il metodo sperimentale. Se anche tu vuoi agire in modo scientifico è importante che impari a seguire le tappe che caratterizzano questo metodo di indagine della realtà che ti circonda. Applichiamo il metodo allo studio di un fenomeno che sicuramente ti sarà capitato di osservare: la propagazione della luce. La domanda è: “I raggi luminosi hanno un andamento rettilineo?”
■ Fase 1 OSSERVAZIONE DI
UN FENOMENO
Le osservazioni devono essere accurate e sistematiche e, se necessario, effettuate mediante appositi strumenti. Nella vita quotidiana è facile osservare i raggi del Sole che filtrano dalle nuvole o la traccia lasciata da un laser: in entrambi i casi i raggi luminosi sembrano mantenere una traiettoria rettilinea 1 .
ORA
■ Fase
2 FORMULAZIONE DI UNA DOMANDA SULL’ASPETTO CHE SI VUOLE STUDIARE E DI UNA IPOTESI CHE LO SPIEGHI IN MODO RAZIONALE
Questa è la parte più creativa del metodo sperimentale, servono un po’ di intuizione, immaginazione e… un pizzico di fortuna. Naturalmente non è possibile limitarsi a formulare un’ipotesi, ma occorre anche cercare di prevedere che cosa potrebbe accadere se l’ipotesi fosse confermata. La cosa migliore è fare più di una previsione, cercando di immaginare gli effetti delle possibili variazioni degli elementi in gioco.
Dalle osservazioni eseguite si può formulare l’ipotesi che la luce si propaghi in modo rettilineo indipendentemente dalla sorgente che la produce.
■ Fase
3 REALIZZAZIONE DI UN ESPERIMENTO PER VERIFICARE LE CONSEGUENZE DELL’IPOTESI
Occorre progettare l’esperimento con cura, ma non è indispensabile avere a disposizione un laboratorio. Chi studia la foresta amazzonica, per esempio, deve ingegnarsi con quello che trova!
Procurati 4 cartoncini, pratica un foro in ognuno di essi dopo averli disposti su un piano in modo che i fori siano allineati. Per tenerli ben fermi puoi usare delle mollette da bucato fissate ai lati di ogni cartoncino o realizzare una base di plastilina per tenerli allineati. Utilizza un cartoncino nero per costruire uno schermo. Da un lato disponi una candela, dall’altro dei cartoncini forati. Sullo schermo vedrai formarsi l’immagine del punto del raggio di luce che passa attraverso i fori.
Sposta uno dei cartoncini in modo che i fori non siano più allineati: il punto luce sullo schermo non sarà più visibile.
■ Fase 4 LA RACCOLTA DEI DATI
Normalmente i dati di tipo numerico o visuale (per esempio immagini di fototrappole) sono riportati in tabelle, rielaborati e presentati sotto forma di grafico. Documenta mediante fotografie i risultati del tuo esperimento dopo aver utilizzato altre fonti di luce, per esempio una torcia o una lampadina.
■ Fase 5 CONFERMA O ABBANDONO DELL’IPOTESI
In questa fase possiamo commentare i risultati ottenuti e confrontarli con quelli di esperimenti analoghi di altri scienziati; possiamo anche segnalare eventuali difficoltà che abbiamo incontrato.
Anche cambiando la sorgente di luce, il punto luminoso appare sullo schermo solo quando i fori dei cartoncini sono allineati. Questi risultati ti conducono a confermare l’ipotesi della propagazione rettilinea della luce.
2 MISURE ED ERRORI
Per effettuare un esperimento è quasi sempre necessario utilizzare degli strumenti di misura. Tuttavia, ogni volta che si misura una grandezza, cioè la si confronta con una opportuna unità di misura, sorgono dei problemi. Il primo è quello di avere sempre a disposizione dei dati comprensibili da tutti, ed è questo il motivo che ha portato la maggior parte dei paesi del mondo ad adottare il Sistema Internazionale. Il secondo problema riguarda lo strumento di misura scelto: la misura di un banco, rilevata con la riga, si ottiene con uno o al massimo due appoggi, mentre con il righello è necessario un numero maggiore di rilevazioni.
Leggi le norme di sicurezza in laboratorio
Altri problemi dipendono dalla persona che effettua la misura oppure da un’errata lettura della scala o a imprecisioni nel procedimento.
Ogni misurazione, quindi, è inevitabilmente accompagnata da errori
Come si fa, allora, a determinare il valore esatto di una grandezza?
Prima di tutto, quando affronti una misurazione, devi valutare preventivamente quale tipo di strumento ti permette la corretta rilevazione. Per esempio, la lunghezza della tua aula potrà essere circa 4-5 metri, e quindi per misurarla sarà meglio utilizzare un metro piuttosto che un righello. Inoltre, è bene ripetere più volte la misurazione e calcolare la media aritmetica (M) dei valori ottenuti. Il calcolo viene eseguito sommando i valori delle misurazioni e dividendo il risultato per il numero delle misurazioni stesse:
media aritmetica = somma dei valori numero delle misurazioni
In questo modo si cerca di limitare il più possibile il numero di errori, ma quello che ottieni è un valore approssimativo della misura cercata.
3 LA RELAZIONE DI LABORATORIO
Un esperimento non è ben realizzato se, una volta concluso, non contiene tutte le indicazioni necessarie affinché altri scienziati lo possano ripetere allo stesso modo. La relazione di laboratorio è lo strumento che ti permette la condivisione dei risultati. In questo corso, la sigla LAB STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics) indica che l’attività sperimentale proposta deve essere eseguita seguendo le fasi del metodo sperimentale e prevede una relazione di laboratorio finale. L’esempio che segue riguarda un esperimento sulla combustione effettuato applicando il metodo sperimentale. Ricorda! Prima di lavorare in laboratorio devi conoscere le norme di sicurezza e il comportamento da tenere perché non avvengano incidenti, non si provochino danni e l’ambiente non venga inquinato dalle sostanze che usi.
• il nome di chi esegue l’esperimento; la data di esecuzione permette di verificare a distanza di tempo se i risultati rimangono invariati oppure no;
• il titolo indica quale esperimento si esegue;
• l’osservazione del fenomeno e l’ipotesi che si vuole verificare;
La relazione di laboratorio
nome cognome
■ Titolo
Esperimento sulla combustione
■ Osservazione del fenomeno
data / /
Un falò, la fiamma del gas, una candela accesa sono esempi di combustione, il fenomeno grazie al quale una sostanza brucia. Quali sono le condizioni necessarie perché possa avvenire una combustione? Devono esserci un materiale in grado di bruciare (il combustibile) e qualcosa che permette la combustione (il comburente), cioè l’ossigeno.
Ho ipotizzato che la combustione possa avvenire solo in presenza di ossigeno, quindi posso prevedere che in mancanza di esso la combustione non è possibile.
• il materiale occorrente: elenca tutto ciò che serve per realizzare l’esperimento (possono essere anche oggetti di uso comune);
• il procedimento, cioè i vari momenti dell’esperienza descritti in modo dettagliato e preciso;
• la riflessione sui risultati raggiunti;
• gli eventuali problemi riscontrati e gli interventi fatti per risolverli.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
■ Materiale occorrente
• una candela
• un portacandele
• un accendino
• due vasi di vetro di dimensioni diverse, ma abbastanza grandi da contenere la candela e il portacandele
• un cronometro
■ Procedimento
1 Sistemo la candela sul portacandele. Accendo la candela e osservo la combustione per qualche istante.
2 Prendo il vaso più piccolo e lo capovolgo sopra la candela.
3 Faccio partire il cronometro e leggo il tempo che passa prima che la fiamma si spenga.
4. Riaccendo la candela e lascio avviare la combustione.
5. Prendo il vaso più grande e lo capovolgo sopra la candela.
6. Cronometro il tempo che passa prima che la fiamma si spenga.
7 Raccolgo i dati in una tabella.
contenitore 1 2
tempo
■ Commenti e conclusioni
L’esperimento ha dimostrato che la combustione avviene finché c’è ossigeno. Infatti, la fiamma dura di più quando si utilizza il vaso più grande, perché al suo interno rimane racchiusa una maggiore quantità di ossigeno.
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. La relazione di laboratorio si realizza dopo aver effettuato un esperimento.
2. Gli errori di misurazione dipendono solo dalla persona che la effettua.
3. Quando si esegue un esperimento non è necessario seguire sempre il metodo scientifico.
4. Gli esperimenti confermano sempre le ipotesi fatte.
VERSO LE COMPETENZE
Un esperimento di laboratorio ha richiesto di determinare la massa di un oggetto. I tre gruppi in cui è divisa la classe hanno effettuato cinque pesate ciascuno.
I risultati, espressi in grammi, sono i seguenti:
a. Qual è il valore più corretto della massa dell’oggetto?
b. Come lo hai determinato?
3 LEZIONE MISURARE LE GRANDEZZE : LUNGHEZZA , SUPERFICIE E VOLUME
LAB STEM
MISURA IL VOLUME DI UN OGGETTO
Per determinare la misura del volume di un oggetto di forma geometrica esistono delle specifiche regole matematiche, ma come si procede se si tratta di un oggetto di forma irregolare?
■ REALIZZA L’ESPERIMENTO
MATERIALI
• contenitore rettangolare in vetro o in plastica trasparente
• un mattone e un sasso
• bottiglia
• acqua
• righello
• calcolatrice
• carta e penna
altezza
lunghezza larghezza
PROCEDIMENTO
1. Con il righello misura gli spigoli del mattone: poiché ha la forma di parallelepipedo, il suo volume si calcola moltiplicando le misure di lunghezza, larghezza e altezza.
2. Usa la bottiglia per riempire d’acqua il contenitore, in modo che il livello dell’acqua superi di qualche centimetro l’altezza del mattone.
3. Con il righello misura l’altezza dell’acqua nel contenitore.
4. Immergi il mattone e, una volta che la superficie è di nuovo piana, misura l’altezza raggiunta dell’acqua e calcola la differenza tra le due misure.
5. Poiché il contenitore è un parallelepipedo, l’acqua al suo interno ha la stessa forma. Il volume del mattone è uguale al volume dell’acqua spostata e risulta dal prodotto di lunghezza, larghezza e altezza del dislivello dell’acqua. (Attenzione! Se le pareti del contenitore sono molto spesse devi considerare le misure interne.)
6. Ora immergi il sasso e determina il suo volume.
■ OSSERVA E RISPONDI
1. Compila la tabella e confronta i risultati: i valori sono gli stessi?
2. Puoi affermare che il metodo usato per determinare il volume di un oggetto di forma regolare può essere usato per valutare il volume di oggetti di qualsiasi forma?
3. Scrivi la relazione dell’esperimento.
1 MISURARE VUOL DIRE CONFRONTARE
Per esprimere i risultati di un esperimento o le caratteristiche di un oggetto in modo preciso e comprensibile a tutti, non possiamo fare affidamento sui nostri sensi: dobbiamo effettuare delle misurazioni. Tutti gli oggetti hanno delle caratteristiche che possono essere misurate e che possono essere espresse attraverso numeri: ad esempio la lunghezza e la temperatura.
Si definisce grandezza la caratteristica di un oggetto che si può misurare.
Per eseguire una misurazione è necessaria un’unità di misura, cioè una grandezza dello stesso tipo di quella che vogliamo misurare, che viene presa come riferimento e alla quale si dà il valore 1.
Misurare significa confrontare una grandezza con l’unità di misura scelta, per determinare quante volte l’unità di misura è contenuta in quella grandezza.
La misura della grandezza si esprime con un numero e con l’unità di misura scelta per misurarla.
2 IL SISTEMA INTERNAZIONALE DI UNITÀ DI MISURA
L’aumento degli scambi e delle informazioni tra le nazioni del mondo ha reso necessario adottare un sistema di unità di misura uguale per tutti i Paesi. Nel 1960 è entrato in vigore il Sistema Internazionale di unità di misura (abbreviato in SI). Esso definisce il nome, l’unità di misura e il simbolo di sette grandezze fondamentali indipendenti l’una dall’altra 1 Tab. :
• lunghezza
• massa
• tempo
• intensità di corrente elettrica
• temperatura
• intensità luminosa
• quantità di sostanza
Dalla combinazione delle sette unità fondamentali si ottengono le unità di misura delle grandezze derivate, come la velocità e il volume. Inoltre, tutte le unità di misura hanno multipli e sottomultipli. Se dobbiamo misurare grandezze “grandi” usiamo i multipli dell’unità di misura, se dobbiamo misurare grandezze “piccole” usiamo i sottomultipli. Multipli e sottomultipli sono espressi da un prefisso posto davanti al nome dell’unità di misura 2 Tab.
nome
Grandezze e misure
simbolo della grandezza unità di misura
simbolo dell’unità di misura
lunghezza L metro m massa m kilogrammo kg tempo t secondo s intensità di corrente elettrica I ampere A
temperatura T kelvin K intensità luminosa iL candela cd quantità di sostanza n mole mol
1 Tab. Le sette grandezze fondamentali del SI.
prefisso simbolo moltiplica l’unità di misura per
tera T 1 000 000 000 000 = 1012
giga G 1 000 000 000 = 109
mega M 1 000 000 = 106
kilo k 1000 = 103
etto h 100 = 102
deca da 10
deci d 0,1 = 10 –1
centi c 0,01 = 10 –2
milli m 0,001 = 10 –3
micro μ 0,000 001 = 10 –6
nano n 0,000 000 001 = 10 –9
pico p 0,000 000 000 001 = 10 –12
2 Tab. Multipli e sottomultipli.
1 Il righello permette di misurare la lunghezza.
2 Il teodolite (a) e il puntatore laser (b).
Per esprimere misure molto grandi o molto piccole è più semplice utilizzare la notazione scientifica ed esprimere il valore con le potenze di 10 anziché con lunghe sequenze di 0. Con la notazione scientifica:
• 10 si esprime come 101
• 1000 si esprime come 103
• 1 000 000 come 106.
Anche i numeri decimali si esprimono in questo modo, ma utilizzando potenze negative:
• 0,1 si esprime come 10–1
• 0,001 si esprime come 10–3
• 0,000001 si esprime come 10–6
3 GLI STRUMENTI DI MISURA
Per effettuare una misurazione occorre anche uno strumento di misura. Gli strumenti che usiamo devono essere adatti alla misura che vogliamo eseguire, cioè devono avere sensibilità e portata adeguati.
La sensibilità di uno strumento di misura corrisponde alla più piccola divisione della sua scala.
Ad esempio, per misurare le dimensioni di un libro, del banco o del cellulare sono adatti una squadra o un righello: questi strumenti hanno la scala divisa in centimetri e millimetri e permettono di compiere misurazioni sufficientemente accurate.
La portata di uno strumento di misura corrisponde al valore minimo e al valore massimo che esso può misurare.
Ad esempio, per determinare la lunghezza della tua aula puoi usare una rotella metrica, che ha una portata di 20 m. Effettuare la stessa misura con il righello, la cui portata è di circa 20-30 cm, è un’operazione difficoltosa e puoi facilmente commettere errori 1 .
4 MISURARE LA LUNGHEZZA
L’unità di misura della lunghezza è il metro (simbolo m).
In molti casi misurare direttamente una lunghezza non è possibile: come fa, ad esempio, un ingegnere a misurare la distanza tra le rive di un fiume per costruire un ponte? Gli strumenti per la misura di grandi distanze utilizzano la luce, che viaggia alla velocità di circa 300 000 km al secondo. Uno di questi strumenti è il teodolite. Il suo funzionamento si basa su un raggio di luce che viene proiettato verso uno specchio, collocato nel punto del quale si vuole misurare la distanza; lo specchio raccoglie il raggio di luce e lo rinvia allo strumento. Il teodolite registra il tempo di andata e ritorno del raggio di luce e lo trasforma in una misura di lunghezza. Sullo stesso funzionamento si basa il puntatore laser, uno strumento ormai molto diffuso, usato per misurare piccole lunghezze, come le dimensioni di una stanza. Il teodolite e il puntatore laser permettono una misurazione indiretta delle lunghezze 2
Una misura indiretta è ricavata con calcoli di altre grandezze di cui si ha la misura diretta.
5 MISURARE LA SUPERFICIE
Se devi misurare l’area del tuo banco non è sufficiente una misura lineare, perché una superficie è caratterizzata da due dimensioni.
L’unità di misura della superficie è il metro quadrato (m2), che corrisponde all’estensione di un quadrato il cui lato è lungo un metro.
Il metro quadrato è un’ unità di misura derivata dal metro. Anche del metro quadrato esistono multipli e sottomultipli. Nelle misure di superficie si passa da una unità alla successiva moltiplicando per 100, mentre per passare alla precedente si divide per 100.
6 MISURARE IL VOLUME
Gli oggetti occupano uno spazio: la misura associata allo spazio occupato è il volume. Per misurare il volume occorre fare un confronto con una unità di misura che delimiti uno spazio, cioè che abbia tre dimensioni.
L’unità di misura del volume è il metro cubo (m3), che corrisponde allo spazio occupato da un cubo i cui spigoli sono lunghi un metro.
Anche il metro cubo è un’unità di misura derivata dal metro. Nelle misure di volume si passa all’unità successiva moltiplicando per 1000, e alla precedente dividendo per 1000. Il volume delle sostanze liquide, come acqua, olio e vino, corrisponde allo spazio che possono occupare in un contenitore. Questa grandezza si chiama capacità Esiste una relazione tra le misure di capacità e quelle di volume 3 . Per verificarlo puoi eseguire questa prova. Procurati un contenitore cubico con gli spigoli di 10 cm = 1 dm: delimita uno spazio di 1 dm3. Riempilo completamente di acqua e poi versa il liquido in un contenitore graduato in litri: osserverai che vi hai versato 1 litro di acqua. Infatti: 1 litro = 1 dm3
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Abbina i termini con la definizione corretta.
1 Portata di uno strumento
2 Sistema Internazionale
3 Metro
1: 2: 3:
VERSO LE COMPETENZE
a Unità fondamentale di misura delle lunghezze.
3 La corrispondenza tra litro e decimetro cubo.
Misurare lunghezza, superficie e volume 1 dm
b Valore minimo e valore massimo che uno strumento può misurare.
c Sistema che definisce le grandezze fondamentali e le loro unità di misura.
Scrivi le seguenti misure di lunghezza utilizzando le potenze di 10 dell’unità fondamentale del SI.
- raggio di un atomo = 0,0000000000003 cm
- distanza di Plutone dal Sole = 5900 milioni di kilometri
- diametro di un globulo rosso = 7,7 millesimi di millimetro
- diametro della galassia di Andromeda = 220000 anni luce.
LEZIONE
MISURARE LE GRANDEZZE : MASSA , PESO E TEMPO
LAB STEM
MASSA E PESO NON SONO LA STESSA COSA!
Lo sanno bene gli astronauti, che all’interno delle navicelle spaziali sembrano fluttuare come se non avessero più peso. Eppure il loro corpo è lo stesso di quando si trovano sulla Terra...
Fai questo semplice esperimento per verificare la differenza tra la massa e il peso di un corpo.
■ REALIZZA L’ESPERIMENTO
MATERIALI
• bilancia digitale
• dinamometro
• oggetti diversi (una bottiglietta di acqua, una mela, un libro, una bibita in lattina...)
• alcuni sacchetti in plastica riciclabile
• carta e penna
• calcolatrice
PROCEDIMENTO
1. Metti la bottiglietta di acqua in un sacchetto, ponilo sulla bilancia e registra la misurazione.
2. Appendi il sacchetto con dentro la bottiglietta al gancio del dinamometro e registra la misurazione.
3. Ripeti la procedura per ognuno degli oggetti che hai a disposizione.
4. Dividi la misura di ogni oggetto registrata con il dinamometro per quella registrata con la bilancia.
5. Registra i dati in una tabella come questa.
■ OSSERVA E RISPONDI
Dopo aver eseguito l’esperimento, rispondi alle domande.
1. I due strumenti danno misurazioni uguali?
2. Quale strumento registra valori più alti?
3. Il rapporto tra le due misurazioni rimane costante?
4. Sai ipotizzare che cosa rappresenta questo rapporto?
5. Scrivi la relazione dell’esperimento.
bottiglietta
1 MISURARE LA MASSA
La massa è una delle grandezze del Sistema Internazionale e la sua unità di misura è il kilogrammo (kg).
La massa è definita come la quantità di materia che forma un corpo.
La massa di un corpo è costante, cioè resta invariata in qualsiasi punto della Terra la si misuri: infatti la quantità di materia che lo compone non cambia. Lo strumento per determinare la massa di un oggetto è la bilancia a bracci uguali, che misura la massa di un oggetto attraverso il confronto con masse campione 1
La bilancia a bracci uguali è formata da un’asta, libera di ruotare attorno a un punto, che alle estremità sostiene due piatti. Su un piatto si posa l’oggetto da pesare, sull’altro si mettono dei campioni di massa conosciuta. Quando le masse sui due piatti sono uguali, l’asta si dispone orizzontalmente e la bilancia è in equilibrio. Se la massa su un piatto è maggiore, il suo braccio è più in basso.
Come già visto per le lunghezze, anche nel caso della misura della massa sono di fondamentale importanza la portata e la sensibilità della bilancia. La scelta della bilancia dipende dalle caratteristiche dell’oggetto di cui si vuole determinare la massa: un orefice e un macellaio non usano strumenti con la stessa scala e anche la portata sarà certamente diversa.
1 La bilancia a bracci uguali.
Quanto più una bilancia è sensibile, tanto più la misura indicata sarà precisa, anche se non sempre è necessario tenerne conto: una differenza di un milligrammo in un oggetto d’oro, o in una preparazione farmaceutica, comporta delle conseguenze ben diverse rispetto alla differenza di un milligrammo in un taglio di carne!
2 MISURARE IL PESO
Nel linguaggio comune spesso si fa confusione tra “massa” e “peso”. Per esempio usiamo il kilogrammo come se fosse l’unità di misura del peso. Così, quando acquistiamo 1 kg di mele non stiamo comprando una massa, una quantità di mele pari a 1 kg, ma il peso delle mele (perché la bilancia del fruttivendolo misura il peso, non la massa) anche se, per comodità, lo esprimiamo con l’unità di misura della massa. Che cos’è allora il peso?
Tutti i corpi, qualunque sia la loro massa, subiscono gli effetti della forza di gravità, che è la forza con cui la Terra attira i corpi verso il proprio centro.
Il peso di un corpo è la misura della forza di gravità che agisce sul corpo.
SI DICE CHE…
Sulla Luna pesiamo di meno
A determinare il peso dei corpi sulla Terra è la forza di gravità, cioè la forza di attrazione esercitata dalla massa del pianeta. Sulla Luna, che ha una massa pari a 1/6 di quella terrestre, il peso si riduce ed è quindi 6 volte inferiore rispetto a quello terrestre. Una persona di 75 kg sulla Terra, peserebbe 12,5 kg sulla Luna!
2 Il dinamometro.
Mentre la massa di un corpo è costante, il peso cambia, anche se di poco, in base alla distanza del corpo dal centro della Terra: è maggiore ai Poli rispetto all’Equatore, ed è minore su una montagna rispetto al livello del mare.
Il peso si misura con uno strumento che si chiama dinamometro e la sua unità di misura è il newton (N) 2
Il dinamometro è formato da una molla posta all’interno di un cilindro graduato e dotata di un gancio per reggere il corpo di cui si vuole misurare il peso. Il peso del corpo determina un allungamento della molla; la scala graduata indica la misura del peso.
3 DENSITÀ E PESO SPECIFICO
Appoggiamo sui piatti di una bilancia una sfera di polistirolo e una sfera di legno delle stesse dimensioni. I due oggetti hanno lo stesso volume ma la posizione dei piatti della bilancia indica che le masse sono diverse: la sfera di legno ha una massa maggiore rispetto alla sfera di polistirolo. Possiamo dire che legno e polistirolo hanno diversa densità
La densità indica quanta massa è contenuta in un certo volume di una sostanza.
La densità è una misura indiretta e si ottiene dividendo la massa (m) di un corpo per il volume (V) che esso occupa:
1 Tab. Densità di alcune sostanze.
sostanza densità (g/cm3)
acqua 1
neve fresca 0,08-0,19
sughero 0,25
legno di abete 0,37
alcol etilico 0,79
olio d’oliva 0,9
burro 0,94
aria secca 0,0012
ossa 1,7-2,0
gesso 1,9
alluminio 2,7
ferro 7,86
argento 10,49
oro 19,25
L’unità di misura della densità è il kilogrammo per metro cubo (kg/m3), ma nell’uso quotidiano si preferisce usare il sottomultiplo grammi per centimetro cubo (g/cm3) o, in maniera equivalente, kilogrammi per decimetro cubo (kg/dm3).
La densità è una proprietà caratteristica di ciascuna sostanza 1 Tab. . I corpi con densità maggiore dell’acqua affondano, quelli con densità minore galleggiano 3 Una grandezza simile alla densità è il peso specifico, che mette in relazione il peso e il volume di una sostanza.
Il peso specifico indica quanto pesa un certo volume di una sostanza.
Anche il peso specifico è una misura indiretta e si calcola dividendo il peso (P) di un corpo per il volume (V) che esso occupa:
3 Un corpo galleggia se la sua densità è inferiore a quella dell’acqua.
densità sughero 0,25 g/cm3
densità acqua 1 g/cm3
densità ferro 7,86 g/cm3
4 MISURARE IL TEMPO
Il tempo è scandito dai movimenti della Terra e del suo satellite, la Luna.
Per esempio chiamiamo anno il tempo che la Terra impiega per compiere un’orbita completa intorno al Sole: la sua durata è circa 365 giorni e il suo trascorrere è segnato dall’alternarsi delle stagioni.
I mesi e le settimane invece sono determinati dai movimenti della Luna: la settimana è il tempo che intercorre fra due fasi lunari successive e il mese è il tempo che passa prima che la Luna si presenti nella stessa fase.
Il giorno è il tempo impiegato dal nostro pianeta per compiere un giro completo intorno al suo asse: è scandito dall’alternarsi di ore di luce e di buio ed è diviso in 24 ore
Queste suddivisioni, usate per realizzare i calendari, servono per organizzare la nostra esistenza ma non possono essere ritenute delle unità di misura.
L’unità di misura del tempo è il secondo (s).
Lo strumento per misurare il tempo è l’orologio, mentre il cronometro è usato per piccoli intervalli di tempo fino ai millesimi di secondo. 4
I sottomultipli del secondo seguono il sistema decimale: decimi di secondo, centesimi di secondo e millesimi di secondo. I suoi multipli, invece, seguono il sistema sessagesimale, cioè vanno di sessanta in sessanta: un minuto è formato da 60 secondi, un’ora è formata da 60 minuti.
L’ora è indicata dal simbolo h, iniziale del vocabolo latino hora
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Scegli la soluzione corretta.
1. La corretta misura del peso di un oggetto si ottiene utilizzando:
c è il rapporto tra la massa e il volume del corpo. d è uguale per ogni corpo.
1. Su un piatto di una bilancia c’è una massa di 1 kg, sull’altro ci sono 5 cubi uguali di legno. La bilancia è in equilibrio. Qual è la conclusione corretta?
a Ogni cubo ha massa di 1 kg.
b Ogni cubo ha massa di 200 g.
c La massa dei cubi dipende dal materiale.
d Non si può determinare la massa del cubo.
2. Appendi una sfera a un dinamometro e rileva l’allungamento della molla con un righello. Successivamente appendi una seconda sfera e rileva un allungamento doppio.
Che cosa deduci?
a La seconda sfera ha peso uguale alla prima.
b Le due sfere hanno la stessa massa.
Giustifica la tua risposta.
c La seconda sfera ha volume doppio di quello della prima.
d La seconda sfera ha peso doppio della prima.
5 LEZIONE LA RAPPRESENTAZIONE GRAFICA DEI DATI
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
Modelli scientifici
1 Una tabella a doppia entrata.
1
1. Perché nella ricerca scientifica si utilizzano dei modelli?
2. In quali occasioni è indispensabile l’uso di modelli?
3. È sempre possibile rispettare i rapporti in scala in un modello?
Motiva la tua risposta con un esempio.
4. Quale definizione puoi dare di modello scientifico?
5. Quali caratteristiche a tuo parere deve avere un modello scientifico?
TABELLE E RAPPRESENTAZIONI GRAFICHE
Nel corso degli esperimenti che gli scienziati svolgono, basati sull’osservazione di un fenomeno o sull’analisi di un modello scientifico, è raccolta una grande quantità di dati: questi devono essere accessibili ad altri, confrontabili e visualizzati in modo immediato. Per questo vengono organizzati in tabelle e rappresentati con grafici, che rendano chiaro il fenomeno studiato. Vediamo alcuni casi. L’insegnante ti propone di studiare il clima di una città e ti suggerisce di considerare la quantità di pioggia caduta nell’arco della settimana. Puoi organizzare i dati raccolti utilizzando una tabella a doppia entrata: la tabella 1 riporta i giorni e la quantità di pioggia, misurata in millimetri, caduta in una certa località.
L’ideogramma, come si intuisce dal nome, è una rappresentazione grafica che utilizza un disegno stilizzato o un simbolo che fa capire immediatamente a quale tipo di fenomeno si riferiscono i dati considerati. La lettura dei dati su un ideogramma però fornisce in genere valori approssimati. Nella tabella sono riportati i dati relativi ai milioni di ettari di copertura arborea che sono andati persi su tutta la Terra dal 2016 al 2021 2 . I dati permettono di costruire il relativo ideogramma. Il simbolo dell’albero corrisponde a due milioni di ettari di foreste distrutte dalla deforestazione.
2 La deforestazione, dalla tabella all’ideogramma.
I diagrammi a colonne, o ortogrammi, visualizzano i dati da rappresentare con una serie di rettangoli di uguale base e di altezza corrispondente al dato da visualizzare. Nella tabella sono riportati i dati di uno studio del 2000 del Ministero dell’Ambiente su alcune specie di vertebrati a rischio di estinzione in Italia 3
3 La biodiversità, dalla tabella all’ortogramma.
4 Uno studio meteorologico, dalla tabella all’istogramma.
L’istogramma è un diagramma formato da colonne costruite secondo i criteri dell’ortogramma. Le colonne però sono affiancate l’una all’altra perché rappresentano la variazione continua di una grandezza.
Nella tabella è riportata la quantità di pioggia, misurata in millimetri, caduta in una località italiana nel corso dell’anno 4
5 Temperatura media stagionale, dalla tabella al grafico cartesiano.
I grafici cartesiani, che utilizzano un sistema di assi cartesiani, si usano quando si vuole rappresentare la variazione di una grandezza (la variabile dipendente) rispetto a un’altra grandezza (la variabile indipendente). Si riportano sull’asse delle ordinate i valori della variabile dipendente e sull’asse delle ascisse quelli della variabile indipendente 5
Nella tabella sono riportati i dati relativi alla temperatura media stagionale registrata nel corso di un anno in una località della Campania.
Gli areogrammi, a torta o a quadretti, sono utilissimi per rappresentare dati in percentuale e, in tal caso, l’area del grafico (cerchio o quadrato) corrisponde al valore 100. In base agli avvistamenti degli ultimi anni di cetacei nell’area Pelagos, al largo di Genova, è stata costruita la tabella che riporta la distribuzione percentuale delle diverse specie rispetto al numero totale di cetacei. Dalla tabella è stato poi costruito l’areogramma 6
tursiope 21%
grampo 17%
globicefalo 28%
balenottera 15%
capodoglio 19%
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Il diagramma a colonne visualizza la quantità in grammi dei principi nutritivi (proteine, grassi e zuccheri) presenti in 100 g di alcuni alimenti.
6 Le rilevazioni dei cetacei al largo di Genova, dalla tabella all’areogramma. 28%
Per ogni alimento costruisci un areogramma che indichi le quantità percentuali dei principi nutritivi in esso contenuti.
carne formaggio pane mais
proteine grassi zuccheri
carne formaggio pane mais
RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI
CON LA MAPPA
1 Completa la mappa con le parole chiave mancanti. areogrammi – esperimento – Galileo Galilei – istogrammi – osservazione – previsione
2
si basa su una serie di fasi fu ideato da che sono organizzati in
3. del fenomeno
4. Formulazione di un’ipotesi
5. delle conseguenze
6. Realizzazione di un
7. Raccolta e analisi dei dati
8. Verifica dell’ipotesi iniziale
9. tabelle 10. rappresentazioni grafiche
Inserisci accanto a ogni definizione il numero che corrisponde alla parola chiave usata nella mappa.
a. Spiegazione razionale di un fenomeno osservato.
b. Metodo di indagine della realtà ideato da Galilei.
c. Rappresentazione di un fenomeno mediante simboli o disegni stilizzati.
d. Rappresentazione su assi cartesiani delle variazioni di una grandezza rispetto a un’altra.
1. IL METODO SCIENTIFICO
CON LA SINTESI
1 LEZIONE IL METODO SPERIMENTALE
Gli scienziati applicano in tutte le loro ricerche il metodo sperimentale o metodo scientifico, ideato da Galileo Galilei. Le fasi del metodo scientifico sono: osservazione di un fenomeno: si osserva con attenzione il fenomeno o l’oggetto di studio in tutti i suoi particolari; formulazione di un’ipotesi: si elabora una spiegazione razionale del fenomeno; elaborazione di previsioni: si ipotizzano una o più conseguenze che dipendono dall’ipotesi; realizzazione di un esperimento: si eseguono una serie di procedure per verificare le conseguenze dell’ipotesi; raccolta dei dati: si misurano le grandezze e si raccolgono i dati; conferma o abbandono dell’ipotesi: si valutano i risultati dell’esperimento.
Se i risultati degli esperimenti si ripetono con regolarità gli scienziati possono confermare le loro ipotesi e formulare una legge scientifica che in alcuni casi si può esprimere in linguaggio matematico.
2 LEZIONE FACCIAMO UN ESPERIMENTO
Per realizzare correttamente un esperimento occorre seguire le fasi del metodo sperimentale ed eseguire le misurazioni con gli strumenti di misura più adatti per ridurre il più possibile gli inevitabili errori.
Per determinare il valore vero di una grandezza occorre calcolare la media matematica M, sommando i valori delle misurazioni e dividendo il risultato per il numero delle misurazioni stesse. Una volta concluso, ogni esperimento deve contenere tutte le indicazioni necessarie affinché possa essere replicato da altri scienziati. La relazione di laboratorio è lo strumento che permette la condivisione dei risultati.
3 LEZIONE MISURARE LE GRANDEZZE: LUNGHEZZA, SUPERFICIE E VOLUME
Una grandezza è una caratteristica che può essere espressa numericamente. Il Sistema Internazionale di unità di misura, SI, stabilisce le sette grandezze fondamentali, le loro unità di misura e il simbolo: lunghezza, massa, tempo, intensità di corrente elettrica, temperatura, intensità luminosa, quantità di sostanza.
Caratteristiche degli strumenti di misura sono la sensibilità, che corrisponde alla più piccola divisione della scala di misurazione, e la portata, che corrisponde al valore massimo e al valore minimo che lo strumento può misurare.
La lunghezza di un oggetto si ottiene confrontandola con l’unità di misura, il metro (m). L’unità di misura della superficie è il metro quadrato (m2), che corrisponde all’estensione di un quadrato il cui lato è lungo un metro.
L’unità di misura del volume è il metro cubo (m3), che corrisponde allo spazio occupato da un cubo i cui spigoli sono lunghi un metro. Il volume delle sostanze liquide, detto capacità, corrisponde allo spazio che esse occupano in un contenitore. L’unità di misura della capacità è il litro (l).
4 LEZIONE MISURARE LE GRANDEZZE: MASSA, PESO E TEMPO
La massa è la quantità di materia che forma un corpo, è una delle grandezze del SI e la sua unità di misura è il kilogrammo (kg).
Lo strumento che misura la massa di un corpo è la bilancia a bracci uguali. Il peso di un corpo è la misura della forza di gravità che agisce su di esso. Si rileva con il dinamometro e la sua unità di misura è il newton (N).
La densità è una grandezza derivata che indica quanta massa è contenuta in un certo volume di una sostanza. Il peso specifico è una grandezza derivata che indica quanto pesa un certo volume di sostanza. Il tempo si misura con l’orologio o il cronometro e la sua unità di misura è il secondo (s).
5
LEZIONE LA RAPPRESENTAZIONE GRAFICA DEI DATI
I dati raccolti negli esperimenti sono inseriti in tabelle e visualizzati mediante rappresentazioni grafiche: l’ideogramma utilizza un disegno stilizzato o un simbolo per rappresentare un fenomeno; il diagramma a colonne, o ortogramma, è formato da rettangoli che hanno base uguale e altezza corrispondente al valore da rappresentare; l’istogramma è formato da colonne affiancate l’una all’altra e si usa quando i dati da rappresentare indicano la variazione continua di una grandezza; i grafici cartesiani rappresentano due grandezze in relazione tra loro; l’areogramma è usato per rappresentare i dati espressi in percentuale.
1 LEZIONE IL METODO SPERIMENTALE
1 Sottolinea i termini errati presenti nelle frasi seguenti.
a. Le fasi iniziali della ricerca scientifica sono la descrizione di un fenomeno e la formulazione di una teoria
b. Durante un fenomeno si effettuano valutazioni per mezzo di strumenti.
2 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. L’osservazione di un fenomeno è la prima fase del metodo sperimentale.
b. Un’ipotesi è sempre confermata da un esperimento.
c. Il metodo sperimentale è stato ideato da Leonardo da Vinci.
d. Il metodo sperimentale si applica solo all’osservazione di fenomeni naturali.
3 Metti in ordine corretto le fasi del metodo sperimentale.
a. Formulazione dell’ipotesi.
b. Raccolta dei dati.
c. Conferma dell’ipotesi
d. Osservazione del fenomeno.
e. Previsione delle conseguenze.
f. Realizzazione di un esperimento.
1: 2: 3: 4: 5: 6:
2 LEZIONE FACCIAMO UN ESPERIMENTO
4 Scegli la soluzione corretta.
Quale tra le seguenti azioni non è caratteristica di un esperimento?
1 Eseguire osservazioni accurate
2 Formulare un’unica previsione
3 Raccogliere i dati in modo accurato
4 Stendere una relazione
5 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. Ogni misura è accompagnata da errori.
b. Gli errori in una misura non dipendono dallo strumento utilizzato.
c. Il valore più corretto di una misura è la media di più rilevazioni.
d. Per rilevare lo spessore di un foglio è più opportuno usare il righello per limitare gli errori di misurazione.
6 Scegli la soluzione corretta.
La tabella riporta la quantità di precipitazione (mm) annua in alcune località italiane.
La media complessiva dei millimetri di pioggia caduti è: 1 915 2 710
3 LEZIONE MISURARE LE GRANDEZZE: LUNGHEZZA, SUPERFICIE E VOLUME
7 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. Il Sistema Internazionale raggruppa le grandezze fondamentali.
b. Una grandezza è una caratteristica di un oggetto che si può misurare.
c. Il m3 e il litro sono unità di misura della lunghezza.
d. Il colore di un fiore è una grandezza.
8 Scegli la soluzione corretta.
a. Quale delle seguenti unità di misura non appartiene al SI? 1 Il metro 2 Il kilogrammo
b. Una corretta misura della lunghezza si ottiene utilizzando:
1 il cronometro. 2 la bilancia. 3 il metro. 4 la spanna.
9 Abbina la definizione con il termine corretto.
1. Sensibilità
2. Portata
3. Grandezza
4. Strumento di misura
a Oggetto utilizzato per misurare una grandezza.
b La più piccola divisione della scala di uno strumento.
c Valore massimo e valore minimo che si possono misurare con uno strumento.
d Caratteristica di un oggetto che può essere misurata.
4 LEZIONE MISURARE LE GRANDEZZE: MASSA, PESO E TEMPO
10 Sottolinea il termine corretto tra i due proposti.
a. L’unità di misura della massa è il newton/ kilogrammo
b. La densità è il prodotto/rapporto di massa e volume.
c. L’unità di misura del tempo è l’ora/il secondo.
d. Il peso/la massa è la misura della forza di gravità che agisce su un corpo.
11 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. La quantità di materia che costituisce un corpo si chiama massa.
b. Il dinamometro è lo strumento che misura la massa di un corpo.
c. I multipli del secondo seguono il sistema decimale.
d. L’orologio e il cronometro sono due strumenti di misura del tempo.
12 Scegli la soluzione corretta.
Che cosa rappresenta questo disegno?
densità sughero
0,25 g/cm3
densità acqua 1 g/cm3
densità ferro
7,86 g/cm3
1 La differenza di massa tra il tappo di sughero e la sfera di ferro.
2 La differenza di peso tra i due oggetti.
3 La differenza di densità tra i due oggetti.
4 La differenza di peso specifico tra i due oggetti.
5 LEZIONE LA RAPPRESENTAZIONE GRAFICA DEI DATI
13 Scegli la soluzione corretta.
a. Devi visualizzare con un grafico i dati relativi alle temperature massime che hai registrato la scorsa settimana. Che cosa utilizzi?
1 Un istogramma.
2 Un ideogramma.
3 Un areogramma.
4 Un grafico cartesiano.
b. Il punto rosso del grafico cartesiano corrisponde al punto:
1 A = (4, 2)
2 B = (3, 1)
3 C = (2, 4)
4 D = (4, 3)
1. 2. 3. 4.
METTI ALLA PROVA LE TUE COMPETENZE
TRARRE INFORMAZIONI DA UN’IMMAGINE
1 Osserva le immagini.
a. Scrivi il nome di questi due strumenti.
b. Quale utilizzi per determinare il peso di un oggetto?
2 Individua il tipo di rappresentazione grafica di ogni figura. Per ciascuna di esse indica a quale fenomeno osservato si riferisce.
pr oduzione (milioni di tonne ll ate)
a. Rappresentazione grafica
Fenomeno osservato
b. Rappresentazione grafica
Fenomeno osservato
giovedì venerdì sabato domenica
c. Rappresentazione grafica
Fenomeno osservato
APPLICARE CONOSCENZE MATEMATICHE
3 Scegli la soluzione corretta.
a. L’attività sportiva è indispensabile per un corretto sviluppo corporeo. Dopo un’indagine, l’insegnante ha rappresentato con un areogramma a quadretti le percentuali relative agli sport praticati dai suoi 25 alunni.
I ragazzi che giocano a basket sono rappresentati da 12 quadretti: che cosa significa?
1 12 ragazzi giocano a basket.
2 I ragazzi che giocano a basket sono 1/12 del totale.
3 I ragazzi che giocano sono basket sono il 12%.
4 La differenza tra 25 e 12 rappresenta i ragazzi che giocano a basket.
4 Completa le seguenti uguaglianze.
a. 4,715 km = m = dm = dam
b. 15,824 m3 = cm3 = dm3
c. 123 dal = dl = ml
d. 1,96 hg = mg = kg
INTERPRETARE TABELLE E COSTRUIRE GRAFICI
5 La tabella mostra le letture preferite da un gruppo di ragazzi: rappresentale con un areogramma.
7 Leggi il brano.
APPRENDISTI STREGONI
La mia generazione ha attraversato praticamente tutto questo secolo, drammatico per guerre e rivoluzioni, ma anche entusiasmante per gli enormi progressi della scienza e della tecnologia. Sono avvenute più scoperte in questi cent’anni che nei venti secoli precedenti, e le radici di questi profondi mutamenti le troviamo nel 1500 con Copernico, nel 1600 con Galileo, Keplero e poi con Newton. […] È stato il secolo della conquista dello spazio, dell’uomo sulla Luna, dell’avverarsi delle fantasie di Verne e di Wells. Siamo passati dalle carrozze a cavalli ai Concorde, dal giro del mondo in ottanta giorni a quello in venti ore. È stato il secolo dei progressi della medicina e della biologia, dei trapianti, delle madri ultrasessantenni, delle clonazioni.
6 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. La temperatura minima è stata registrata alle 4.
b. Alle 10 e alle 18 è stata registrata la stessa temperatura.
c. Tra le 12 e le 16 la temperatura è rimasta costante.
d. La temperatura registrata alle ore 10 è stata di 14°.
Siamo apprendisti stregoni che potranno fare un gran bene a tutti i viventi o addirittura distruggere il pianeta.
(M. Hack, L’amica delle stelle, BUR)
Rispondi alle domande. Svolgi l’attività proposta, da solo o insieme ai tuoi compagni.
a. Sulla base delle informazioni che ricavi dal testo, a quale secolo si riferisce l’autrice?
b. Quali sono gli eventi scientifici più importanti che si sono verificati?
c. Chi sono i personaggi famosi citati?
Sulla base delle tue conoscenze, sono tutti scienziati?
d. Perché, secondo te, l’autrice definisce gli scienziati “apprendisti stregoni”?
DIGITAL SKILLS
Ricerca informazioni in rete sulla scienziata Margherita Hack, sulla sua vita e sulla sua attività di astrofisica.
CLIL THE ISS INTERNATIONAL SPACE STATION
Among the teams of scientists who have carried out research on the ISS International Space Station, there are five Italians: Paolo Nespoli, Umberto Guidoni, Samantha Cristoforetti, Luca Parmitano and Roberto Vittori. In the images and videos sent back to Earth we can see the astronauts floating inside the laboratories and in the other environments of the ISS. They appear to be weightless! Yet their bodies were the same as when they were on Earth In fact, when we move away from the Earth at the rotation altitude of the Space Station, that is about 400 km away from the Earth, it is not the mass of the bodies that changes, but it is their weight that changes. Their weight changes due to the effects of the force of attraction exerted by our planet. At this altitude, the ISS is still affected by the Earth’s gravity, but in relation to the distance, the gravity decreases by about 1/10. This causes a reduction in the weight of the vehicle and everything it contains.
Quando parliamo di materie prime indichiamo tutti quei materiali che ricaviamo dallo sfruttamento delle risorse naturali per la produzione di una grande varietà di beni. Le materie prime possono essere di origine agricola, come legno, fibre naturali, oli vegetali, e di origine mineraria, come ferro, rame, carbone e petrolio. Le lavorazioni e i processi industriali che trasformano le materie prime in prodotti lasciano dietro di sé grandi quantità di rifiuti di diverso tipo che rappresentano un grave problema per l’ambiente. Nell’ambito dell’economia circolare, tuttavia, i rifiuti possono diventare una preziosa fonte di materie prime seconde (mps): si tratta di scarti di produzione o di materiali derivanti da processi di riciclo che possono essere immessi sul mercato come nuove materie prime. È il caso delle bucce di arance, uno scarto prodotto in grandi quantità dall’industria agroalimentare. Dalla lavorazione delle bucce e dei resti degli agrumi si possono ottenere pannelli termoisolanti ecosostenibili, cellulosa per realizzare oggetti per la casa del tutto riciclabili e persino tessuti pregiati, come l’Orange fiber, entrata nella produzione anche dei capi di alta moda.
Parole per capire
Economia circolare • Il termine indica un modello di produzione che comprende le attività che hanno come scopo la manutenzione e il riutilizzo dei beni di consumo già esistenti e il recupero delle materie prime.
Ecosostenibile • L’aggettivo si usa per indicare oggetti, attività, processi che tengono conto della salvaguardia dell’ambiente e della conservazione del pianeta per le generazioni future.
Cellulosa • È uno zucchero complesso, prodotto dai vegetali, che compone le pareti delle loro cellule. Costituisce un’importante materia prima impiegata soprattutto per la produzione della carta e delle fibre tessili.
1 LEZIONE LA MATERIA E LE SUE CARATTERISTICHE
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
Pic-nic nel parco
1 Caratteristiche della materia.
La ragazza è un corpo, perciò ha un’estensione e possiede un volume.
Un cubetto di ghiaccio immerso in un bicchiere colmo fa traboccare l’acqua perché l’acqua è impenetrabile.
1. Di che cosa è fatto il nostro corpo e tutto ciò che ci circonda?
2. Come si può definire la materia?
3. Che differenza esiste tra la materia che forma il nostro corpo e quella che compone l’aria o l’acqua?
4. Da dove deriva la parola “materia”? Che cosa pensi del significato di questa parola?
ORA FERMA L’IMMAGINE!
Metti in pausa il video nei seguenti punti.
5. Spiega quale tipo di atomo è rappresentato e che cosa lo lega agli organismi illustrati.
1 LA MATERIA FORMA TUTTO QUELLO CHE CI CIRCONDA
Tutto ciò che esiste intorno a noi è fatto di materia: i pianeti e le stelle, l’acqua e le rocce, il nostro corpo e gli oggetti prodotti dall’uomo sono fatti di materia; anche l’aria è formata da materia, nonostante sia invisibile.
La materia è tutto ciò che occupa uno spazio e ha una massa. Una porzione limitata di materia è un corpo.
I corpi presentano alcune caratteristiche in comune 1 :
• hanno un’estensione: infatti occupano uno spazio e possiedono un determinato volume;
• sono impenetrabili: lo spazio occupato da un corpo non può essere contemporaneamente occupato da un altro;
• sono divisibili: un corpo, cioè, può essere suddiviso in parti più piccole.
Una mela intera e la stessa mela tagliata a pezzetti hanno la stessa massa, come rileva la bilancia: è cambiata la forma ma non la quantità di materia.
2 LA MATERIA POSSIEDE PROPRIETÀ FISICHE E CHIMICHE
La materia possiede delle proprietà fisiche che puoi facilmente osservare, per esempio il colore, la durezza, la densità e la viscosità, cioè la resistenza allo scorrimento 2 . Altre proprietà fisiche sono la conducibilità termica e la conducibilità elettrica: indicano rispettivamente la capacità dei materiali di condurre calore ed elettricità.
I gessi si rompono facilmente, si sbriciolano e sono di colori differenti.
L’acqua è poco densa e poco viscosa, scorre con estrema facilità, anche quando la pendenza è scarsa.
Il diamante è il minerale più duro che si conosca. Le macchine che scavano i tunnel, per esempio, hanno lame ricoperte di diamante.
2 Caratteristiche fisiche a confronto.
Il miele è denso e viscoso, scorre con difficoltà.
La materia possiede anche delle proprietà chimiche, che caratterizzano il suo comportamento e le sue trasformazioni.
La reattività, per esempio, indica la tendenza di un materiale a combinarsi con altri tipi di materia. Il ferro è un materiale reattivo: in presenza di umidità reagisce facilmente con l’ossigeno atmosferico dando origine alla ruggine 3
L’infiammabilità è la tendenza a reagire con l’ossigeno dell’atmosfera: quando un oggetto brucia, reagisce con l’ossigeno, sviluppa calore e cambia la sua composizione. L’alcol è altamente infiammabile: per ragioni di sicurezza le bottiglie contenenti alcol riportano sull’etichetta i simboli di rischio che avvertono della sua pericolosità.
3 Reattività a contatto con l’aria.
SI DICE CHE…
Bere l’alcol per disinfettare è pericoloso per la salute!
L’alcol per disinfettare contiene etanolo, lo stesso tipo di alcol che contengono vino, birra e liquori. L’alcol denaturato, tuttavia, è una sostanza tossica anche se assunta in piccole quantità. Conosciuto come “alcol rosa”, l’alcol denaturato è il risultato della lavorazione dell’alcol etilico con additivi chimici di varia natura e l’aggiunta di altri tipi di alcol e solventi. Al prodotto è aggiunto il Reactive Red 24, un colorante rosso/rosa, che permette a chiunque di distinguere l’alcol denaturato da quello commestibile.
Basicità e acidità.
Altre proprietà chimiche sono la basicità e l’acidità, che esprimono il comportamento di un certo tipo di materia quando viene disciolto in acqua 4
Lo yogurt ha un sapore aspro per la presenza di acido lattico.
I detergenti hanno proprietà basiche grazie alle quali aggrediscono i grassi e li eliminano con il lavaggio.
3 LA MATERIA SI PRESENTA IN DIVERSE FORME CHIAMATE SOSTANZE
Ogni “tipo di materia” è chiamato sostanza. Il legno del banco, la ceramica del piatto o l’acciaio delle forbici sono sostanze. 5
Una sostanza è un tipo di materia con delle proprietà specifiche che la distinguono da tutte le altre.
5 Le sostanze sono tipi diversi di materia.
Sono sostanze naturali quelle che si trovano in natura, per esempio l’acqua, il legno e la roccia, mentre sono sostanze sintetiche quelle preparate dagli uomini, come le materie plastiche e i medicinali. Più in generale, parliamo di materiali, cioè insiemi di sostanze che hanno in comune la destinazione a svolgere un’unica funzione, come per esempio i materiali ceramici, usati per fabbricare piatti e stoviglie. Negli ultimi anni si presta sempre più attenzione alle sostanze biodegradabili, che vengono degradate da organismi presenti nell’ambiente e non inquinano, e a quelle biocompostabili, che vengono raccolte insieme ai rifiuti e costituiscono la biomassa.
Anche per i corpi possiamo fare delle distinzioni e suddividerli in due categorie: i corpi omogenei e i corpi eterogenei.
• I corpi omogenei sono formati da una sola sostanza; una lattina, una scatola, un mattone sono corpi omogenei, formati rispettivamente da alluminio, cartone e argilla 6 a
• i corpi eterogenei sono formati da più sostanze; una valigia, un computer, il nostro stesso corpo sono eterogenei 6 b
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. La materia occupa uno spazio.
2. I corpi sono porzioni limitate di materia.
a. Una bottiglia di vetro è un corpo omogeneo formato da una sola sostanza, il vetro.
b. Le scarpe da ginnastica sono un corpo eterogeneo, costituito da sostanze diverse.
6 Corpi omogenei e corpi eterogenei.
3. La viscosità è una proprietà chimica della materia.
4. La reattività è una proprietà chimica della materia.
Sottolinea il termine corretto tra i due proposti.
1. La reattività/l’infiammabilità è la capacità di una sostanza di combinarsi con altri materiali.
2. Una sostanza naturale/sintetica è prodotta in laboratorio.
3. Un corpo omogeneo/eterogeneo è formato da un’unica sostanza.
4. Il colore è una proprietà fisica/chimica della materia.
VERSO LE COMPETENZE
Fai un inventario degli oggetti che vedi nella tua aula. Per ognuno riconosci se è fatto da una o più sostanze e se è naturale o sintetico. Riporta le tue considerazioni in una tabella come quella proposta. Segui l’esempio.
2 LEZIONE LA COMPOSIZIONE DELLA MATERIA
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
Separare i miscugli
1 Le barrette di ferro e la mina della matita sono costituite da due diversi tipi di atomi.
atomi di ferro
1. Quale caratteristica fisica della materia è alla base del processo di decantazione?
2. Quale metodo si usa per separare i componenti dell’acqua salata?
3. Come funziona una centrifuga?
4. Come funziona la mascherina che dobbiamo indossare per proteggerci dalle infezioni?
Metti in pausa il video nel seguente punto.
5. Descrivi sul quaderno il metodo di separazione rappresentato e fai degli esempi di applicazione.
1 LA MATERIA È FORMATA DA ATOMI
Già nel VII secolo a.C., i filosofi greci si erano posti delle domande sulla struttura della materia. Democrito (460-370 a.C.), per esempio, aveva ipotizzato che la materia fosse costituita da parti piccolissime e indivisibili, diverse per dimensione e forma e in continuo movimento. Le aveva chiamate atomi, che significa “particelle indivisibili”. Questa ipotesi, dimenticata per molti secoli, è stata riscoperta nell’Ottocento. Grazie ai risultati del metodo sperimentale, la scienza ha elaborato un modello della materia basato sull’esistenza degli atomi e ha formulato la teoria atomica.
I punti principali della teoria atomica sono:
• la materia è costituita da atomi;
• gli atomi di uno stesso tipo sono uguali e hanno la stessa massa;
• gli atomi sono diversamente disposti all’interno della materia.
Immaginiamo di frantumare una barretta di ferro in pezzi via via sempre più piccoli, fino a ottenere minuscole particelle di ferro, invisibili a occhio nudo: a quel punto abbiamo ottenuto degli atomi di ferro. Se invece sbricioliamo in parti piccolissime la mina di una matita, le particelle che otteniamo sono anch’esse atomi, ma di tipo diverso: sono atomi di carbonio, che presentano caratteristiche ben definite e diverse dagli atomi di ferro 1 .
ORA FERMA L’IMMAGINE!
atomi di carbonio
Gli atomi sono particelle microscopiche di materia con caratteristiche ben definite.
In natura esistono 92 tipi di atomi differenti, ciascuno con caratteristiche specifiche, contraddistinto da un nome e da un simbolo: per esempio, il simbolo dell’atomo di cloro è Cl e il simbolo dell’atomo di sodio è Na; l’atomo di ferro ha simbolo Fe, l’atomo di carbonio ha simbolo C, l’atomo di idrogeno H e quello di ossigeno O.
Poiché la struttura microscopica della materia non è osservabile né misurabile direttamente, la teoria atomica è stata elaborata avvalendosi anche di prove sperimentali indirette.
2 DAGLI ATOMI ALLE MOLECOLE
Due o più atomi possono legarsi tra loro e formare altre strutture chiamate molecole
Le molecole possono essere formate da uno o più atomi uguali oppure da atomi diversi: per esempio, la molecola di ossigeno è formata da due atomi di ossigeno, mentre la molecola dell’acqua è formata da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno 2
La molecola è la più piccola parte di una sostanza che mantiene le proprietà della sostanza stessa.
Le molecole, legandosi tra loro, formano le sostanze di cui è composta la materia.
3 LE SOSTANZE POSSONO ESSERE SEMPLICI O COMPOSTE
Le sostanze possono essere formate da molecole o atomi dello stesso tipo, oppure da molecole costituite da atomi differenti.
Le sostanze semplici sono costituite da molecole o da atomi dello stesso tipo.
Le sostanze semplici non possono essere ulteriormente scomposte e sono chiamate elementi. A ogni elemento corrisponde un certo tipo di atomo. Riprendendo gli esempi precedenti, sono elementi il ferro che forma la barretta e il carbonio della mina della matita. Anche il rame è un elemento e non può essere scomposto in una sostanza più semplice 3
La scoperta di alcuni elementi è stata importantissima per la storia dell’umanità: il ferro ha segnato la prima tappa evolutiva dei nostri antenati; per molto tempo il valore delle monete è stato legato all’oro o all’argento con il quale erano coniate. Le sostanze semplici rappresentano una piccola parte della grande varietà di sostanze esistenti.
La maggior parte delle sostanze, naturali o sintetiche, sono composte, cioè sono costituite da molecole formate da atomi di diverso tipo.
Le sostanze composte, o composti, sono costituite da molecole formate da atomi diversi.
Per indicare un composto si usa una formula chimica, in cui compaiono i simboli degli elementi che lo costituiscono. Esempi di composti sono l’acqua e l’anidride carbonica: l’acqua è indicata con la formula H2O, l’anidride carbonica con la formula CO2.
2 Una molecola di ossigeno (a) e una di acqua (b).
ossigeno
di idrogeno
3 Il rame è impiegato per fabbricare cavi elettrici per la sua ottima conducibilità elettrica. molecola biatomica ossig
U05
4
Il sale da cucina, chiamato cloruro di sodio, è una sostanza composta costituita da due elementi: il cloro (Cl) e il sodio (Na).
A differenza degli elementi, i composti possono essere suddivisi in sostanze più semplici 4 . Per esempio, usando energia elettrica è possibile scomporre la molecola di acqua e ottenere un atomo di idrogeno e due atomi di ossigeno.
5 Il granito è un esempio di miscuglio eterogeneo in cui le componenti sono visibili a occhio nudo.
6 Il latte è un esempio di miscuglio eterogeneo in cui le componenti sono visibili solo al microscopio.
Anche l’anidride carbonica, presente nell’aria, può essere scomposta in ossigeno e carbonio, ma occorre una grande quantità di energia. In natura la scomposizione dell’anidride carbonica è compiuta dai vegetali per svolgere la fotosintesi.
4 I MISCUGLI
In natura, gli elementi e i composti si presentano raramente da soli. Nella maggior parte dei casi infatti si mescolano tra loro e formano dei miscugli Esistono due tipi di miscugli: i miscugli eterogenei e i miscugli omogenei.
In un miscuglio eterogeneo le sostanze che lo compongono sono distinguibili a occhio nudo (o mediante un microscopio) e separabili con procedimenti fisici.
Inoltre, la composizione di un miscuglio eterogeneo è diversa nelle varie parti del miscuglio.
Le sostanze che compongono un miscuglio eterogeneo mantengono inalterate le loro caratteristiche; per questo un miscuglio eterogeneo possiede le proprietà di tutte le sostanze che lo formano, anche se variano da un punto all’altro del miscuglio. Un esempio di miscuglio eterogeneo è una roccia come il granito: anche a occhio nudo si riconoscono i minerali che lo formano 5 . Altre volte, invece, i vari componenti di un miscuglio eterogeneo non sono distinguibili a occhio nudo. È il caso della maionese, della nebbia e del latte 6 .
In un miscuglio omogeneo le sostanze che lo compongono non si possono distinguere in alcun modo tra loro.
Nei miscugli omogenei i singoli componenti sono così profondamente miscelati da non essere distinguibili neanche al microscopio. Inoltre, a differenza di un miscuglio eterogeneo, un miscuglio omogeneo ha la stessa composizione e le stesse proprietà in ogni suo punto.
Sale d’Italia
Cl Na
Sono miscugli omogenei il vino, il tè e l’acqua, sia quella del mare sia quella dolce. I miscugli omogenei sono chiamati anche soluzioni
In una soluzione, la sostanza presente in quantità maggiore è chiamata solvente; la sostanza presente in quantità minore è detta soluto I miscugli
Puoi creare una soluzione versando dell’inchiostro in un bicchiere contenente acqua. Agita il bicchiere: acqua e inchiostro si mischiano e, anche se lasci riposare il miscuglio, i componenti non si separano.
In natura esistono molti tipi di soluzioni, come l’acqua del mare: il solvente è l’acqua e i soluti sono i sali in essa disciolti. Anche l’aria è una soluzione: il solvente è l’azoto gassoso e i soluti sono gli altri gas, come ossigeno, anidride carbonica e vapore acqueo.
Le soluzioni artificiali sono utilizzate nella vita di tutti i giorni: un esempio sono le bevande in cui il solvente è l’acqua e i soluti sono lo zucchero, i coloranti, gli aromi; oppure i diversi tipi di detergenti usati per le pulizie domestiche.
Le soluzioni possono essere anche solide, come nel caso delle leghe metalliche. Ne sono esempi l’acciaio e l’ottone: l’acciaio si ottiene mescolando ferro e carbonio, l’ottone mescolando rame e zinco.
Acciaio e ottone hanno proprietà differenti da quelle delle sostanze di partenza.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. L’atomo è la parte più piccola della materia.
SI DICE CHE…
L’acqua potabile è pura
Anche la migliore acqua in bottiglia contiene sempre una certa quantità di sostanze minerali disciolte e, pertanto, non è pura. Per ottenere acqua pura, cioè formata solo da molecole d’acqua, si ricorre a processi fisici che permettono di rimuovere sali minerali, gas e altre sostanze.
L’acqua così ottenuta è chiamata “acqua distillata”. Ma, attenzione! L’acqua distillata non disseta, a differenza dell’acqua potabile che toglie la sete proprio grazie ai sali minerali che contiene.
2. La molecola di una sostanza non ne conserva le caratteristiche.
3. In un miscuglio omogeneo è possibile distinguere i componenti.
4. Per indicare un composto si usa la formula chimica.
VERSO LE COMPETENZE
Esegui l’esperimento.
Materiali
� uguali quantità delle seguenti sostanze: acqua, latte, sabbia, ghiaia, limatura di ferro e olio
� bicchieri di carta
Esecuzione
1. Mescola a due a due uguali quantità delle sostanze che hai a disposizione fino a esaurire le possibili coppie.
Osserva e rispondi.
1. In quali casi ottieni dei miscugli omogenei?
2. Quando ottieni dei miscugli eterogenei?
3. Che cosa osservi se, dopo aver mescolato le sostanze, le lasci riposare per 10 minuti?
3 LEZIONE GLI STATI FISICI DELLA MATERIA
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
Gli stati d’aggregazione dell’acqua
1. In quali condizioni si trovano le particelle quando l’acqua è solida?
2. A quale temperatura l’acqua si trova allo stato solido?
3. Quali sono le caratteristiche fisiche dell’acqua allo stato liquido?
4. Come si muovono le particelle nell’acqua liquida? Che cosa cambia rispetto allo stato solido?
5. In quale stato di aggregazione le particelle si muovono più velocemente?
6. Secondo te esiste una relazione tra i movimenti delle particelle e la temperatura?
1 SOLIDI, LIQUIDI E AERIFORMI
I tre aspetti che la materia può assumere sono chiamati stati fisici o stati di aggregazione: sono lo stato solido, lo stato liquido e lo stato aeriforme.
Le sostanze allo stato aeriforme possono essere gas o vapori. Si parla di gas quando le sostanze esistono normalmente solo allo stato aeriforme, come l’ossigeno, l’elio, l’anidride carbonica e il metano. I vapori invece derivano da sostanze solide o liquide, come ad esempio la naftalina e l’acqua. La stessa sostanza può presentarsi in stati fisici diversi. L’acqua, per esempio, si presenta sotto forma di ghiaccio (stato solido), di acqua liquida (stato liquido) e di vapore acqueo (stato aeriforme) 1 .
1 Ghiaccio, acqua liquida e vapore acqueo sono costituiti dalle stesse molecole d’acqua. Ciò che cambia è il modo in cui le molecole sono aggregate.
Dall’esperienza comune sappiamo che si tratta sempre della stessa sostanza. Infatti, se togliamo dal freezer un cubetto di ghiaccio e lo lasciamo a temperatura ambiente, dopo pochi minuti fonde e diventa liquido. Se poi versiamo l’acqua in un pentolino e la riscaldiamo sopra un fornello acceso, dopo un po’ di tempo vediamo che incomincia a muoversi, bolle e diventa vapore. Come l’acqua, tutte le sostanze possono mutare il loro stato fisico al variare della temperatura.
Perché la materia si può presentare in diversi stati fisici? Le molecole che formano le sostanze non sono ferme, ma si muovono in modo continuo e disordinato. Questo movimento invisibile è chiamato agitazione termica. Nello stesso tempo, però, le molecole, pur essendo in movimento, non si allontanano le une dalle altre perché sono tenute assieme dalle forze di coesione
La combinazione delle forze di coesione e dell’agitazione termica determina le caratteristiche e le proprietà dei tre stati fisici della materia 2
• Le elevate forze di coesione presenti nei solidi impediscono alle molecole di allontanarsi e le mantengono in posizioni fisse, consentendo loro di fare solo piccole oscillazioni intorno alla propria posizione. L’agitazione termica nei solidi è quindi minima.
• In un liquido le molecole sono molto vicine tra loro, ma possono muoversi perché le forze di coesione sono meno intense di quelle presenti nei solidi. Le molecole possono scorrere le une sulle altre e l’agitazione termica è maggiore che nei solidi.
• Tra le molecole degli aeriformi l’agitazione termica è elevata e le forze di coesione sono quasi inesistenti. Le molecole, distanti tra loro e libere di muoversi, occupano tutto lo spazio disponibile.
2 LE PROPRIETÀ DEI SOLIDI
La materia nei tre stati fisici.
Solido: le molecole sono strettamente connesse tra loro.
Liquido: le molecole “scivolano“ le une sulle altre.
Aeriforme: le molecole sono libere di occupare tutto lo spazio a disposizione.
Una roccia, un bicchiere e una zolletta di zucchero sono sostanze solide ben diverse tra loro, ma hanno in comune alcune caratteristiche: hanno tutte una forma ben definita, occupano uno spazio ben preciso, cioè hanno volume proprio, e sono incomprimibili, cioè non possono spontaneamente ridurre il loro volume e deformarsi.
I solidi hanno forma e volume propri e non sono comprimibili.
Le molecole che formano un solido possono disporsi in modo ordinato oppure in modo disordinato: nel primo caso si parla di cristalli, nel secondo caso di solidi amorfi.
In un cristallo le molecole si dispongono nello spazio secondo una struttura regolare: la forma finale di un cristallo è un solido geometrico come un cubo, una piramide o un parallelepipedo 3 .
In un solido amorfo, invece, le molecole sono disposte in maniera molto disordinata e senza alcuna regolarità: sostanze solide che hanno questa struttura sono, per esempio, il vetro e la cera con cui si realizzano le candele 4
3 Cristalli cubici di fluorite.
4 Il vetro è un solido amorfo.
5 Come si deformano i solidi.
Il piatto è un solido rigido.
6 I liquidi prendono la forma del loro recipiente.
I solidi sottoposti a una forza che tende a deformarli reagiscono in modi diversi 5
• I solidi rigidi, come un piatto di ceramica e un bicchiere di vetro, non cambiano la loro forma e si rompono.
• I solidi elastici, come la gomma per cancellare e gli elastici, possono essere deformati, ma poi tornano alla forma originaria.
• I solidi plastici possono essere deformati senza rompersi e mantengono la nuova forma: la creta e un blocco di plastilina sono esempi di corpi plastici.
• I solidi malleabili, come l’alluminio e l’oro, si lasciano ridurre in lamine sottili.
• I solidi duttili, come l’argento, possono essere ridotti in fili sottili.
La gomma è elastica.
7 Se inclini un catino osservi che la superficie del liquido rimane orizzontale. V01U03L03-2
La creta è plastica.
L’alluminio è malleabile: quello che si usa in cucina ne è un esempio.
La filigrana è una lavorazione che usa fili sottili d’argento.
3 LE PROPRIETÀ DEI LIQUIDI E DEGLI AERIFORMI
Quando versi un liquido in un recipiente, per esempio l’acqua da una bottiglia in un bicchiere, ti accorgi che esso assume precisamente la forma del recipiente 6
I liquidi hanno un volume proprio e non hanno una forma propria: assumono quella del recipiente che li contiene.
Inoltre la superficie libera del liquido, cioè la superficie a contatto con l’aria, è sempre orizzontale 7 . Questo comportamento non dipende dalla forma del recipiente e si verifica anche se il recipiente o la superficie su cui esso poggia non sono orizzontali. Una bottiglia piena d’acqua sino all’orlo non può essere chiusa inserendo un tappo: è necessario svuotarla un poco, in modo da creare un po’ di spazio per il tappo. Questo dimostra che i liquidi, come i solidi, sono incomprimibili Che cosa succede invece quando lasci aperta una boccetta di profumo? In breve tempo i “vapori odorosi” si diffondono nell’aria e riesci a percepirli anche a una certa distanza. Le molecole delle sostanze aeriformi, come quelle del profumo, si muovono incessantemente in ogni direzione fino a occupare tutto lo spazio a loro disposizione.
Gli aeriformi non hanno né forma né volume propri.
Le molecole delle sostanze aeriformi tendono ad allontanarsi le une dalle altre: se le comprimiamo possiamo avvicinarle tra loro e ridurre il volume. Quindi gli aeriformi, a differenza di solidi e liquidi, sono comprimibili
I liquidi e gli aeriformi sono raggruppati nella categoria dei fluidi: li accomuna la scarsa coesione tra le molecole che li costituiscono. Una proprietà comune dei fluidi è la capacità di scorrere. Lo vedi ad esempio quando versi dell’acqua da una bottiglia: le forze di
coesione tra le molecole permettono il trasferimento dell’acqua dalla bottiglia al bicchiere, perché una molecola trascina l’altra come in una catena.
L’acqua scorre facilmente, ma i fluidi presentano sempre una viscosità più o meno accentuata, cioè una resistenza allo scorrimento che dipende dalle forze di coesione.
I liquidi hanno anche altre proprietà: per esempio la tensione superficiale, la forza di adesione, il potere solvente
4 LO STATO DI PLASMA
Esiste un quarto stato di aggregazione della materia, lo stato di plasma: uno stato gassoso nel quale le molecole sono dotate di carica elettrica, si muovono velocissime e sono contenute in uno spazio piccolissimo. Lo stato di plasma ci è poco familiare, in realtà rappresenta lo stato normale della materia nell’Universo: solo in zone ristrette come sulla Terra sono presenti lo stato solido, lo stato liquido e quello aeriforme. In natura il plasma lo possiamo osservare nelle code delle comete, nelle aurore boreali e nell’aria intorno ai fulmini. Si possono creare artificialmente gas allo stato di plasma e utilizzarli per particolari tipi di lampade.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. Le molecole dei solidi hanno una debole agitazione termica.
SI DICE CHE…
Lo stato di plasma esiste solo in natura
Gas allo stato di plasma può essere creato artificialmente e utilizzato per particolari applicazioni. Una di questa è la lampada al plasma costituita da una sfera di vetro trasparente contenente un gas, al cui centro si trova un dispositivo che emette elettricità; all’accensione, l’elettricità stimola le particelle del gas, che si separano in particelle più piccole e dotate di carica elettrica, producendo filamenti di luce viola-blu molto suggestivi. Il plasma è usato anche per realizzare gli schermi dei televisori e particolari torce che emettono getti di plasma in grado di tagliare i metalli.
2. I liquidi mantengono sempre la superficie libera orizzontale.
3. Le forze di coesione che tengono insieme le molecole degli aeriformi sono molto intense.
4. Un solido malleabile può essere ridotto in lamine sottili.
VERSO LE COMPETENZE
Esegui l’esperimento.
Materiali
� una siringa senza ago
� un bicchiere pieno di acqua
Esecuzione
1. Riempi completamente d’acqua la siringa, aspirandola dal bicchiere. Tappa con un dito il foro di uscita e spingi lo stantuffo.
2. Svuota la siringa e aspira aria. Tappa il foro di uscita e spingi lo stantuffo.
Osserva e rispondi.
1. Che cosa succede quando comprimi l’acqua?
2. Che cosa succede quando comprimi l’aria?
3. Dopo aver compresso l’aria, lascia libero lo stantuffo. Che cosa osservi?
RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI
1 Completa la mappa con le parole chiave mancanti. aeriforme - atomi - plasma - proprietà chimiche - solido - sostanze composte
è formata da che possono unirsi formando che compogono
le
si presenta in diversi possiede
11. proprietà fisiche
2 Inserisci accanto a ogni definizione il numero che corrisponde alla parola chiave usata nella mappa.
a. Stato fisico della materia caratterizzato da elevata agitazione termica delle molecole.
b. Sono costituite da molecole formate da atomi diversi.
c. Sono la più piccola parte delle sostanze che ne conservano tutte le proprietà.
d. L’infiammabilità è una proprietà di questo tipo.
1. LA MATERIA
6. stati fisici 2.
3. molecole
4.
sostanze semplici 5. le
10. stato di
CON LA MAPPA
7.
8. liquido
9.
12.
Casa Editrice G. Principato
CON LA SINTESI
1 LEZIONE LA MATERIA E LE SUE CARATTERISTICHE
La materia è tutto ciò che occupa uno spazio e ha una massa.
Una porzione limitata di materia è un corpo
I corpi possiedono un volume; sono impenetrabili perché ogni corpo occupa uno spazio che non può essere occupato da un altro; sono divisibili in parti più piccole.
Sono proprietà fisiche della materia forma, colore, durezza, conducibilità elettrica e termica.
Sono proprietà chimiche della materia reattività, infiammabilità, basicità e acidità.
Esistono diversi tipi di materia, chiamati sostanze; una sostanza possiede specifiche proprietà che la distinguono da tutte le altre.
Sono sostanze naturali quelle che si trovano in natura; sono sostanze sintetiche quelle prodotte in laboratorio.
I corpi a loro volta si distinguono in omogenei, quando sono formati da un’unica sostanza, e in eterogenei, quando sono formati da più sostanze.
2 LEZIONE LA COMPOSIZIONE DELLA MATERIA
La materia è costituita da parti microscopiche dette atomi. Esistono 92 tipi differenti di atomi con caratteristiche specifiche. Due o più atomi possono legarsi tra loro e formare delle molecole. La molecola è la parte più piccola di sostanza che ne conserva le caratteristiche.
Le sostanze semplici o elementi sono costituite da molecole formate da atomi uguali.
Le sostanze composte, o composti, sono costituite da molecole formate da atomi diversi. Per indicare i composti si usa una formula chimica. A differenza degli elementi, i composti possono essere suddivisi in sostanze più semplici. Elementi e composti si combinano tra loro a formare i miscugli che possono essere omogenei o eterogenei. Nei miscugli eterogenei i componenti sono distinguibili a occhio nudo o con un microscopio e sono separabili con procedimenti fisici.
In un miscuglio omogeneo i componenti non sono distinguibili in alcun modo e le proprietà del miscuglio sono uguali in ogni suo punto.
Le soluzioni sono miscugli omogenei: la sostanza presente in misura maggiore si chiama solvente, quella presente in misura minore soluto. Esempi di soluzioni sono l’acqua del mare, l’aria e le leghe metalliche.
3
LEZIONE GLI STATI FISICI DELLA MATERIA
La materia si presenta in tre stati fisici o stati di aggregazione: stato solido, stato liquido, stato aeriforme. L’esistenza dei tre stati fisici è una conseguenza delle forze di coesione che si esercitano tra le molecole e dell’agitazione termica, cioè il movimento delle molecole stesse.
Nei solidi le forze di coesione sono elevate e le molecole possono vibrare attorno a posizioni fisse. I solidi hanno forma e volume propri e non sono comprimibili. Gli atomi o le molecole che li formano possono essere disposti in modo regolare (cristalli) o irregolare (solidi amorfi).
I solidi, quando sono sottoposti a una forza deformante, reagiscono in maniera differente:
i solidi rigidi si rompono;
i solidi elastici, cessata l’azione della forza, ritornano alla forma originale;
i solidi plastici possono essere deformati senza rompersi e mantengono la nuova forma;
i solidi malleabili possono essere ridotti in lamine sottili; i solidi duttili possono essere ridotti in fili sottili.
Nei liquidi le forze di coesione sono più deboli che nei solidi e le molecole possono scivolare le une sulle altre. I liquidi assumono la forma del recipiente che li contiene, hanno volume proprio e non sono comprimibili.
Negli aeriformi le forze di coesione sono minime, ma è forte l’agitazione termica, perciò tendono a occupare tutto lo spazio disponibile.
Gli aeriformi non hanno né forma né volume propri, e sono comprimibili. Esiste un quarto stato di aggregazione della materia, lo stato di plasma: è uno stato di gas in cui le molecole si muovono velocissime, hanno carica elettrica e sono contenute in uno spazio piccolissimo. È lo stato caratteristico della materia che forma l’Universo.
1 LEZIONE LA MATERIA E LE SUE CARATTERISTICHE
1 Sottolinea il termine corretto tra i due proposti.
a. Un corpo è una porzione limitata/illimitata di materia.
b. Se dividi un corpo in parti più piccole la sua massa cambia/non cambia.
c. La formazione della ruggine in presenza di umidità è una proprietà fisica/chimica del ferro.
d. Il miele è più/meno viscoso dell’acqua.
2 Scegli la soluzione corretta.
a. La materia:
1 non occupa spazio.
2 è penetrabile.
3 ha una sua massa.
4 non è divisibile.
b. La reattività è la capacità di un corpo di:
1 combinarsi con l’ossigeno dell’atmosfera.
2 scorrere su una superficie.
3 far passare il calore.
4 combinarsi con altri tipi di materia.
3 Completa le tabelle inserendo una crocetta nella colonna corrispondente.
proprietà chimica fisica
Infiammabilità
Viscosità
Conducibilità termica
Colore
Conducibilità elettrica
Reattività
Durezza
Densità
2 LEZIONE LA COMPOSIZIONE DELLA MATERIA
4 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. La molecola è la parte più piccola della materia.
b. Gli atomi nella materia sono sempre disposti nello stesso modo.
c. Le sostanze semplici sono composte da atomi o molecole dello stesso tipo.
d. In un qualunque tipo di miscuglio le sostanze si possono sempre separare.
5 Sottolinea il termine corretto tra i due proposti.
a. In natura esistono 92 /102 atomi differenti.
b. In un miscuglio omogeneo /eterogeneo le sostanze che lo compongono sono distinguibili.
c. In una soluzione la sostanza che si scioglie si chiama solvente /soluto.
d. Il latte è un miscuglio omogeneo /eterogeneo.
6 Completa le tabelle inserendo una crocetta nella colonna corrispondente.
sostanza semplice composta
acqua
metano
azoto
3
LEZIONE GLI STATI FISICI DELLA MATERIA
7 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. Nei liquidi le molecole scorrono le une sulle altre.
b. Nei solidi le molecole sono debolmente legate tra loro.
c. Negli aeriformi le molecole si muovono in modo disordinato in tutte le direzioni.
d. Le molecole di un liquido sono disposte ordinatamente.
8 Abbina i termini con la definizione corretta.
1. Malleabilità
2. Elasticità
3. Duttilità
4. Plasticità
a Proprietà di un solido di essere ridotto in fili sottili.
b Proprietà di un solido di deformarsi e mantenere la nuova forma.
c Proprietà di un solido di deformarsi e riprendere la forma originale.
d Proprietà di un solido di essere ridotto in lamine sottili.
1. 2. 3. 4.
9 Rispondi alla domanda.
Quale proprietà dei liquidi è rappresentata nell’immagine?
10 Completa le frasi con i termini corretti.
a. I solidi composti da molecole disposte secondo una struttura regolare si chiamano .
b. Le molecole dei gas possiedono agitazione termica.
c. La superficie libera di un liquido è sempre
d. Lo stato di plasma è uno stato della materia.
11 Il disegno rappresenta la disposizione delle molecole dell’acqua nei suoi tre stati di aggregazione. Scrivi il termine corretto sotto ogni immagine.
12 Completa il brano con i termini corretti.
Un corpo allo stato liquido ha un volume , non ha propria, ma assume quella del recipiente in cui è contenuto e, come i solidi, non è . Le sue molecole possono scorrere le une sulle altre perché sono legate da deboli forze di L’agitazione termica delle molecole di un liquido è rispetto a quella di un aeriforme.
13 Scegli la soluzione corretta.
Osserva l’immagine: quale proprietà possiede il trampolino?
METTI ALLA PROVA LE TUE
TRARRE INFORMAZIONI DA UN’IMMAGINE
1 Osserva l’immagine e rispondi alle domande.
a. Quale stato fisico è rappresentato nella figura a?
b. Quali sono le caratteristiche delle molecole di un corpo allo stato liquido?
OSSERVARE E TRARRE CONCLUSIONI
3 Osserva i disegni. Completa la definizione e rispondi alle domande.
CLORO (formato da molecole costituite da
c. Perché è necessario tappare il contenitore della figura c?
INTERPRETARE FENOMENI
2 Osserva l’immagine e rispondi alle domande.
Se provi a versare un po’ di olio in un bicchiere contenente acqua, ottieni un risultato simile a quello della foto.
a. Si forma un miscuglio omogeneo o eterogeneo?
b. Da che cosa lo capisci?
a. Qual è la sostanza semplice?
b. Qual è la sostanza composta?
INDIVIDUARE CARATTERISTICHE E SPIEGARE
4 Rispondi alle domande.
a. Quali sono le caratteristiche di un miscuglio eterogeneo?
b. Quali sono le caratteristiche di un miscuglio omogeneo?
c. Completa la tabella.
ACQUA (formata da molecole costituite da miscugli omogeneo eterogeneo acqua e zucchero benzina nuvole
maionese vino acciaio
ANALIZZARE UN MODELLO
5 Riconosci nei disegni i tre stati fisici della materia e scrivi il termine corretto di ognuno.
COMPRENDERE UN TESTO E RICERCARE INFORMAZIONI
6 Leggi il brano.
SCOPERTO IL MATERIALE PIÙ TENACE AL MONDO
In un articolo pubblicato su Science, Easo George, uno degli autori dello studio, ha annunciato la scoperta di una nuova lega metallica, il CrCoNi, formata da cromo, cobalto e nichel, estremamente duttile e tenace, specialmente a basse temperature.
V01U03L06
V01U03L03-4
V01U03L01-3
Al contrario delle altre leghe, ogni elemento è presente in parti uguali e questo garantisce la sua robustezza. I metalli, come altri materiali solidi, hanno una struttura cristallina, formata dalla ripetizione di strutture semplici, chiamate celle unitarie, che formano il reticolo. I cristalli però non sono perfetti, le celle unitarie presentano dei difetti chiamati dislocazioni, punti dove un pezzo di reticolo deformato si incontra con un altro non deformato. Quando una dislocazione si muove con facilità nel reticolo, il materiale è più malleabile; quando invece il movimento è bloccato dalle irregolarità del reticolo il materiale è più robusto, ma incline alla rottura. Nel caso del CrCONi le dislocazioni agiscono in un ordine particolare e provocano delle interazioni tra gli atomi che lo irrobustiscono.
In futuro questo materiale potrebbe essere utilizzato per costruire razzi o satelliti, ma si stanno studiando altre leghe, ottenute con materiali meno cari rispetto a cobalto e nichel, da utilizzare per la fabbricazione degli aerei. (Rid. e adatt. da Focus)
Rispondi alle domande. Svolgi l’attività proposta da solo o insieme ai tuoi compagni.
a. I solidi hanno sempre una struttura cristallina?
b. Che cosa sono le celle unitarie?
c. Che ruolo hanno le dislocazioni?
DIGITAL SKILLS
Ricerca in rete quali sono i maggiori produttori al mondo di cobalto e nichel.
The terms homogeneous and heterogeneous refer to mixtures of materials in chemistry. The difference between heterogeneous and homogeneous mixtures is the degree to which the materials are mixed together and the uniformity of their composition.
HETEROGENEOUS AND HOMOGENEOUS MIXTURES CLIL
A homogeneous mixture is a mixture where the components that make up the mixture are uniformly distributed throughout the mixture.
The composition of the mixture is the same throughout.
Only one phase of matter is present in a homogeneous mixture. So, you wouldn’t observe both a liquid and a gas or a liquid and a solid in a homogeneous mixture.
A heterogeneous mixture is a mixture where the components of the mixture are not uniform or have localized regions with different properties. Different samples from the mixture are not identical to each other.
There are always two or more phases in a heterogeneous mixture.
Usually, it’s possible to physically separate components of a heterogeneous mixture. For example, you can centrifuge solid blood cells to separate them from the plasma of blood. You can remove ice cubes from soda. You can separate candies according to color.
La nostra stella, il Sole, è paragonabile a un’enorme centrale termica che ogni secondo produce calore e luce che si propagano nello spazio. Anche la Terra è, a sua volta, una fonte di calore, come dimostrano le eruzioni vulcaniche e le acque bollenti delle sorgenti termali. Attraverso i pannelli fotovoltaici possiamo trasformare l’energia termica del Sole in energia elettrica e con gli impianti geotermici possiamo sfruttare le acque calde del sottosuolo per riscaldare direttamente le nostre abitazioni o per produrre energia elettrica. Oggi anche aria, acqua e suolo sono considerati fonti di energia termica rinnovabile. Grazie alla tecnologia delle pompe di calore è possibile estrarre calore da una fonte naturale come aria, acqua o suolo e trasferirla all’interno di un edificio a temperatura più elevata,sfruttando successivi cambiamenti di stato – evaporazione, compressione, condensazione – di un fluido refrigerante. Per funzionare, le pompe di calore richiedono una modesta quantità di energia elettrica che può essere fornita dai pannelli fotovoltaici installati sul tetto delle abitazioni.
Parole per capire
Pannelli fotovoltaici • Sono strutture piane formate da un insieme di celle fotovoltaiche, solitamente in silicio cristallino. Ogni cella fotovoltaica converte l’energia della radiazione solare in energia elettrica che è poi trasformata nella corrente che usiamo nelle nostre case.
Impianti geotermici • Sono sistemi capaci di sfruttare i vapori provenienti dalle sorgenti d’acqua calda del sottosuolo e di convogliarli verso apposite turbine per la produzione di energia elettrica, mentre il vapore acqueo è utilizzato per il riscaldamento urbano, le coltivazioni in serra e le attività termali. Gli impianti geotermici sono installati in aree interessate da attività vulcanica antica o ancora in atto.
1 LEZIONE LA TEMPERATURA
LAB STEM
UNO STRANO INCHIOSTRO
Immaginiamo di poter vedere le particelle che formano i corpi. Scopriremmo che esse non sono immobili ma in continuo movimento. Se poi potessimo guardare all’interno di due corpi formati dalla stessa sostanza, uno più caldo dell’altro, vedremmo che le particelle si muovono a velocità più elevata in quello più caldo. Scopriamo questo fenomeno con un semplice esperimento.
■ REALIZZA L’ESPERIMENTO
MATERIALI
• due bicchieri trasparenti
• acqua
• ghiaccio
• inchiostro
• pentolino
• cucchiaino
PROCEDIMENTO
1. Versa un po’ d’acqua nel pentolino e chiedi a un adulto di metterlo a scaldare sul fornello. Poi versa l’acqua calda in uno dei bicchieri.
2. Nel frattempo metti dell’acqua nell’altro bicchiere e introduci due o tre cubetti di ghiaccio. Aspetta che il ghiaccio si sia sciolto.
3. Metti un cucchiaino di inchiostro in ciascuno dei due bicchieri.
■ OSSERVA E RISPONDI
1. Che cosa osservi?
2. La diversa temperatura dell’acqua ha qualche influenza sul fenomeno?
3. Sai giustificare quello che accade?
4. Scrivi la relazione dell’esperimento.
1 LA TEMPERATURA E L’AGITAZIONE TERMICA
Quando affermiamo che un corpo è caldo o freddo valutiamo il suo livello termico, cioè la sua temperatura. Grazie alle conoscenze sulla struttura della materia, sulle forze di coesione e sull’agitazione molecolare, è stato possibile collegare la temperatura al movimento continuo e disordinato delle molecole che compongono un corpo. In fisica questo movimento è detto agitazione termica
La temperatura è la grandezza che misura il grado di agitazione termica delle molecole di un corpo.
In un corpo caldo le molecole si muovono velocemente; se la temperatura diminuisce le molecole rallentano fino a immobilizzarsi 1 .
2 IL CALORE È UNA FORMA DI ENERGIA
Per aumentare l’agitazione termica delle molecole, quindi innalzare la temperatura di un corpo, è necessario fornire a esso una certa quantità di energia. Il calore è una forma di energia, chiamata energia termica
Il calore è responsabile dell’aumento dell’agitazione termica delle molecole di un corpo.
Il calore si trasferisce “spontaneamente” da un corpo a temperatura più alta a uno a temperatura più bassa. Quando i due corpi hanno raggiunto la stessa temperatura, si dice che sono in equilibrio termico.
3 RELAZIONI FRA TEMPERATURA E CALORE
Talvolta le parole temperatura e calore sono utilizzate come se avessero lo stesso significato. Temperatura e calore non sono la stessa cosa. Per dimostrare questa affermazione basta fare questa prova. Metti su due fornelli identici due pentolini uguali, uno completamente pieno d’acqua e l’altro pieno solo per metà. Chiedi a un adulto di accendere i due fornelli. Dopo qualche minuto misura con un termometro per alimenti la temperatura dell’acqua nei due recipienti. Scoprirai che nel recipiente con minor quantità d’acqua la temperatura è maggiore 2 . Eppure la quantità di calore fornita è la stessa, quella della fiamma, e la sostanza che viene scaldata è identica!
Nel pentolino contenente meno acqua il calore fornito si è “distribuito” tra un minor numero di molecole, perciò queste hanno acquisito mediamente maggiore agitazione: di conseguenza la temperatura è salita di più rispetto al recipiente pieno.
Il fornello, il calorifero, il Sole sono sorgenti attive di calore: forniscono energia e non si raffreddano. Una bevanda calda e le acque bollenti termali sono sorgenti non attive di calore: forniscono energia termica ma si raffreddano pian piano.
1 Più la temperatura è elevata, più il grado di agitazione termica aumenta.
2 La quantità di calore fornita è la stessa, ma le temperature nei recipienti sono diverse.
SKILL BOOK
COMPITO DI REALTÀ
FREDDO O CALDO PER CONSERVARE I CIBI
4 LA MISURA DELLA TEMPERATURA
La temperatura è una delle sette grandezze fondamentali del SI, come la lunghezza, la massa e il tempo, e si indica con T; per misurarla si usa uno strumento, il termometro 3
Fino a qualche anno fa i termometri clinici più usati erano quelli ad alcol o a galistan, il cui funzionamento si basava sul fatto che queste sostanze, quando riscaldate, si dilatano e aumentano di volume. Oggi questo tipo di termometro clinico è stato sostituito dai termometri digitali e da quelli a infrarossi.
Durante la pandemia di COVID 19, per consentire l’accesso ai luoghi pubblici alle persone con temperatura corporea inferiore ai 37,5 °C, oltre ai termometri a raggi infrarossi, sono stati usati anche termoscanner, che rilevano a distanza le radiazioni emesse dal calore del corpo umano senza entrare in contatto con lo strumento.
Nel termometro clinico l’aumento della temperatura provoca la dilatazione del liquido contenuto nel bulbo.
Sulla scala graduata si può leggere il valore.
Le scale termometriche
scala centigrada. 3 Tipi di termometri.
Nei termometri digitali la temperatura è rilevata da un sensore ed è riportata su un display.
5 LE SCALE TERMOMETRICHE
I termometri a infrarossi per bambini si utilizzano nella cavità auricolare o vicino alla fronte.
Le scale di riferimento che permettono di leggere il valore della temperatura di un corpo sono dette scale termometriche. Ne esistono diverse e generalmente prendono il nome dallo scienziato che le ha ideate.
La scala che usiamo comunemente è detta scala centigrada o scala Celsius, dal nome dello scienziato svedese Anders Celsius (1701-1744).
Il valore 0 corrisponde alla posizione dell’alcol del capillare posto a contatto con il ghiaccio fondente; il valore 100 alla posizione dell’alcol a contatto con l’acqua in ebollizione 4 .
L’intervallo tra questi due valori è diviso in 100 parti uguali, ognuna delle quali corrisponde a 1 grado Celsius o grado centigrado.
acqua bollente ghiaccio fondente
Il grado centigrado (°C) è l’unità di misura della temperatura misurata con la scala centigrada.
Nei paesi anglosassoni è in uso la scala Fahrenheit, ideata dal fisico Gabriel Fahrenheit (1686-1736).
L’unità di misura è il grado Fahrenheit (°F) e i valori di riferimento sono 32 °F (la temperatura del ghiaccio fondente) e 212 °F (la temperatura dell’acqua in ebollizione). L’intervallo tra le due temperature è suddiviso in 180 parti uguali, ognuna delle quali corrisponde a 1 °F.
Un’altra scala termometrica è la scala Kelvin, che si deve al fisico inglese William Thomson Kelvin (1824-1907); la sua unità di misura è il kelvin (K).
Il kelvin (K) è l’unità di misura della temperatura del Sistema Internazionale. I valori di riferimento della scala Kelvin sono 273,15 K (la temperatura del ghiaccio fondente) e 373,15 K (la temperatura dell’acqua in ebollizione).
Il valore più basso (0 K) di questa scala si chiama zero assoluto e corrisponde a 273,15 °C, cioè a 273,15 °C sotto lo zero della scala centigrada 5 .
Gli scienziati sostengono che a questa temperatura, che è la più bassa possibile, le molecole di un corpo sono perfettamente immobili e prive di energia.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Sottolinea il termine corretto tra i due proposti.
5
Un confronto tra le tre principali scale termometriche.
1. La temperatura di un corpo è maggiore/minore quando le molecole si muovono lentamente.
2. Il calore/la temperatura di un corpo è una forma di energia.
3. La temperatura si misura con il termometro/barometro
4. Il grado kelvin/celsius è l’unità di misura della temperatura nel SI.
VERSO LE COMPETENZE
Le scale termometriche più usate sono la scala Celsius, la scala Kelvin e la scala Fahrenheit.
1. Riconosci quale tra le seguenti uguaglianze esprime correttamente la relazione tra la scala Celsius e la scala Kelvin.
a T (°C) = T (K) + 273,15 b T (°C) = T (K) 273,15 c T (°C) = T (K) • 273,15 d T (°C) = T (K) : 273,15
2. Completa le seguenti uguaglianze.
a 30 °C = K b 315 K = °C c 0 °C = K
3. All’uscita di un aeroporto negli Stati Uniti leggi sul display le temperature massime e minime della giornata.
In quale scala termometrica sono espresse?
2 LEZIONE IL CALORE
LAB STEM
LE SOSTANZE SI SCALDANO ALLO STESSO MODO?
Perché l’acqua per il tè bolle prima del latte? Eppure hai versato le stesse quantità in due pentolini uguali e hai regolato i fornelli allo stesso modo… Trasforma questa esperienza in un vero esperimento utilizzando altre sostanze e strumenti di misura facili da trovare. Per esempio, se non hai un vero cronometro, puoi usare la funzione che hai nell’applicazione Orologio dello smartphone.
■ REALIZZA L’ESPERIMENTO
MATERIALI
• 2 pentolini in acciaio delle stesse dimensioni
• misuratore graduato da cucina
• acqua
• olio
• cronometro
• termometro a immersione da cucina
PROCEDIMENTO
1. Usa il misuratore per prelevare 200 ml di acqua e 200 ml di olio.
2. Versa l’acqua in uno dei due pentolini e chiedi a un adulto di metterlo sul fornello acceso.
3. Fai partire il cronometro e riscalda l’acqua per 4 minuti.
4. Spegni il fornello e immergi il termometro per rilevare la temperatura.
5. Versa l’olio nell’altro pentolino e ripeti le operazioni, avendo cura che l’intensità della fiamma sia la stessa.
■ OSSERVA E RISPONDI
1. Che cosa noti mettendo a confronto le temperature che hai registrato?
2. Da che cosa può dipendere il diverso comportamento delle due sostanze?
3. Prova a ripetere l’esperimento cambiando le variabili in gioco: ad esempio raddoppiando la quantità delle due sostanze o modificando allo stesso modo l’intensità della fiamma. Riporta in una tabella i dati raccolti e mettili a confronto.
4. Scrivi la relazione dell’esperimento.
1 LA MISURA DEL CALORE
Quando diciamo che la temperatura di un corpo è 30 °C abbiamo definito il suo livello termico, ma non sappiamo nulla sulla quantità di calore che l’oggetto ha ceduto o acquistato per arrivare a tale temperatura. Occorre quindi stabilire un’unità di misura anche per il calore. Nel SI il calore, come tutte le altre forme di energia, è misurato in joule (J). Nella pratica, però, si utilizza la caloria (cal).
La caloria è la quantità di calore necessaria per aumentare di un grado centigrado, più precisamente da 14,5 °C a 15,5 °C, la temperatura di un grammo di acqua distillata.
Un multiplo della caloria è la kilocaloria (kcal), equivalente a 1000 calorie 1
1 J = 0,24 cal
1 cal = 4,18 J
1 g di acqua
2 IL CALORE SPECIFICO
1 La caloria e la kilocaloria a confronto.
1 kg di acqua
Come hai potuto sperimentare nel laboratorio che apre questa lezione, le sostanze si scaldano in modo diverso. Se prima hai verificato questo comportamento con due liquidi, prova ora con acqua e sabbia. Scalda la stessa quantità di queste due sostanze su due fornelli che forniscono la stessa quantità di calore. Dopo qualche minuto misura le temperature con il termometro: osserverai che le due sostanze hanno raggiunto temperature diverse 2 . In effetti, la quantità di calore che un corpo assorbe dipende da una proprietà specifica di ciascuna sostanza, chiamata calore specifico
100 g di sabbia
2 Fornendo la stessa quantità di calore a masse uguali di sostanze diverse, si osservano aumenti di temperatura diversi.
100 g di acqua
sostanza
calore specifico (cal/(g °C))
acqua 1
benzina 0,536
olio d’oliva 0,471
aria 0,24
granito (un tipo di roccia) 0,20
zolfo 0,175
ferro 0,107
rame 0,092
argento 0,057
Tab. Il calore specifico di alcune sostanze.
Il calore specifico di una sostanza è la quantità di calore necessaria per aumentare di 1 °C la temperatura di un grammo di quella sostanza.
Il calore specifico si misura in cal/g per °C. Il calore specifico dell’acqua è 1 cal/(g °C), un valore molto elevato, più alto di tutte le altre sostanze liquide e solide 1 Tab. . Questo significa che, rispetto alle altre sostanze, l’acqua si scalda lentamente e si raffredda altrettanto lentamente a parità di calore ricevuto.
SI DICE CHE…
Nelle località marine il clima è più mite tutti i mesi dell’anno
Come funziona il calorimetro
agitatore termometro
Una delle conseguenze dell’elevato calore specifico dell’acqua è la presenza di un clima mite nelle regioni affacciate sul mare o su un grande lago. Durante l’estate l’acqua e il suolo assorbono il calore del Sole ma l’acqua si scalda più lentamente e rimane più fresca rispetto al suolo. Il suolo, invece, si scalda più velocemente perché è costituito in prevalenza da rocce che hanno un calore specifico molto basso. Accade così che, durante l’inverno, il mare cede gradualmente il calore accumulato nei mesi estivi, innalzando la temperatura dell’aria; durante l’estate, invece, le acque più fresche rendono più sopportabili le temperature elevate della stagione. 3
3 LA CAPACITÀ TERMICA
Se consideriamo un oggetto specifico, notiamo che la sua capacità di assorbire (o cedere) calore non dipende soltanto dalla sostanza di cui è composto ma anche dalla sua massa, cioè dalla quantità di materia di cui è costituito. Questa caratteristica dei corpi, che dipende sia dal tipo di sostanza sia dalla massa, è chiamata capacità termica.
La capacità termica è la quantità di calore necessaria per innalzare di 1 °C la temperatura di un corpo che ha una certa massa.
recipiente con la sostanza acqua
Per misurare la quantità di calore ceduta o assorbita da un corpo si usa il calorimetro. Lo strumento è formato da un contenitore metallico pieno d’acqua, nel quale sono inseriti un termometro e un contenitore più piccolo con la sostanza di cui si vuole determinare la capacità termica. Un agitatore rende uniforme la temperatura dell’acqua. Esistono diversi tipi di calorimetri, ma sostanzialmente funzionano nello stesso modo: rilevano il calore scambiato misurando la variazione di temperatura del liquido contenuto al loro interno 3 .
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Abbina i termini con la definizione corretta.
1 Calore
2 Caloria
3 Calore specifico
4 Capacità termica
a Quantità di calore necessaria per innalzare di un grado la temperatura di un grammo di una sostanza.
b Quantità di calore necessaria per innalzare di un grado la temperatura di un corpo che ha una certa massa.
c Forma di energia che causa la variazione dello stato di agitazione termica delle molecole di un corpo.
d Quantità di calore necessaria per innalzare di un grado la temperatura di un grammo di acqua distillata.
1: 2: 3: 4:
VERSO LE COMPETENZE
Leggi con attenzione i comportamenti da tenere per evitare gli incendi boschivi.
Non gettare mozziconi di sigaretta o fiammiferi ancora accesi
Possono incendiare l'erba secca.
Non accendere fuochi nel bosco
Usa solo le aree attrezzate. Non abbandonare mai il fuoco e prima di andare via accertati che sia completamente spento.
Se devi parcheggiare l’auto accertati che la marmitta non sia a contatto con l'erba secca
La marmitta calda potrebbe incendiare facilmente l’erba.
Non abbandonare i rifiuti nei boschi e nelle discariche abusive. Sono un pericoloso combustibile.
Non bruciare, senza le dovute misure di sicurezza, le stoppie, la paglia o altri residui agricoli. In pochi minuti potrebbe sfuggirti il controllo del fuoco.
Se avvisti delle fiamme o anche solo del fumo telefona al numero unico di emergenza 112 Non pensare che altri l'abbiano già fatto. Fornisci le indicazioni necessarie per localizzare l'incendio.
Condividi con i tuoi compagni le tue opinioni relativamente a queste indicazioni e, più in generale, al problema della difesa del patrimonio boschivo.
Dividetevi in gruppi: ciascuno scelga una delle norme elencate per analizzarla più nel dettaglio e ricerchi materiali diversi per illustrarla (fotografie, video in rete, articoli di giornale).
Mettete in comune i documenti raccolti e realizzate una presentazione sul tema della prevenzione degli incendi.
3 LEZIONE LA PROPAGAZIONE DEL CALORE
LAB STEM
CORRENTI CONVETTIVE IN VISTA
Quando riscaldiamo un fluido, l’agitazione termica delle particelle aumenta e queste tendono ad allontanarsi le une dalle altre. Si determina una diminuzione di densità che è all’origine di un vero e proprio spostamento di materia: correnti di fluido caldo (meno denso) si spostano verso l’alto, mentre correnti di fluido freddo (più denso) scendono verso il basso. Puoi osservare anche tu questo fenomeno con un semplice esperimento.
■ REALIZZA L’ESPERIMENTO
MATERIALI
• una pentola in pyrex
• acqua
• riso
PROCEDIMENTO
1. Versa dell’acqua nella pentola fino a riempirla per tre quarti.
2. Metti un cucchiaio di riso.
3. Chiedi a un adulto di mettere la pentola sul fuoco.
■ OSSERVA E RISPONDI
1. Che cosa osservi quando l’acqua diventa calda?
2. Quale fenomeno fa salire i chicchi di riso al centro del recipiente e ridiscendere ai bordi?
3. Fino a quando pensi che proseguiranno i movimenti dei chicchi di riso?
4. Pensi che questo fenomeno si verifichi solo nell’acqua?
5. Se salendo su una scala ti porti verso il soffitto in una stanza riscaldata senti più caldo. Questo fatto è dovuto alle correnti convettive?
6. Scrivi la relazione dell’esperimento.
1 IL CALORE SI PROPAGA
Come abbiamo già visto, il calore è una particolare forma di energia, l’energia termica. Quando entrano in contatto due corpi con temperature diverse, il calore si trasferisce spontaneamente dal corpo più caldo a quello meno caldo Il corpo più caldo cede calore e si raffredda, mentre quello meno caldo acquista calore e si riscalda.
Questo passaggio di calore continua finché i due corpi raggiungono la stessa temperatura, cioè fino a quando raggiungono l’equilibrio termico.
La trasmissione del calore si chiama propagazione e avviene in modo diverso nei corpi solidi, nei liquidi e negli aeriformi; inoltre dipende dalle sostanze di cui sono costituiti. I modi in cui il calore si propaga sono tre: conduzione, convezione e irraggiamento.
2 LA PROPAGAZIONE DEL CALORE NEI SOLIDI
Quando un solido viene posto a contatto con una sorgente di calore, le molecole che lo costituiscono intensificano il loro moto di agitazione termica e si muovono più velocemente. Esse cedono parte della loro energia alle molecole vicine, che sono a temperatura minore e, di conseguenza, si muovono più lentamente. Gli urti tra le molecole permettono il passaggio dell’energia: il calore passa dalle zone del corpo più calde a quelle vicine più fredde, con una trasmissione a catena attraverso la quale il calore si propaga in tutto il solido 1 . Questa modalità di propagazione del calore avviene per contatto diretto delle molecole e si chiama conduzione.
Nei solidi, il calore si propaga per conduzione.
L’esempio appena visto descrive la conduzione quando parti diverse dello stesso corpo si trovano a temperature differenti, ma lo stesso fenomeno avviene anche quando sono a contatto un corpo più caldo e uno meno caldo.
Nella conduzione il calore si propaga senza spostamento di materia, ma tramite vibrazioni e urti tra molecole. Ogni urto può trasferire una piccolissima quantità di energia termica, ma poiché gli urti sono numerosissimi, la quantità di energia totale trasferita può essere notevole.
Alcuni corpi conducono il calore meglio di altri. La capacità di una sostanza di trasmettere calore si chiama conducibilità termica. Essa dipende sia dal tipo di molecole che costituiscono la sostanza sia dal modo in cui queste sono legate tra loro.
Le sostanze con conducibilità termica elevata sono buoni conduttori, cioè sono sostanze in grado di trasmettere il calore rapidamente. Per esempio sono buoni conduttori tutti i metalli. Invece le sostanze che hanno una conducibilità termica bassa sono cattivi conduttori o isolanti; esse trasmettono poco calore e lo fanno lentamente. Sono cattivi conduttori il legno, la lana, il vetro, il sughero, la plastica, i liquidi e i gas in genere 2
3 LA PROPAGAZIONE DEL CALORE NEI LIQUIDI E NEGLI AERIFORMI
Quando un fluido (gas, vapore o liquido) si scalda, le sue molecole si allontanano le une dalle altre. Di conseguenza il fluido caldo diventa meno denso e più leggero e tende a salire verso l’alto. Al contrario, quando un fluido si raffredda, le sue molecole si avvicinano; il fluido diventa più denso e pesante e tende a scendere verso il basso. Si creano perciò spostamenti di materia che sono detti correnti convettive: più precisamente, si chiamano correnti convettive ascendenti quelle che salgono e correnti convettive discendenti quelle che scendono. Questa modalità di propagazione del calore mediante spostamento di materia, oltre che di energia, è detta convezione
Nei fluidi il calore si propaga per convezione.
1 Le molecole della barretta di metallo vicine alla fiamma si muovono più velocemente di quelle all’estremità opposta.
2 Il metallo della pentola è un buon conduttore mentre il sughero del sottopentola è un isolante.
l’aria calda sale correnti convettive
l’aria fredda scende
Come si muovono le correnti convettive in
4 Giunti di dilatazione di un ponte.
Nel laboratorio all’inizio di questa lezione hai potuto osservare la convezione nei liquidi. La convezione negli aeriformi avviene con le stesse modalità.
L’aria contenuta in una stanza, riscaldata per esempio da un termosifone, sale verso l’alto fino ad arrivare al soffitto. Qui le molecole che costituiscono l’aria calda si scontrano con le molecole vicine più fredde e cedono a queste parte del loro calore, raffreddandosi. Di conseguenza l’aria diventa più densa e pesante e tende a ridiscendere, scorrendo lungo le pareti. Arrivata a livello del pavimento, la sorgente di calore riscalda nuovamente l’aria e il circolo ricomincia. Molecole con diversa energia termica si mescolano e si urtano in continuazione, sino a quando tutta l’aria della stanza non si è riscaldata 3 .
4 LA PROPAGAZIONE DEL CALORE NEL VUOTO
Il calore si trasmette anche senza che i corpi a diversa temperatura siano a contatto tra loro. Pensa al calore del Sole che giunge sulla Terra, sebbene lo spazio tra Sole e Terra sia praticamente vuoto, cioè privo di molecole: nel vuoto il calore non si può trasmettere né per conduzione né per convezione, perché entrambe queste modalità sono possibili solo in presenza di materia. In mancanza di materia, la trasmissione di calore avviene per mezzo di un particolare tipo di radiazione, la radiazione termica (detta anche radiazione infrarossa). Questa modalità di propagazione del calore, senza necessità di contatto o di spostamento di materia, si chiama irraggiamento
Nel vuoto il calore si propaga per irraggiamento.
La radiazione termica è invisibile all’occhio umano, ma è rilevabile sotto forma di calore. Emettono radiazioni termiche tutti i corpi caldi: per esempio il Sole, una lampadina accesa, una stufa, un falò; anche l’uomo e in generale tutti i mammiferi.
5 LA DILATAZIONE TERMICA
Tutte le modalità di propagazione causano un aumento dell’agitazione termica delle molecole, perciò un aumento della loro distanza e quindi del volume della sostanza. Questo fenomeno si chiama dilatazione termica e avviene nei solidi, nei liquidi e negli aeriformi.
La dilatazione termica nei solidi avviene in maniera diversa a seconda della forma del corpo e della sostanza che lo costituisce. Nei solidi in cui una dimensione prevale sulle altre due, per esempio nelle sbarre metalliche, la dilatazione avviene lungo la dimensione maggiore. Questo tipo di dilatazione è detta dilatazione lineare. L’entità della dilatazione lineare dipende dall’aumento della temperatura, dal tipo di sostanza e dalla lunghezza del corpo. Essa è trascurabile negli oggetti che utilizziamo tutti i giorni, ma diventa importante quando la lunghezza del solido è notevole e bisogna tenerne conto quando si progettano ponti, edifici e linee ferroviarie. Tra i diversi tratti dei ponti, per esempio, sono posizionati speciali giunti metallici per lasciare piccoli spazi vuoti. Con il calore i giunti si dilatano e annullano la dilatazione lineare del ponte 4
Nei solidi nei quali nessuna dimensione prevale sulle altre, come ad esempio in un bullone, l’allungamento avviene allo stesso modo nelle tre dimensioni e il risultato è un complessivo aumento di volume. In questo caso si parla di dilatazione cubica
VIDEO
una stanza?
La dilatazione termica nei liquidi dipende dalla sostanza di cui è costituito il liquido. In genere i liquidi si dilatano più dei solidi, perché le loro molecole sono meno strettamente legate e quindi si possono allontanare con più facilità. La dilatazione, quindi, determina un aumento del volume e una diminuzione della densità del liquido. Quanto detto non vale per l’acqua, che infatti ha un comportamento anomalo. Pensa al ghiaccio: lo puoi ottenere raffreddando l’acqua allo stato liquido, quindi togliendole calore. Ti aspetti una diminuzione del volume e invece accade il contrario. Come si spiega questo particolare comportamento? La risposta sta nella disposizione “a nido d’ape” che le molecole assumono quando l’acqua diventa ghiaccio. Nel ghiaccio le molecole si dispongono ordinatamente, distanziate le une dalle altre, e negli spazi che si formano rimane intrappolata dell’aria: questa particolare struttura rende l’acqua solida meno densa e permette al ghiaccio di galleggiare sull’acqua liquida.
Anche gli aeriformi (gas e vapori) aumentano il loro volume quando sono scaldati: la loro dilatazione è molto più elevata rispetto ai solidi e liquidi, perché le molecole che li formano sono già libere di muoversi e di allontanarsi.
SI DICE CHE…
La termografia è alla base del funzionamento degli apparecchi per la visione notturna Gli apparecchi per la visione notturna sono dotati di sensori infrarossi che trasformano la radiazione in arrivo in immagini. Le immagini possono essere monocromatiche (per esempio, gli oggetti più caldi appaiono più chiari), oppure riprodotte in falsi colori per rappresentare le diverse temperature. Le termografie sono mappe della temperatura di un oggetto o di un corpo: le parti che emettono più calore sono in rosso e in giallo, mentre quelle più fredde appaiono in verde e in blu.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. Nei solidi il calore si propaga per contatto.
2. La conduzione avviene con spostamento di materia.
3. Il calore si può propagare nel vuoto.
4. La propagazione del calore negli aeriformi avviene per irraggiamento.
1. Metti nei due piattini un’uguale quantità di ghiaccio.
2. Copri uno dei piattini con il foglio di carta nera e l’altro con il foglio bianco.
3. Metti i piattini al Sole o sotto la luce di una lampada e aspetta qualche minuto.
Osserva e rispondi.
1. Esiste una relazione tra il colore dei corpi e la quantità di radiazione termica assorbita?
2. Il ghiaccio si è fuso allo stesso modo nei due piattini?
3. C’è una relazione tra il colore dei fogli e lo scioglimento del ghiaccio?
4. Quali considerazioni puoi fare sul comportamento dei colori rispetto alla radiazione termica?
4 LEZIONE I CAMBIAMENTI DI STATO DELLA MATERIA
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
I passaggi di stato
1. Che cosa accade alle molecole che formano la materia quando si somministra calore e la temperatura aumenta?
2. Come si chiama il passaggio di stato da solido a liquido?
3. Che cosa accade a un solido quando sublima?
4. Che cosa provoca la solidificazione di un liquido?
5. Che cosa accade durante il processo di condensazione?
Metti in pausa il video nei seguenti punti.
6. Spiega quali passaggi di stato sono rappresentati nelle due immagini.
1
DA UNO STATO ALL’ALTRO
1 Andamento della temperatura durante la fusione e l’ebollizione dell’acqua.
temperatura (°C)
punto di ebollizione dell’acqua
Tutte le sostanze normalmente si trovano in uno dei tre stati fisici (solido, liquido, aeriforme), ma possono passare da uno all’altro se, mantenendo costante la pressione, la loro temperatura cambia. Come già sai, fornire o sottrarre calore a una sostanza cambia il moto di agitazione termica delle sue molecole; in questi casi la sostanza può subire una trasformazione, cioè cambiare il modo in cui si aggregano le molecole che la formano, senza che cambi la composizione chimica. Può subire, cioè, un cambiamento di stato fisico, detto anche passaggio di stato. Per esempio, l’acqua raffreddata a 0 °C da liquida diventa solida, mentre se la riscaldi fino a 100 °C da liquida diventa vapore.
Durante un cambiamento di stato, la temperatura resta costante fino a che tutta la sostanza si è trasformata 1 . Il calore necessario affinché una sostanza completi un passaggio di stato è detto calore latente
punto di fusione del ghiaccio
la fusione inizia la fusione finisce
l’ebollizione inizia
l’ebollizione finisce
calore fornito (J)
Nei tratti orizzontali la temperatura rimane costante: il calore fornito non fa aumentare la temperatura, ma è utilizzato per allentare i legami tra le molecole e permettere i passaggi di stato.
ORA FERMA L’IMMAGINE!
2
IL PASSAGGIO DA SOLIDO A LIQUIDO
Se lasci un cubetto di ghiaccio a temperatura ambiente ti accorgi che dopo qualche minuto comincia a fondere sino a diventare completamente liquido.
La fusione è il passaggio dallo stato solido a quello liquido.
Ogni sostanza possiede una temperatura specifica, chiamata temperatura di fusione, alla quale passa dallo stato solido a quello di liquido 1 Tab. . La temperatura di fusione è indipendente dalla quantità di sostanza.
Per passare dallo stato solido a quello liquido occorre fornire energia al corpo sotto forma di calore, che innalza la temperatura del corpo. Di conseguenza l’agitazione termica aumenta e i legami tra le molecole della sostanza si indeboliscono 2
1 Tab. I punti di fusione di alcune sostanze.
sostanza acqua alcol mercurio sodio alluminio sale da cucina rame carbonio
temperatura di fusione (°C)
3 IL PASSAGGIO DA LIQUIDO A SOLIDO
Si chiama solidificazione il passaggio dallo stato liquido a quello solido.
La trasformazione dell’acqua in ghiaccio ne è un esempio. Ogni liquido possiede una sua temperatura di solidificazione che coincide con il punto di fusione.
Passando allo stato solido le molecole si avvicinano sempre di più e perdono del tutto la capacità di scivolare le une sulle altre; invece le forze di coesione raggiungono il loro massimo valore. Per ottenere questo risultato è necessario abbassare la temperatura del corpo sottraendogli calore 3
Fusione e solidificazione sono passaggi di stato l’uno l’inverso dell’altro.
4 IL PASSAGGIO DA LIQUIDO AD AERIFORME
La vaporizzazione è il passaggio dallo stato liquido a quello aeriforme.
Si può verificare in due modi diversi: per ebollizione e per evaporazione. Se metti una pentola d’acqua sul fuoco, osservi che a mano a mano che la temperatura aumenta si formano grosse bolle che salgono in superficie e “scoppiano” liberando vapore 4 . L’ebollizione è una trasformazione rapida e tumultuosa che avviene in ogni punto del liquido. Ogni sostanza possiede una propria temperatura di ebollizione che non dipende dalla quantità di sostanza. Per esempio l’alcol etilico bolle a 78 °C, l’acqua a 100 °C e il mercurio a circa 357 °C.
Se lasci su un ripiano un bicchiere d’acqua, dopo qualche giorno noterai una diminuzione del livello dell’acqua: parte dell’acqua è passata lentamente dallo stato liquido a quello aeriforme. L’evaporazione è una trasformazione lenta che interessa la superficie del liquido.
2 Una tavoletta di cioccolato fonde quando è riscaldata.
3 La cera liquida di una candela accesa, solidifica a temperatura ambiente una volta spenta la fiamma.
4 Le bolle che si staccano dal fondo di una pentola d’acqua in ebollizione si spostano verso l’alto grazie alle correnti convettive.
5 Quando la temperatura si abbassa il vapore acqueo condensa in gocce di acqua liquida.
6 L’azoto diventa liquido a -200 ˚C.
7 Il ghiaccio secco è usato nella preparazione dei gelati.
Le molecole di acqua che si trovano sulla superficie libera del recipiente, per effetto del calore dell’ambiente diventano vapore acqueo e si liberano nell’aria.
Alcune sostanze, come l’alcol, l’etere e la benzina, evaporano rapidamente; altre invece, come gli oli e il mercurio, evaporano lentamente. L’evaporazione, inoltre, dipende dalla temperatura ambientale, dall’ampiezza della superficie libera e dalla presenza di vento. Affinché un corpo passi dallo stato liquido a quello aeriforme è necessario fornirgli calore: in questo modo aumenta l’agitazione termica delle molecole, che possono allontanarsi le une dalle altre.
5 IL PASSAGGIO DA VAPORE A LIQUIDO
Si chiama condensazione il passaggio di una sostanza dallo stato di vapore a quello liquido.
Se metti un coperchio sopra una pentola di acqua in ebollizione, puoi notare che il vapore, a contatto con una superficie più fredda, ritorna allo stato liquido e ricopre il coperchio di goccioline 5 .
La temperatura di condensazione di una sostanza coincide con la sua temperatura di ebollizione.Per passare dallo stato di vapore a quello liquido è necessario abbassare la temperatura della sostanza, cioè raffreddarla. In questo modo si rallenta l’agitazione termica delle molecole e aumentano le forze di coesione tra le molecole.
6 IL PASSAGGIO DA GAS A LIQUIDO
Nel linguaggio di tutti i giorni spesso usiamo i termini gas e vapore come se fossero sinonimi; in realtà non sono la stessa cosa e la differenza sta proprio nella diversa modalità di passaggio allo stato liquido. Per far condensare il vapore è sufficiente ridurre la temperatura. Invece, per portare un gas allo stato liquido occorre comprimerlo, aumentando la pressione, e raffreddarlo a una certa temperatura.
La liquefazione è il passaggio di un gas allo stato liquido.
Anche l’aria può essere liquefatta: in questo modo si ricavano ossigeno e azoto liquidi, che sono molto pericolosi e devono essere conservati in robusti contenitori e maneggiati con opportune protezioni 6
7 IL PASSAGGIO DA SOLIDO AD AERIFORME E VICEVERSA
Si chiama sublimazione il passaggio diretto dallo stato solido a quello di vapore.
La naftalina, la canfora, lo iodio e il cosiddetto “ghiaccio secco” usato per refrigerare i gelati (in realtà si tratta di anidride carbonica solida) sublimano a temperatura ambiente 7 .
Si chiama brinamento il passaggio diretto dallo stato di vapore a quello solido.
Durante le notti invernali può succedere che la temperatura si abbassi rapidamente sotto gli 0 °C.
Allora il vapore acqueo presente nell’aria si trasforma in minuti cristalli di ghiaccio, la brina 8
I passaggi di stato sono trasformazioni reversibili e si possono rappresentare in uno schema 9 .
9 I passaggi di stato della materia.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. La temperatura di fusione dell’acqua è 0°C.
ne ne
2. L’evaporazione è minore se la superficie libera è piccola.
3. La condensazione è il passaggio di una sostanza da liquido a solido.
4. Per liquefare un gas è necessario comprimerlo.
VERSO LE COMPETENZE
Esegui l’esperimento.
Materiali
� un barattolo alto circa 20 cm con coperchio
� circa 20 cm di filo di nylon non troppo sottile
� due pesi uguali (puoi utilizzare due piombi da pesca)
� un cubetto di ghiaccio
Esecuzione
1. Lega i due pesi alle estremità del filo.
2. Metti il cubetto di ghiaccio sul coperchio del barattolo.
3. Metti il filo con i pesi sopra al cubetto facendo attenzione che sia ben centrato
Osserva e rispondi.
1. Che cosa osservi?
2. Che cosa è successo?
3. Questo fenomeno permette di praticare il pattinaggio su ghiaccio, sai spiegare perché?
8 Cristalli di brina sul margine delle foglie.
RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI
CON LA MAPPA
1 Completa la mappa con le parole chiave mancanti.
brinamento – condensazione – conduzione – convezione – energia – fusione – temperatura
se viene sottratto o fornito a un determina i
6. passaggi di stato
che sono, per esempio
che è il passaggio da solido a liquido
si trasmette per è una forma di mentre la è la grandezza che misura l’agitazione termica delle molecole che è il passaggio da liquido a vapore
10. vaporizzazione
2 Inserisci accanto a ogni definizione il numero che corrisponde alla parola chiave usata nella mappa.
a. Cambiamenti di stato fisico della materia.
b. Modalità di propagazione del calore nel vuoto.
c. Passaggio di stato che avviene quando il ghiaccio diventa acqua liquida.
d. Il kelvin è la sua unità di misura nel Sistema Internazionale.
1. IL CALORE
3. irraggiamento
corpo
CON LA SINTESI
1 LEZIONE LA TEMPERATURA
La temperatura è una grandezza fisica che esprime il grado di agitazione termica, cioè la velocità con cui si muovono le molecole di un corpo. Il calore è l’energia che fa muovere le molecole.
Lo strumento per misurare la temperatura è il termometro, che utilizza diverse scale termometriche.
La scala Celsius (°C) o centigrada pone al valore 0 la temperatura di fusione del ghiaccio e a 100 quella di ebollizione dell’acqua.
Nella scala Fahrenheit (°F) i valori di riferimento sono 32 °F, corrispondenti alla temperatura del ghiaccio fondente, e 212 °F, corrispondenti alla temperatura dell’acqua in ebollizione.
La scala Kelvin pone lo 0 K (zero assoluto) alla temperatura di –273,15 °C.
Nel SI la temperatura si misura in kelvin (K).
2 LEZIONE IL CALORE
Le unità di misura del calore sono la caloria e il joule.
1 joule = 0,24 calorie
La caloria è la quantità di calore necessaria per portare da 14,5 a 15,5 °C la temperatura di 1 grammo di acqua distillata.
Le sostanze si scaldano in maniera differente. Il calore specifico di una sostanza è la quantità di calore necessaria per aumentare di 1 grado la temperatura di un grammo di quella sostanza.
La capacità di un corpo di assorbire o di cedere calore non dipende solo dalla sostanza di cui è composto, ma anche dalla sua massa.
La capacità termica è la quantità di calore necessaria per aumentare di 1 °C la temperatura di un corpo che ha una certa massa.
LEZIONE LA PROPAGAZIONE DEL CALORE
3
Il calore si trasferisce spontaneamente da un corpo più caldo a uno meno caldo. Il passaggio di calore prosegue fino all’equilibrio termico, cioè fino a quando i corpi non raggiungono la stessa temperatura. Nei solidi il calore si propaga per conduzione, mediante urti tra le molecole.
I metalli sono buoni conduttori di calore, mentre sostanze come il vetro, la lana, il legno e i gas in generale sono cattivi conduttori. Nei fluidi il calore si propaga per convezione. Si formano correnti convettive calde ascendenti e correnti convettive fredde discendenti. Il calore può propagarsi anche senza che i corpi a diversa temperatura entrino in contatto. Nel vuoto, in mancanza di materia, il calore si propaga per irraggiamento, per mezzo della radiazione termica, detta anche radiazione infrarossa. Fornire calore a un corpo fa aumentare l’agitazione termica delle sue molecole, determinando una dilatazione termica, cioè un aumento del volume del corpo.
Nei solidi la dilatazione è determinata dalla forma e dalla sostanza che li costituisce: è lineare, se avviene lungo la dimensione maggiore, oppure cubica se avviene nelle tre dimensioni. La dilatazione dei fluidi è maggiore che nei solidi e dipende anche dalla sostanza di cui sono composti.
4 LEZIONE I CAMBIAMENTI DI STATO DELLA MATERIA
I corpi possono cambiare stato di aggregazione se viene loro fornito o sottratto calore.
Il passaggio da solido a liquido si chiama fusione. Il passaggio inverso, da liquido a solido, prende il nome di solidificazione
Il passaggio da liquido ad aeriforme si chiama vaporizzazione. Si definisce ebollizione il passaggio dallo stato liquido allo stato di vapore che avviene in modo rapido e interessa tutta la massa del liquido; si definisce evaporazione se lo stesso passaggio di stato avviene lentamente, interessando solo la superficie del liquido.
Il passaggio di stato da vapore a liquido si chiama condensazione. Un gas passa allo stato liquido mediante liquefazione. Il passaggio di stato richiede che, oltre ad abbassare la temperatura, sia aumentata anche la pressione nel recipiente che contiene il gas.
Il passaggio diretto da solido ad aeriforme si chiama sublimazione, quello inverso si chiama brinamento.
1 LEZIONE LA TEMPERATURA
1 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. La temperatura si misura con il dinamometro.
b. La scala Celsius è una scala termometrica.
c. Due corpi in equilibrio termico hanno la stessa temperatura.
d. Il calore è una forma di energia.
2 Sottolinea il termine corretto tra i due proposti.
a. La temperatura/il calore indica il livello termico di un corpo.
b. Lo zero della scala centigrada coincide/ non coincide con quello della scala Fahrenheit.
c. Il Sole è una sorgente attiva/non attiva di calore.
d. Il valore 100 della scala centigrada corrisponde alla temperatura di fusione del ghiaccio/di ebollizione dell’acqua.
3 Osserva il disegno delle scale termometriche e inserisci nelle caselle il numero corrispondente alle temperature.
ghiaccio fondente acqua in ebollizione
2 LEZIONE IL CALORE
4 Scegli la soluzione corretta.
a. Il calore specifico di una sostanza è:
1 la quantità di calore posseduta dalla sostanza.
2 la quantità di calore necessaria per riscaldare 1 g di quella sostanza.
3 la quantità di calore necessaria per innalzare di 1 °C la temperatura di 1 g di quella sostanza.
4 la quantità di calore necessaria per innalzare di 1 °C la temperatura del corpo.
b. La capacità termica di un corpo:
1 dipende dalla sua temperatura.
2 dipende dalla fonte di calore.
3 è una proprietà specifica della sostanza che lo forma.
4 dipende sia dalla sostanza sia dalla sua massa.
5 Se fornisci la stessa quantità di calore a 1 kg delle sostanze indicate esse raggiungono temperature diverse.
a. Da che cosa dipende questo comportamento?
fondente acqua in ebollizione
assoluto ghiaccio fondente acqua in ebollizione
ghiaccio fondente acqua in ebollizione
b. Metti in ordine crescente le sostanze secondo le temperature che raggiungono.
1 Aria
2 Acqua
3 Granito
4 Rame
6 Completa il brano con i termini corretti.
Le regioni affacciate sul mare o su un grande lago godono di un clima mite poiché l’acqua ha un calore specifico. Le rocce che formano il suolo hanno, invece, un calore specifico e per questo si riscaldano e si raffreddano più delle acque.
3 LEZIONE LA PROPAGAZIONE DEL CALORE
7 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. Nei liquidi il calore si propaga per conduzione.
b. La lana è un isolante.
c. Un corpo che si raffredda cede calore.
d. Le correnti convettive ascendenti sono fredde.
8 Scegli la soluzione corretta.
a. La propagazione del calore negli aeriformi avviene soprattutto per:
1 conduzione.
2 convezione.
3 irraggiamento.
4 diffusione.
b. Durante l’estate i binari del treno si allungano per:
1 conduzione.
2 dilatazione.
3 irraggiamento.
4 convezione.
c. Una sfera di rame alla temperatura di 70 °C è messa in contatto con una barra di ferro che ha una temperatura di 40 °C. Il calore:
1 passa dalla sfera alla barra.
2 passa dalla sfera alla barra e viceversa.
3 passa dalla barra alla sfera.
4 non passa e non viene ceduto.
9 Completa il brano con i termini corretti.
Quando una sostanza passa dallo stato a quello solido si verifica un aumento di densità e una diminuzione del . La sostanza che fa eccezione è che riduce la sua quando diventa ghiaccio. Questo spiega perché gli iceberg galleggiano.
Il motivo di questo comportamento è legato alla disposizione a “nido d’ape” delle molecole che intrappolano negli spazi vuoti molecole di rendendo la struttura dell’ solida meno densa.
4 LEZIONE I PASSAGGI DI STATO DELLA MATERIA
10 Abbina i termini con la definizione corretta.
1. Fusione
2. Brinamento
3. Condensazione
4. Vaporizzazione
a Passaggio di stato da liquido ad aeriforme.
b Passaggio di stato da aeriforme a liquido.
c Passaggio di stato da aeriforme a solido.
d Passaggio di stato da solido a liquido.
1. 2. 3. 4.
11 Osserva le fotografie e inserisci il numero corrispondente al passaggio di stato avvenuto.
1. Brinamento
2. Vaporizzazione
3. Solidificazione
4. Fusione
12 Osserva i grafici e rispondi alla domanda.
Se togli dal freezer un ghiacciolo e lo metti al Sole, quale dei seguenti grafici mette in relazione correttamente la variazione della temperatura del ghiacciolo al passare del tempo?
METTI ALLA PROVA LE TUE
APPLICARE CONOSCENZE
1 Completa le seguenti uguaglianze.
a. 30 °C = K
b. 315 K = °C
c. 0 °C = K
RISOLVERE PROBLEMI
2 Un filo di ferro lungo 150 m si trova alla temperatura di 59 ˚C.
a. Sapendo che la sua massa è circa 3,6 kg e che il calore specifico del ferro è 0,11 cal/g, calcola quante calorie sono necessarie per innalzare la sua temperatura di 2,5 °C.
b. A causa della dilatazione termica il filo di ferro si allunga di 0,012 mm per ogni grado centigrado di aumento della temperatura. Quanto misura una volta raggiunta la temperatura finale?
TRARRE INFORMAZIONI DA UNA IMMAGINE
3 Osserva le immagini e rispondi alle domande.
a. Quali sono gli oggetti composti da materiali conduttori?
b. Quali sono gli oggetti composti da materiali isolanti?
c. Perché il calore si propaghi per irraggiamento è necessario un buon conduttore?
d. Per quale ragione?
4 Osserva l’immagine e rispondi alle domande.
a. Perché l’acqua e la sabbia raggiungono temperature differenti?
b. Che cosa succede se sostituisco la sabbia con l’acqua?
c. Che cosa cambia se metto nei contenitori quantità doppie di sabbia e acqua?
INDIVIDUARE E CORREGGERE ERRORI
5 Scegli la soluzione errata.
a Un corpo, a contatto con un altro a temperatura inferiore, cede a questo parte della sua energia termica.
b Il calore è energia termica in transito tra due corpi a temperatura diversa.
c Ogni corpo è dotato di una certa quantità di calore che non dipende dalla sua massa e dalla sua composizione.
100 g di sabbia
100 g di acqua
RIFLETTERE E TRARRE CONCLUSIONI
6 Quando una sostanza passa dallo stato liquido a quello aeriforme:
a cede calore, quindi la sua massa diminuisce.
b diminuiscono in modo evidente il suo volume e il suo contenuto energetico.
c assorbe calore, quindi aumenta la sua massa.
d aumenta notevolmente il suo volume e il suo contenuto energetico.
INTERPRETARE FENOMENI
7 Osserva la sequenza di disegni che mostra l’esperimento con l’anello di Gravesande e rispondi alle domande.
TRARRE INFORMAZIONI DA UN TESTO E RICERCARE INFORMAZIONI
8 Leggi il brano.
CON LA LANA NEL DESERTO
Esistono popolazioni che vivono in zone della Terra con condizioni climatiche “estreme” e che hanno imparato a difendersi dalle temperature molto alte o molto basse.
I Tuareg, una popolazione nomade che vive nell’Africa settentrionale, sono stati i primi ad addomesticare i dromedari e a utilizzarli per spostarsi nel deserto. Il loro abbigliamento tipico è costituito da una lunga veste bianca di cotone e dal burnus, un mantello blu di lana con cappuccio. Il cotone assorbe il sudore e mantiene la pelle asciutta e fresca. La lana, invece, svolge una doppia funzione: durante il giorno impedisce al calore esterno di penetrare nel corpo mentre durante la notte, quando la temperatura esterna scende anche di parecchi gradi sotto lo zero, fa sì che il calore del corpo non si disperda. Il cotone e la lana sono fibre tessili naturali che conducono il calore in maniera diversa: il cotone è un buon conduttore, la lana è un isolante.
Rispondi alle domande. Svolgi l’attività proposta da solo o insieme ai tuoi compagni.
a. Chi sono i Tuareg e dove vivono?
b. Quali sono i vantaggi del tipo di abiti indossati dai Tuareg?
c. Quali sono le proprietà del cotone e della lana?
d. Quali sono le differenze tra le fibre tessili naturali e quelle artificiali?
a. Che cosa succede alla sfera quando viene riscaldata?
b. Dopo che si è riscaldata la sfera passa ancora attraverso l’anello?
c. Quale tipo di processo è avvenuto?
d. Che cosa succede se lasciamo raffreddare la sfera?
DIGITAL SKILLS
Anche quello che indossiamo ha un impatto sull’ambiente. Numerosi studi indicano che il settore tessile e della moda risulta essere il più inquinante dopo quello dei combustibili fossili. Ricerca in rete video, interviste e articoli dedicati a questo problema. Condividili con i tuoi compagni per individuare i comportamenti che possiamo tenere per ridurre l’impatto ambientale dell’industria della moda.
THE SUN AND THE EARTH : ACTIVE SOURCES OF HEAT
An active source is a system capable of producing heat continuously. The active sources of heat that we can use the most are the Sun and the Earth. The Sun is a huge thermal power plant that produces light and heat.
Radiation from the Sun warms the Earth and provides energy to autotrophic organisms to carry out photosynthesis.
The Earth is a restless planet that is always changing. Geothermal energy is heat that is generated within the Earth (geo means ‘earth’, and thermal means ‘heat’ in Greek). The Earth has a very hot subsoil, and this geothermal energy emerges to the surface during volcanic eruptions or through hot water springs such as geysers.
In Iceland, most homes are heated by these geothermal sources, but the latest technologies allow us to exploit both the Sun and the Earth’s active heat sources. Photovoltaic panels can supply homes with hot water and electricity, which can also be stored in special batteries.
Geothermal heat pumps exchange heat with the ground. In winter the geothermal pump takes the heat from the ground and uses it for domestic heating and possibly for the production of hot water. In summer it returns the heat to the ground and exploits the low temperature of the subsoil to cool rooms.
AUTOTROPHIC
An organism that can produce its own food using light, water, carbon dioxide, or other chemicals lossario
COMPREHENSION EXERCISES
a. What is an active heat source?
b. What does the Sun provide?
c. Name two phenomena that demonstrate heat from the Earth.
d. What do we get from photovoltaic panels?
Fotografia del Sole scattata dal Solar Dynamic Observatory della NASA.
Il geyser Strokkur in Islanda.
BASKET O PALLAVOLO?
Siamo in palestra e sta per iniziare la lezione di educazione fisica. «A che cosa giochiamo oggi?» L’insegnante ci propone di scegliere se giocare a basket o a pallavolo, ma prima di iniziare a conoscere le regole di gioco dei due sport, vuole che controlliamo se le dimensioni dei campi tracciati sul pavimento della palestra sono quelle regolamentari previste dalle federazioni sportive. Inoltre ci spiega che il pallone da pallavolo e quello da basket sono diversi: cambiano le dimensioni e il peso. Osserviamo anche che sulla maggior parte dei palloni da basket è riportata la scritta “GR5”, mentre su altri, molto più grandi, “GR7”. Vogliamo capire il significato di queste sigle e qual è il pallone usato nelle partite di campionato. Come possiamo organizzarci per eseguire questi controlli?
■ COMPETENZE
Affrontare concetti fisici effettuando esperimenti e comparazioni, raccogliendo e analizzando dati e costruendo modelli concettuali e rappresentazioni formali di tipo diverso.
Utilizzare semplici strumenti di misura.
Riconoscere varianti e invarianti in una situazione concreta.
Riconoscere gli errori sperimentali e saper applicare il metodo della media su più misure di una stessa grandezza.
Operare approssimazioni scegliendo l’opportuna posizione dei numeri decimali.
Saper utilizzare strategie per fare stime di grandezze in modo indiretto.
Risolvere problemi: analizzare le ipotesi, formulare possibili procedimenti di risoluzione, applicarli e verificare la correttezza delle soluzioni.
Collaborare con gli altri.
Comunicare i risultati.
Ricercare sul web strumenti alternativi per la risoluzione di alcuni problemi.
■ COMPITO
• Scegliere gli strumenti più adeguati per compiere le misurazioni.
• Ripetere le misurazioni per stabilire la media aritmetica dei valori ottenuti.
• Confrontare le misure delle dimensioni dei campi e i pesi dei palloni con quelli regolamentari.
■ STRUMENTI
– riga centimetrata
– metro a nastro in tela
– metro a nastro metallico
– puntatore laser
– bilancia per alimenti
– quaderno
– matita e penna
– computer connessi a Internet
■ ORGANIZZAZIONE DEL COMPITO
Dividere la classe in gruppi e stabilire quali compiti svolgono. L’esecuzione del compito è prevista in 2-3 ore.
■ PERCORSO DELL’ESPERIENZA
1 Organizziamo i gruppi
Per prima cosa ci dividiamo in piccoli gruppi e stabiliamo chi misurerà il campo da basket e chi quello di pallavolo.
2 Recuperiamo gli strumenti di misura
Occorre recuperare gli strumenti di misura. Possiamo chiedere all’insegnante di scienze di usare quelli a disposizione in laboratorio, oppure possiamo chiederli in prestito ai genitori o agli amici.
3 Eseguiamo le misure con strumenti diversi
Ogni gruppo esegue le misurazioni usando strumenti diversi. Misuriamo le dimensioni dei campi e il diametro e i pesi dei palloni. Riportiamo i dati sul quaderno.
4 Confrontiamo i dati ottenuti
Ogni gruppo confronta le misurazioni ottenute con i diversi strumenti. Mettiamo in evidenza gli eventuali errori di esecuzione e stabiliamo quali strumenti si sono rivelati più adatti per effettuare le misure.
5 Ricerchiamo informazioni
Facciamo una ricerca per conoscere le dimensioni regolamentari dei campi e i pesi dei palloni previsti dalla Federazione Italiana di Pallacanestro e dalla Federazione Italiana di Pallavolo. Possiamo farla in rete
oppure cerchiamo le informazioni sul nostro testo di educazione fisica.
6 Comunichiamo i nostri risultati
Ogni gruppo comunica all’insegnante e agli altri gruppi i risultati ottenuti dalle misurazioni: mette in evidenza eventuali differenze tra le dimensioni dei campi tracciati in palestra e quelle regolamentari e tra i pesi dei palloni usati per il basket e per la pallavolo.
■ RIFLETTIAMO INSIEME
• Con quale strumento avete ottenuto le misurazioni più precise? Sapete spiegare la ragione?
• Quali strumenti avevano la sensibilità e la portata più adatte per misurare le dimensioni dei campi?
■ OLTRE IL COMPITO
• Qual è la differenza tra strumento analogico e strumento digitale? Eseguite una ricerca in rete e stabilite quali degli strumenti che avete utilizzato erano analogici e quali erano digitali.
• In un campo da pallavolo anche la posizione della rete e la sua altezza rispetto al piano di gioco sono regolamentate, così come in un campo da basket occorre che tabellone e canestro siano a un’altezza ben precisa. Ricercate in rete queste informazioni e controllate che anche queste caratteristiche dei campi siano rispettate.
TERRA
TEMA Il sistema Terra
Come è fatto il nostro pianeta? Come funziona?
Da quali elementi è formato il sistema Terra?
Quali relazioni legano tra loro l’aria, l’acqua e il suolo?
A queste domande e a molte altre cercano di rispondere le Scienze della Terra, un complesso di discipline scientifiche che studia la struttura del pianeta, i materiali rocciosi che lo formano, la sua storia, le caratteristiche dell’atmosfera e delle masse d’acqua. In questa sezione conoscerai le caratteristiche dell’idrosfera, che comprende tutte le acque dolci e salate del pianeta, le caratteristiche dell’atmosfera, l’involucro di gas che avvolge e protegge la Terra e le caratteristiche del suolo, il sottile strato superficiale della Terra in cui si incontrano rocce, aria, acqua e organismi.
Queste componenti del sistema Terra sono oggetto di diverse settori della ricerca scientifica, in particolare dell’idrogeologia, della meteorologia, della climatologia e della pedologia.
Parole per capire
Idrogeologia • È una scienza interdisciplinare che studia gli aspetti chimici, fisici e biologici dell’interazione tra acqua e sottosuolo, tra acque sotterranee e superficiali (fiumi, laghi), tra acque sotterranee ed esseri umani (prelievi da pozzi o sorgenti, inquinamento, sfruttamento geotermico).
Meteorologia • È la scienza che studia l’atmosfera e i fenomeni che avvengono nella troposfera. La meteorologia ha come obiettivi la conoscenza del tempo atmosferico e la previsione a breve termine dei fenomeni atmosferici.
Climatologia • È la scienza che studia i climi della Terra e la loro distribuzione. Si occupa di conoscere gli elementi e i fattori climatici al fine di realizzare previsioni a lungo termine delle condizioni climatiche.
Pedologia • È la scienza che studia i processi di formazione del suolo, la sua composizione e le trasformazioni che avvengono nel tempo in seguito all’azione degli organismi e dei fattori ambientali. Ha una particolare rilevanza per le attività agricole.
MARGHERITA TOMA, ricercatrice in Zoologia marina
Laureata in Scienze naturali e Scienze del mare, oggi lavora come ricercatrice in Zoologia marina presso l’Università di Genova. È specializzata nell’analisi dei materiali video raccolti dai robot a comando remoto, che scendono nelle profondità marine per studiarne la fauna. A settembre 2023 ha vinto una borsa di studio per “Giovani Ricercatori under 35” per il suo lavoro nell’ambito della biodiversità associata all’habitat di differenti tipi di corallo bianco.
DAVIDE ABU-EL-KHAIR, dottorando in Pedologia
Si è diplomato al liceo scientifico e poi si è laureato in Scienze e Tecnologie per l’Ambiente e il Territorio. Dal 2013 si occupa sia di campionamenti e rilevamenti di suolo e vegetazione nelle zone del Nord Italia sia di analisi chimico-fisiche sui campioni di terreno di suoli di pianura e di montagna. Nell’ambito del dottorato di ricerca, analizza i suoli di alcuni siti agricoli vicino a Milano, focalizzando la ricerca sull’inquinamento da parte di metalli pesanti nel suolo e nelle acque che si infiltrano nel terreno.
ANTONELLA SENESE, ricercatrice in Climatologia
Ha una laurea triennale in Scienze naturali, una laurea magistrale in Analisi e Gestione degli ambienti naturali e un dottorato di ricerca in Scienze naturalistiche e ambientali. Dopo alcune esperienze di insegnamento nell’ambiente universitario, oggi è ricercatrice universitaria e si occupa di studiare il cambiamento climatico. Le sue ricerche riguardano i ghiacciai, le acque superficiali e la climatologia alpina. Fa parte di numerosi gruppi di ricerca e dal 2010 collabora nella gestione della Stazione Meteorologica Supraglaciale che è inserita nel progetto Global Cryosphere Watch per il monitoraggio di elementi sensibili della criosfera a scala mondiale.
Dopo una mareggiata è frequente trovare sulla spiaggia le grandi foglie della Posidonia oceanica, una pianta acquatica quasi sempre scambiata per un’alga. La Posidonia, invece, è dotata di radici, fusto e foglie a forma di nastro. Gran parte delle coste del Mediterraneo sono bordate da estese praterie di Posidonia, i posidonieti, che crescono molto bene fino a 30 metri di profondità: queste praterie costituiscono veri e propri ecosistemi marini che permettono la sopravvivenza di un gran numero di comunità animali e vegetali e offrono riparo e protezione per le specie fin dalle prime fasi del loro sviluppo. Ma una volta svolta la loro azione di barriera difensiva, che fare dei mucchi di Posidonia spiaggiata? Di solito gli accumuli sono interrati, ributtati in mare o, a volte, usati per l’imballaggio di merci fragili o come lettiera per gli animali da allevamento. Oggi è invece possibile usare queste foglie per alimentare i biodigestori anaerobici dove batteri, enzimi o microrganismi, in assenza di ossigeno, trasformano le biomasse vegetali, in biometano. Si tratta di un esempio di economia circolare che, quando diventerà realtà, trasformerà il problema della Posidonia spiaggiata in una risorsa energetica e in grandi vantaggi per l’ecologia e l’ambiente.
Biodigestore anaerobico • Un biodigestore è un particolare impianto nel quale i rifiuti organici, per esempio la frazione umida dei rifiuti domestici, sono sottoposti al processo di digestione anaerobica. All’interno di reattori chiusi, chiamati digestori, i rifiuti sono miscelati con batteri o altri microrganismi che li degradano in assenza di ossigeno. Dal compost ricavato si ottiene biometano che, unito ad anidride carbonica, genera biogas che può essere trasformato in energia termica oppure in energia elettrica.
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
Il sistema Terra
1 Le quattro sfere geochimiche.
1. Quali sono le caratteristiche della Terra che la rendono un sistema complesso?
2. Quali sono le componenti della sfera geochimica idrosfera?
3. Da dove provengono i gas che formano l’atmosfera?
4. Quali sono le caratteristiche della litosfera?
5. Che cos’è la biosfera?
1 GLI ELEMENTI DEL SISTEMA TERRA
La Terra viene definita un sistema, cioè un insieme di componenti collegate fra loro. È un sistema molto complesso ed è necessario semplificarlo per studiarlo e comprenderlo. Le componenti del sistema Terra sono chiamate sfere geochimiche e sono l’idrosfera, l’atmosfera, la litosfera e la biosfera. Il termine “sfera” permette di immaginarle come involucri che interagiscono tra loro. Il termine “geochimiche” dipende dal fatto che le sfere si differenziano anche per la loro composizione chimica 1
La biosfera è la “sfera vivente” del sistema Terra: comprende tutti gli organismi viventi e gli ambienti in cui essi vivono.
La litosfera è la parte solida e rocciosa della Terra.
L’idrosfera è formata da tutte le acque che si trovano sulla Terra nei tre stati fisici. L’atmosfera è costituita dalla miscela di gas che avvolge la Terra.
2 UN PIANETA RICOPERTO D’ACQUA
Vista dallo spazio, la Terra appare come un pianeta prevalentemente blu; il colore è determinato dall’abbondanza di acqua liquida, che copre circa il 70% della superficie terrestre.
Sulla Terra l’acqua è presente contemporaneamente allo stato solido (nei ghiacciai e nelle calotte glaciali), liquido (negli oceani, nei mari, nei fiumi, nei laghi e nelle falde acquifere sotterranee) e aeriforme (nell’atmosfera, sotto forma di vapore acqueo). Il 97% delle acque è contenuto nei mari e negli oceani, mentre il restante 3% forma le acque continentali, chiamate in questo modo perché si trovano sulle terre emerse 2 . Di queste, ben il 69% forma i ghiacciai, il 30% è nelle falde acquifere e solo l’1% è nei laghi, nel suolo, nell’atmosfera sotto forma di vapore acqueo, nei fiumi e negli organismi viventi.
acqua salata mari e oceani
falde acquifere sotterranee
dolce
ghiacciai e calotte glaciali
3 LE PROPRIETÀ DELL’ACQUA
L’acqua allo stato liquido è una sostanza fondamentale per tutti i viventi: è il costituente principale del loro corpo e crea al loro interno l’ambiente ideale per lo svolgimento dei processi vitali 3
L’acqua presenta le proprietà generali dei liquidi:
• ha un volume proprio ma non ha una forma propria;
• non è comprimibile;
• in un recipiente, la sua superficie libera è sempre orizzontale.
L’acqua ha anche alcune proprietà particolari che spiegano la sua importanza nei fenomeni naturali. Vediamone alcune.
2 La ripartizione dell’acqua nei “serbatoi” che compongono l’idrosfera.
acqua negli organismi vapore acqueo nell’atmosfera
acqua nel suolo 38%
3 Il corpo umano è costituito per buona parte di acqua.
4
■ La tensione superficiale
Se osservi delle gocce d’acqua appoggiate su una foglia ti accorgi che hanno una forma sferica 4 ; se poi alcune gocce cadono, vedrai che si allungano come se l’acqua fosse avvolta da una pellicola elastica. Questi fenomeni sono il risultato delle forze di coesione tra le molecole di acqua che costituiscono la superficie libera della goccia: esse formano una specie di membrana superficiale, sottile ed elastica, che fa assumere alle gocce una forma sferica e riesce perfino a sostenere senza rompersi piccoli oggetti o insetti. Una conseguenza della forza di coesione è la tensione superficiale 5 .
L’acqua presenta una tensione superficiale, cioè una particolare resistenza della superficie libera, che dipende dalle forze di coesione tra le sue molecole.
Le forze di coesione determinano la forma delle gocce d’acqua.
■ La capillarità
6 La forza di adesione tra l’acqua e le pareti di un bicchiere.
5 Tensione superficiale.
VIDEO
Come fanno i gerridi a muoversi sull’acqua?
Osserva con una lente d’ingrandimento il bordo di un bicchiere con dell’acqua: vedrai che l’acqua aderisce al vetro, risalendo un poco lungo le pareti del bicchiere. La forza che fa aderire un liquido a un solido si chiama forza di adesione 6 . La forza di adesione è responsabile di un fenomeno caratteristico dell’acqua e dei liquidi in generale: la capillarità
Se immergi dei tubi di diametro diverso in una bacinella contenente dell’acqua, vedrai che il liquido risale nei tubi e raggiunge il livello più alto in quelli più sottili.
La capillarità è la proprietà dei liquidi di risalire lungo tubi sottili.
SI DICE CHE…
Un biscotto immerso in una tazza di latte sfrutta la capillarità
Quando immergi un biscotto in una tazza di latte o di tè puoi vedere a occhio nudo il fenomeno della capillarità. Osservando la metà del biscotto che è immersa nel liquido, puoi notare una riga orizzontale che separa la parte bagnata da quella asciutta. Poiché gli spazi vuoti nel biscotto hanno tutti le stesse dimensioni, il liquido raggiunge lo stesso livello in tutti i punti: ecco perchè la riga appare orizzontale.
■ Il principio dei vasi comunicanti
Come tutti i corpi, l’acqua ha una massa, e quindi un peso, perciò esercita una pressione sul fondo e sulle pareti del recipiente che la contiene. Questa pressione è detta pressione idrostatica e spiega un comportamento caratteristico dell’acqua, e di tutti i liquidi, chiamato principio dei vasi comunicanti 7
Un liquido, versato in un sistema di vasi comunicanti, si distribuisce in modo da raggiungere in tutti lo stesso livello.
■ La densità, il calore specifico e il potere solvente
• L’acqua solida (il ghiaccio) ha densità minore dell’acqua liquida. L’acqua raggiunge la massima densità alla temperatura di circa 4 °C, cioè quando si trova allo stato liquido. A differenza della maggior parte delle sostanze che diventano più dense quando solidificano, l’acqua, quando diventa ghiaccio, aumenta di volume e diventa meno densa; di conseguenza il ghiaccio galleggia sull’acqua.
• L’acqua ha un elevato calore specifico. Grazie a questa proprietà l’acqua si riscalda e si raffredda più lentamente dei materiali che formano la litosfera. Per questa ragione la temperatura dei mari e degli oceani rimane abbastanza costante nel corso dell’anno.
• L’acqua è un ottimo solvente. L’acqua ha la capacità di sciogliere la maggior parte delle sostanze presenti sulla Terra: i gas, come ossigeno e anidride carbonica, e i sali presenti nelle rocce.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. Le sfere geochimiche sono idrosfera, atmosfera, litosfera, biosfera.
2. Il 97% dell’acqua è contenuto nei ghiacciai.
3. L’acqua è incomprimibile.
4. La capillarità è la propietà dell’acqua di risalire lungo tubi sottili.
VERSO LE COMPETENZE
Osserva l’immagine. Il ghiaccio ricopre la superficie del lago. Al di sotto, l’acqua rimane allo stato liquido e gli organismi acquatici, animali e vegetali, sopravvivono anche durante la stagione fredda.
Sulla base delle tue conoscenze, prova a formulare delle ipotesi per spiegare questi fenomeni naturali.
7 Il principio dei vasi comunicanti.
2 LEZIONE IL MARE E I SUOI MOVIMENTI
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
La formazione delle maree
1. Quali corpi celesti sono responsabili del fenomeno delle maree?
2. Quante maree si verificano nel corso di circa 24 ore?
3. Che cosa accade quando la Luna si allinea con il Sole?
4. Che cos’è l’escursione di marea?
ORA FERMA L’IMMAGINE!
Metti in pausa il video nei seguenti punti.
5. Rivedi il video e racconta con le tue parole che cosa accade ogni giorno nella baia di Fundy, in Canada.
1 QUANTI TIPI DI ACQUE ESISTONO?
L’acqua che si trova in natura non è una sostanza pura, ma contiene disciolti diversi tipi di sali minerali e gas come l’ossigeno e l’anidride carbonica.
Tra i sali, i più abbondanti sono il cloruro di sodio (il sale che si usa per cucinare), il cloruro di magnesio, il solfato di magnesio e il solfato di calcio.
La quantità di sali disciolti in un certo volume di acqua costituisce la sua salinità.
Il grado di salinità si esprime in grammi di sali per litro o per kilogrammo di acqua (g/l o g/kg). In base alla salinità, le acque possono essere classificate in acque salate e acque dolci.
• Le acque salate sono quelle degli oceani e dei mari; esse presentano un’elevata salinità e perciò non possono essere usate per bere, per irrigare i campi e neppure per le produzioni industriali.
• Le acque dolci sono quelle dei fiumi e dei laghi, le acque piovane e quelle sotterranee; esse contengono piccole quantità di sali disciolti e per questa ragione possono essere utilizzate dagli esseri umani e da tutti gli organismi per dissetarsi.
2 LE ACQUE DEI MARI
La maggior parte delle acque dell’idrosfera si raccoglie in depressioni della superficie terrestre formando ampi bacini di acqua salata. A seconda della loro estensione, questi bacini sono chiamati oceani o mari:
• gli oceani sono vaste distese di acqua che separano i continenti;
• i mari sono bacini meno estesi, che bordano tratti delle coste continentali o sono interni ai continenti stessi.
La salinità media delle acque di oceani e mari è del 35%° (35 per mille): significa che un litro di acqua marina contiene in media 35 grammi di sali. La salinità, tuttavia, può variare da un mare all’altro a seconda della minore o maggiore evaporazione, delle precipitazioni e dell’apporto di acque dolci da parte dei fiumi. Per esempio, la salinità media del Mar Baltico è appena il 2,3%°: le acque di scioglimento dei ghiacci e la scarsa evaporazione rendono questo mare uno dei meno salati del mondo 1
La temperatura dell’acqua marina dipende dal riscaldamento solare e non è uniforme: è elevata nella fascia tra i due tropici e diminuisce regolarmente procedendo verso i poli; inoltre diminuisce scendendo in profondità.
SI DICE CHE…
Nelle acque del Mar Morto non serve saper nuotare!
Il Mar Morto è il lago più basso e più salato al mondo. Il suo nome arabo significa proprio “Mare salato”. Situato tra Israele, Giordania e Cisgiordania, si trova in una profonda depressione a 415 m sotto il livello del mare. L’intensa evaporazione delle sue acque, non compensate dall’apporto di corsi d’acqua, è la causa dell’elevata salinità: un litro di acqua contiene 365 grammi di sale contro i 35 grammi di qualsiasi altro mare! Il peso specifico dell’acqua del Mar Morto è molto elevato e quindi la spinta che esercita su un corpo immerso è maggiore di quella esercitata dalle acque di qualsiasi bacino salato; ecco perché un corpo immerso nelle sue acque galleggia e non affonda.
1 Carta della salinità dei mari e degli oceani.
salinità (‰)
2 Le parti di un’onda.
3 LE ONDE
La superficie dei mari e degli oceani è a contatto con l’atmosfera e di conseguenza dipende direttamente dalle sue condizioni. Il vento, per esempio, imprime alle molecole di acqua un movimento oscillatorio: sulla superficie marina si formano prima delle increspature che, in seguito, si trasformano in vere e proprie onde.
Il moto ondoso è un movimento irregolare che interessa gli strati superficiali del mare.
Le onde interessano solo la superficie: a una decina di metri sotto il livello del mare, non si avverte più alcun movimento.
Le onde che si formano in mare aperto hanno una forma regolare, in cui è possibile riconoscere alcune parti: la cresta, cioè la parte più alta dell’onda, e il ventre (o cavo), la parte più bassa. Da queste è possibile ricavare l’altezza dell’onda, cioè la distanza tra cresta e ventre, e la sua lunghezza, cioè la distanza tra due creste successive 2
cresta frangente
ventre o cavo lunghezza
3 Le scogliere di Moher, in Irlanda, sono state modellate dai frangenti.
Le onde sono tanto più alte quanto più il vento è violento e ha spirato a lungo. Osservando le onde, abbiamo la sensazione che la massa d’acqua si sposti progressivamente verso la costa, ma non è così: ogni molecola di acqua descrive una traiettoria circolare intorno a una posizione centrale e resta sostanzialmente nello stesso punto. Quello che si propaga è l’energia che mette in oscillazione le molecole di acqua. Quando le onde si avvicinano alla costa, rallentano, perdono la loro regolarità, si alzano e si rovesciano sulla spiaggia, diventando una cresta schiumosa chiamata frangente 3 . La forza dei frangenti modella le rocce che formano le coste alte e rocciose, mentre lungo le coste basse le onde trasportano e depositano sabbia e ciottoli, formando le spiagge.
4 LE CORRENTI MARINE E LE MAREE
All’interno delle acque di mari e oceani si formano delle grandi masse d’acqua in movimento, dette correnti marine, che differiscono dalle altre acque circostanti per densità, salinità e temperatura.
Le correnti marine sono movimenti costanti di grandi masse d’acqua, simili a grandi fiumi che si spostano nei mari e negli oceani seguendo un percorso.
Le correnti sono originate da diversi fattori:
• i venti che soffiano sul mare sempre nella stessa direzione;
altezza
• il diverso riscaldamento delle masse d’acqua, che provoca variazioni di temperatura e salinità all’interno dei mari e degli oceani.
Alcune correnti hanno dimensioni enormi e possono trasportare grandi masse di acqua calda verso zone fredde o di acqua fredda verso zone calde 4
L’azione delle correnti è determinante per il clima delle regioni costiere: questo può diventare più rigido in seguito al passaggio di una corrente fredda o, al contrario, più mite per gli effetti di una corrente calda, come accade in Europa grazie alla corrente del Golfo che attraversa l’Oceano Atlantico e raggiunge le coste della Gran Bretagna e della Norvegia, mitigando il clima di questi paesi.
Le maree sono innalzamenti periodici del livello degli oceani e dei mari, causati dalla forza di attrazione esercitata dal Sole e dalla Luna. Quando la superficie del mare viene sollevata si verifica l’alta marea, quando la superficie si abbassa si verifica la bassa marea.
Nel corso di un giorno si alternano due fasi di alta marea e due fasi di bassa marea. Il dislivello tra l’alta e la bassa marea è detto escursione di marea
4 Carta delle correnti marine.
corr la California corrente del Golf corrente calda corrente fredda
corrente nord-equatoriale
corrente sud-equatoriale
corrente antartica
c. sud-equatoriale c quatoriale nord-equatoriale
del Brasile
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. Il sale più abbondante disciolto nell’acqua marina è il cloruro di sodio.
2. L’altezza di un’onda è la distanza tra due creste successive.
3. La corrente del Golfo è una corrente fredda del Nord Atlantico.
4. Le maree sono movimenti periodici del mare.
3 LEZIONE LE ACQUE CONTINENTALI
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
Lo sfruttamento delle risorse idriche
1. Perché l’acqua ha le caratteristiche di una risorsa rinnovabile?
2. Quali sono le condizioni delle acque di fiumi e falde acquifere nelle aree più industrializzate?
3. Che cosa è accaduto al lago di Aral?
4. Qual è la situazione della rete idrica nella Pianura Padana?
ORA FERMA L’IMMAGINE!
Metti in pausa il video nei seguenti punti.
5. Scrivi una didascalia per ciascuna immagine.
1 DAL TORRENTE AL FIUME
Le acque continentali sono tutte le acque che si trovano sulle terre emerse. Sono raccolte nei fiumi, nei laghi, nelle falde acquifere e, sotto forma di ghiaccio, nei ghiacciai.
Le acque piovane che non vengono assorbite dal terreno, quelle che sgorgano dalle sorgenti e quelle provenienti dallo scioglimento delle nevi e dei ghiacci, scorrono sui terreni in pendenza scavando veri e propri canali naturali, i letti (o alvei).
I corsi d’acqua in perenne movimento sulla superficie terrestre possono essere dei torrenti o dei fiumi a seconda di alcune caratteristiche, tra cui la loro ampiezza, la loro pendenza e la quantità di acqua che vi scorre.
Il torrente è un corso d’acqua irregolare che, in genere, si trova in una regione montuosa. Durante l’estate può non essere alimentato e di conseguenza il suo letto si asciuga.
I torrenti confluiscono via via a formare corsi d’acqua sempre più grandi, i fiumi. Il fiume è un corso d’acqua perenne: nel corso dell’anno alterna periodi di piena con periodi di magra, ma non è mai in secca, cioè non è mai privo d’acqua. Il corso di un fiume può essere distinto in tre parti: corso superiore, corso medio e corso inferiore.
• Il corso superiore si trova a valle della sorgente, alla confluenza di più torrenti in una zona in forte pendenza. L’acqua ha una forte velocità ed è in grado di trasportare massi di dimensioni considerevoli e di scavare profondamente il fondovalle, formando valli dal caratteristico profilo a V.
• Nel corso medio il fiume si avvicina a una zona più pianeggiante. L’acqua riduce la sua velocità e abbandona sul fondo gran parte dei frammenti di roccia, i detriti.
• Nel corso inferiore il letto del fiume ha una pendenza minima. Il fiume deposita detriti sempre più fini e fatica ad avanzare, perché è ostacolato dai suoi stessi depositi. Il corso d’acqua è costretto a cambiare spesso direzione e forma delle curve, dette meandri.
Al termine del suo corso, il fiume arriva alla foce, cioè sbocca in un lago oppure nel mare o nell’oceano. Se l’energia del mare non è sufficiente per disperdere i detriti portati dal fiume, intorno alla foce si forma un deposito a forma triangolare che si allarga verso il mare, il delta. Esempi di foci a delta sono quelle del Po nel Mar Adriatico e del Nilo nel Mar Mediterraneo. Se invece il fiume è povero di detriti o sfocia in una zona di mare dove le correnti e le maree sono particolarmente intense, come negli oceani, i depositi vengono allontanati dalla costa e si forma così una foce a imbuto allungato, l’estuario 1 .
Il corso di un torrente è piuttosto breve, il letto è molto inclinato e le sue acque scorrono tumultuosamente, formando rapide e cascate.
sorgente
Una volta raggiunta la valle, le acque dei torrenti si raccolgono in un corso d’acqua più ampio, il fiume
immissario lago
emissario
La foce a estuario ha forma a imbuto con la parte più ampia rivolta verso il mare o l’oceano.
1 Le parti di un fiume.
Il fiume, nella parte terminale del suo corso, dove la pendenza è minima, cambia spesso direzione formando delle curve dette meandri
La parte terminale del fiume è la foce. Quando l’alveo si divide in tanti rami e i detriti si depositano con la caratteristica forma triangolare si ha una foce a delta
La vita di un fiume
2 L’origine dei laghi.
SI DICE CHE…
Le conche dei laghi d’origine glaciale hanno sempre una forma stretta e allungata
Molti laghi d’origine glaciale hanno una forma circolare in quanto le conche lacustri costituivano i bacini di raccolta della neve. La forma stretta e allungata di molti laghi alpini è il risultato della sovraescavazione glaciale: le lingue glaciali sono avanzate lungo l’andamento delle valli scavate da antichi corsi d’acqua, dando alle conche la loro caratteristica forma.
2 I LAGHI
Durante il loro corso verso il mare, fiumi e torrenti possono riempire avvallamenti e depressioni della superficie terrestre, formando accumuli d’acqua dolce, i laghi
I laghi sono masse di acqua dolce accumulate in conche o depressioni della superficie terrestre.
Gran parte dei laghi contengono acqua dolce, ma alcuni possono essere salati: è il caso del più grande lago del mondo, il Mar Caspio, residuo di un antico oceano, e del Mar Morto.
Nella maggior parte dei casi i laghi sono alimentati dai fiumi che vi confluiscono, gli immissari, e il livello delle loro acque è mantenuto costante dai fiumi in uscita, gli emissari, ma possono essere alimentati anche da sorgenti sotterranee e dalle acque piovane.
Le conche dove si accumulano le acque dei laghi possono avere forme diverse a seconda della loro origine 2 . Nel tempo i laghi vengono progressivamente colmati dai detriti trasportati dagli immissari e a poco a poco si trasformano dapprima in stagni, poi in paludi e infine scompaiono del tutto.
LAGHI DI ORIGINE VULCANICA
I crateri di vulcani spenti, il cui fondo è diventato impermeabile all’acqua, possono diventare dei laghi dalla caratteristica forma circolare. Esempi di laghi d’origine vulcanica sono quelli laziali, come il lago di Nemi e di Albano.
LAGHI DI ORIGINE GLACIALE
L’azione erosiva esercitata da antiche lingue glaciali dà origine a conche strette e allungate che ospitano i laghi d’origine glaciale I laghi prealpini, come il Garda o il lago Maggiore, sono laghi di questo tipo.
LAGHI DI ORIGINE TETTONICA
I laghi tettonici sono molto profondi e si formano in corrispondenza delle depressioni dove la crosta terrestre si è fratturata ed è sprofondata.
I più grandi si trovano in Africa orientale e in Asia, come il lago Bajkal.
3 LE ACQUE SOTTERRANEE
Quando l’acqua piovana si infiltra tra le crepe e le fratture delle rocce, penetra nel sottosuolo finché non incontra uno strato di roccia impermeabile, per esempio argilla, che costringe l’acqua ad accumularsi: è così che si forma una falda acquifera 3 . Esistono due tipi di falde acquifere:
• le falde freatiche sono delimitate da uno strato impermeabile solo nella parte inferiore e si formano a pochi metri di profondità sotto la superficie terrestre;
• le falde artesiane sono più profonde e sono delimitate da due strati impermeabili entro i quali l’acqua è in pressione.
Durante la sua discesa nel sottosuolo, l’acqua viene filtrata e ripulita dalle particelle solide più grandi e dalle impurità. Per questo motivo le falde acquifere sono importanti riserve da cui si può attingere, scavando dei pozzi, per approvvigionarsi di acqua potabile.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Abbina i termini con la definizione corretta.
1 Torrente
2 Fiume
3 Corso superiore
4 Laghi
5 Falde freatiche
3 Una falda acquifera.
a Corso d’acqua perenne.
b Masse di acqua dolce accumulate in conche o depressioni della superficie terrestre.
c Corso d’acqua irregolare che, in genere, si trova in una regione montuosa.
d Accumuli di acqua dolce a pochi metri di profondità sotto la superficie terrestre.
e Comprende la zona a valle della sorgente dove confluiscono più torrenti.
1: 2: 3: 4: 5:
VERSO LE COMPETENZE
Osserva il disegno con attenzione e rispondi alle domande.
Nel disegno delle falde acquifere sono indicati due tipi di pozzi: il pozzo di falda artesiana e il pozzo di falda freatica.
1. Quale dei due pozzi è più profondo?
2. Perché in un pozzo artesiano l’acqua zampilla in superficie?
strato di roccia permeabile
corso d’acqua pozzo di falda freatica
pozzo di falda artesiana
falda freatica
falda artesiana
strati di roccia impermeabile
visual ECO UN OCEANO DI PLASTICA
ogni giorno gli oceani combattono una guerra contro un nemico silenzioso: la PLASTICA. immagina un camion, pieno zeppo di rifiuti di plastica, che ogni minuto butta il suo carico nell’oceano: purtroppo è proprio quello che sta accadendo, tanto che oggi 350 000 tonnellate di plastica galleggiano sulle acque e avvelenano gli oceani.
IL QUINTO CONTINENTE
PACIFIC TRASH VORTEX
Nel centro dell’Oceano Pacifico, tra gli Stati Uniti e il Giappone, si trova un’isola galleggiante “costruita” interamente dall’uomo, la Pacific Trash Vortex, formata da rifiuti plastici sotto forma di sacchetti, contenitori, bottiglie e involucri di ogni tipo. La Pacific Trash Vortex, chiamata anche Quinto continente per la sua estensione, ha iniziato a formarsi a metà del secolo scorso, ma è stata scoperta soltanto negli anni Sessanta. È il risultato dell’azione di trasporto di una corrente oceanica, il Vortice subtropicale del Nord Pacifico che, con il suo movimento, spinge i rifiuti fino al centro dell’oceano, dove si aggregano tra loro formando appunto la Pacific Trash Vortex.
ISOLA DELL’ATLANTICO SETTENTRIONALE
ISOLA DEL PACIFICO MERIDIONALE
ISOLA DELL’ATLANTICO MERIDIONALE
MICROPLASTICHE AL POSTO DEL PLANCTON
Mentre i rifiuti in plastica di dimensioni più grandi rimangono in prossimità delle coste, i frammenti di dimensioni inferiori a 5 mm galleggiano in mare e vengono trascinati dalle correnti. L’azione dei movimenti marini, degli agenti atmosferici e della luce solare sminuzzano la plastica in parti sempre più piccole. Questo tipo di frammenti, chiamato anche microplastica, galleggia sotto alla superficie marina fino a 10 m in profondità. La microplastica è pericolosa per due motivi: rilascia sostanze tossiche che rimangono a lungo nelle acque oceaniche e altera la catena alimentare. Infatti i pesci e tutti gli organismi che si cibano di plancton confondono questi frammenti per cibo e li ingoiano. In questo modo la plastica entra nella catena alimentare e può arrivare fino agli esseri umani.
Oltre alla Pacific Trash Vortex sono state individuate altre quattro isole di plastica, di dimensioni più ridotte. Sorvegliato speciale è anche il Mediterraneo, dove potrebbe verificarsi lo stesso fenomeno.
BUONE NOTIZIE per il futuro!
Di recente sono stati messi in atto dei progetti per ripulire gli oceani, come The Ocean Cleanup che utilizza una macchina per raccogliere rifiuti plastici sfruttando le correnti oceaniche. Tuttavia, la pulizia degli oceani deve partire dalle coste. I maggiori responsabili della formazione della Pacific Trash Vortex sono i paesi asiatici che si affacciano sul Pacifico: Cina, Filippine, Vietnam, Indonesia e Thailandia. È in questi paesi che occorre promuovere la raccolta differenziata dei rifiuti e sviluppare un’economia circolare, in cui tutte le attività, dall’estrazione delle materie prime fino alla produzione dei beni finali, siano organizzate in modo che i rifiuti, anche quelli in plastica, diventino nuovamente delle risorse.
ISOLA DELL’OCEANO INDIANO
4 LEZIONE I GHIACCIAI
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
Il futuro dei ghiacciai
1. Che cos’è la criosfera?
2. Perché i ghiacciai e le calotte polari stanno fondendo?
3. Quali conseguenze avrebbe la risalita del livello dei mari?
4. Quale relazione esiste tra i ghiacciai e l’approvvigionamento energetico?
5. L’analisi delle carote di ghiaccio quali informazioni fornisce?
ORA FERMA L’IMMAGINE!
Metti in pausa il video nei seguenti punti.
6. Metti nella sequenza corretta i disegni che illustrano gli effetti dell’aumento della temperatura sulle acque e sui ghiacci.
1 L’IMPORTANZA DEI GHIACCIAI NEL SISTEMA TERRA
L’Alaska e la Groenlandia sono regioni vicine al circolo polare artico. La maggior parte dei loro territori è coperta da estesi ghiacciai che arrivano fino al mare. Tuttavia, oggi, Alaska e Groenlandia sono diventate il simbolo del riscaldamento globale che sta interessando tutto il sistema Terra: a causa dell’innalzamento della temperatura media del pianeta i ghiacciai stanno fondendo a un ritmo impressionante. Il riscaldamento del clima non colpisce soltanto i ghiacciai polari, ma anche i ghiacciai alpini che continuano a ritirarsi. Per queste ragioni è sempre più importante conoscere le caratteristiche dei ghiacciai e comprendere come è possibile preservarli 1 .
Il ghiacciaio Perito Moreno, in Patagonia.
2 COME SI FORMA UN GHIACCIAIO
Inverno dopo inverno, la neve si accumula nelle conche ad alta quota formando i nevai Il peso degli strati di neve e l’alternarsi del gelo e del disgelo trasformano i fiocchi di neve in granelli di ghiaccio, che si saldano e diventano il ghiaccio compatto che forma i ghiacciai.
Un ghiacciaio è una massa di ghiaccio di notevole spessore che si forma sulle montagne e nelle regioni polari.
La conca dove la neve si accumula e si trasforma in ghiaccio è chiamata bacino di raccolta e si trova sempre al di sopra di una certa quota, il limite delle nevi perenni 2
Oltre questa quota la neve non si scioglie neanche nei mesi più caldi.
3 I GHIACCIAI ALPINI
2 Il limite delle nevi perenni varia a seconda della latitudine.
Alle latitudini polari il limite delle nevi perenni raggiunge il livello del mare.
Alle medie latitudini il limite delle nevi perenni è a circa 3000 m di altezza.
All’Equatore il limite delle nevi perenni supera i 4000 m di altezza.
Nelle regioni montuose i ghiacciai sono relativamente piccoli e racchiusi nelle valli montane: sono chiamati ghiacciai alpini 3
Il bacino di raccolta di un ghiacciaio alpino è una conca tra le cime delle montagne, dove la neve si accumula e si trasforma lentamente in ghiaccio. Per effetto della gravità, il ghiaccio tende a scivolare dal bacino di raccolta verso valle sotto forma di lingue glaciali strette e allungate.
3 Il ghiacciaio dell’Aletsch, in Svizzera, è il ghiacciaio più esteso delle Alpi.
SI DICE CHE…
La fusione dei ghiacci polari ha conseguenze solo sul livello di mari e oceani È stato scoperto che la fusione dei ghiacci polari immette nell’atmosfera grandi quantità di gas metano, un pericoloso gas serra prodotto dall’attività dei microrganismi che vivono sotto il ghiaccio. La fusione del permafrost, lo strato di terreno perennemente ghiacciato che si estende nelle regioni artiche e la conseguente liberazione di metano stanno modificando non solo l’idrosfera e la biosfera, ma anche la composizione dell’atmosfera e la struttura della parte superiore della litosfera, danneggiando le infrastrutture e determinando il crollo degli edifici costruiti in queste regioni.
Le lingue glaciali avanzano in maniera irregolare a causa delle asperità del fondovalle, formando profonde spaccature nella massa di ghiaccio, chiamate crepacci Scivolando verso valle, il ghiacciaio agisce come una lima sulle rocce che formano le pareti e il fondo della valle, staccando frammenti rocciosi di diverse dimensioni: da quelli sottili come polvere a massi giganteschi. Lungo la parte terminale della lingua glaciale, nel bacino di ablazione, il ghiacciaio incontra temperature via via più elevate che provocano la fusione del ghiaccio. I frammenti rocciosi vengono depositati formando degli accumuli chiamati morene, mentre dalla parte terminale della lingua glaciale, il fronte glaciale, sgorga un torrente formato dall’acqua di fusione dei ghiacci
4 Le parti di un ghiacciaio alpino.
Esploriamo il ghiacciaio
5 La calotta antartica.
La Groenlandia, nell’emisfero boreale, e le terre emerse che formano l’Antartide, nell’emisfero australe, sono completamente ricoperte da una calotta di ghiaccio che raggiunge lo spessore di 2 km e che da sola contiene circa il 90% di tutta l’ac qua dolce del mondo 5 . Le calotte glaciali sono anche dette calotte continentali.
bacino di raccolta
lingua glaciale
crepacci
bacino di ablazione
fronte glaciale
morene
I ghiacci dell’Artico, invece, non sono continentali: infatti al Polo Nord non esistono terre emerse, ma arcipelaghi di isole, e i ghiacciai si formano in seguito alla solidificazione delle acque marine quando la temperatura delle acque scende sotto i -2 °C, formando la banchisa 6 .
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. Il riscaldamento del clima ha conseguenze solo sui ghiacciai polari.
6 La banchisa polare.
2. Un ghiacciaio è una massa di ghiaccio che si forma sopra il limite delle nevi perenni.
3. Le lingue glaciali sono accumuli di frammenti rocciosi trasportati dai ghiacciai.
4. La calotta glaciale è detta anche banchisa.
VERSO LE COMPETENZE
Le foto mostrano la regressione del ghiacciaio Mer de Glace sul versante francese del Monte Bianco, a distanza di 100 anni.
Rispondi alle domande
1. Quale fenomeno documenta la fotografia?
2. Secondo te che cosa succederà nei prossimi 100 anni?
LA RISORSA ACQUA 5 LEZIONE
FLIPPED CLASSROOM
Esplora l’oggetto interattivo e scrivi le risposte sul quaderno.
L’acqua invisibile
1. Quale settore produttivo richiede i maggiori quantitativi di acqua dolce?
2. Qual è l’utilizzo principale dell’acqua virtuale contenuta nei pomodori e nelle mele?
3. Consumare meno carne rossa è vantaggioso per la nostra salute e per l’ambiente, e riduce la nostra impronta idrica: sai spiegare le ragioni di questa affermazione?
4. Quali settori produttivi contribuiscono alla confezione di un pigiama di cotone? Perché è necessaria una quantità di acqua così elevata?
1 QUANTA ACQUA CONSUMIAMO?
Visto dallo spazio, il nostro pianeta appare come una brillante perla blu, perché la sua superficie è coperta per più di due terzi di acqua liquida 1 . L’acqua dolce accumulata nelle falde acquifere, nei laghi e nei fiumi, basterebbe a soddisfare i bisogni di tutti gli esseri umani se fosse distribuita in maniera uniforme.
In ogni paese del mondo l’acqua viene usata in maniera diversa. In generale, tuttavia, si può dire che la maggior parte dell’acqua dolce, circa il 70%, è impiegata in agricoltura, il 20% nella produzione industriale e il 10% per i diversi usi domestici, dall’igiene personale, alle pulizie della casa, al bucato 2
Secondo l’ONU il consumo minimo di acqua, necessario per la sopravvivenza di un essere umano, dovrebbe essere di 50 litri al giorno, ma se mettiamo a confronto le situazioni dei diversi paesi scopriamo che ci sono delle grandissime differenze: in Italia una persona consuma ogni giorno 428 litri di acqua, nel Nord America 425 litri e in Africa soltanto 30 litri! In Italia la disponibilità di acqua dolce potabile è buona, anche se diversa da regione a regione, ma anche tu devi imparare a non sprecarla, a cominciare da quella che usi a casa 3 .
1 La perla blu.
2 Consumo di acqua dolce nel mondo, suddiviso in base al settore.
Consumo medio di acqua potabile per l’igiene e la pulizia in genere.
Un bucato in lavatrice consuma dai 7 ai 100 litri di acqua. Le lavatrici di ultima generazione permettono di consumare anche solo 40 litri di acqua a ogni lavaggio.
La lavastoviglie consuma circa 40 litri di acqua, comunque meno dell’acqua che usiamo se laviamo i piatti a mano. Metti in funzione la lavastoviglie solo a pieno carico.
Un bagno rilassante nella vasca può consumare fino a 150-200 litri di acqua. Preferisci la doccia al bagno in vasca.
2 UNA RISORSA VITALE
Lo sciacquone del gabinetto consuma circa 10 litri ogni volta che lo usiamo.
Dai rubinetti della cucina e del bagno ogni giorno escono dai 30 ai 40 litri di acqua, che usiamo per lavare frutta e verdura, cucinare, lavarci le mani e pulire la casa. Installando un riduttore di flusso nei rubinetti si riduce il consumo di circa il 40%.
L’acqua è la risorsa fondamentale per la vita sulla Terra. Senza l’acqua piante, animali ed esseri umani non sarebbero mai esistiti, perché è proprio nell’acqua che ha avuto origine il microrganismo unicellulare da cui tutti discendiamo. Tutti gli esseri viventi hanno bisogno di acqua dolce e liquida per vivere, è una condizione necessaria per la loro sopravvivenza.
Esistono luoghi nel mondo, come i deserti, dove piove molto poco e l’acqua è scarsis sima e altri luoghi, come le regioni equatoriali, dove le piogge sono abbondanti tutto l’anno.
In Europa le condizioni climatiche permettono generalmente di avere un rifornimento costante di acqua dolce, anche se negli ultimi anni si sono registrati periodi di siccità prolungata che hanno avuto serie conseguenze in molte regioni del continente.
L’acqua che consumiamo per dissetarci è acqua potabile. Per essere potabile, cioè “buona da bere”, l’acqua deve essere priva di microrganismi patogeni e deve avere caratteristiche di colore, sapore, odore e torbidità stabilite dalla legge. Nei paesi dell’Unione Europea il rispetto di questi requisiti è garantito da controlli periodici effettuati da laboratori biochimici, ma negli altri paesi del mondo non è così.
La mancanza di acqua potabile ha conseguenze gravi sulla salute, specialmente dei bambini. Le malattie infettive si diffondono con più facilità e praticare l’agricoltura e l’allevamento diventa molto difficile.
L’obiettivo 6 dell’Agenda 2030 è quello di garantire a tutti l’accesso e la gestione sostenibile dell’acqua e delle strutture igienico-sanitarie entro il 2030. L’acqua è talmente preziosa per la vita che è spesso chiamata “oro blu”! È per l’oro blu che oggi si combattono guerre sanguinose, per ottenere il controllo delle aree con maggiori riserve idriche.
3 ACQUA IN PERICOLO
L’inquinamento delle acque
L’inquinamento delle acque.
Le riserve d’acqua dolce sono minacciate dall’inquinamento. L’agricoltura è l’attività che consuma più acqua ed è anche molto inquinante.
L’agricoltura intensiva ha lo scopo di sfruttare al massimo la produttività dei terreni. Per migliorare le coltivazioni e renderle resistenti ai parassiti vengono usati in grandi quantità diversi tipi di prodotti chimici: l’acqua piovana scioglie queste sostanze e le trasporta ai fiumi e, alla fine, l’acqua inquinata raggiunge il mare 4
L’agricoltura estensiva è basata sullo sfruttamento di grandi estensioni di terreno; utilizza enormi quantità di acqua per irrigare i campi e provoca la riduzione delle acque dolci delle falde acquifere, dei laghi e dei fiumi.
I gas di scarico dei veicoli, gli oli del motore, la benzina e la polvere prodotta dall’usura degli pneumatici vengono trascinati dalla pioggia nei corsi d’acqua.
L’agricoltura utilizza concimi, pesticidi e insetticidi che finiscono nei fiumi e nelle falde sotterranee.
Le attività quotidiane di una famiglia producono acque sporche, chiamate acque reflue (o acque di scarico). Queste acque vengono convogliate nelle reti fognarie e successivamente depurate, prima di essere riversate nei fiumi e nei mari. In molte località, tuttavia, la depurazione delle acque non avviene ancora.
Le industrie producono acque reflue cariche di metalli e sostanze chimiche, le quali, se non vengono correttamente depurate prima di essere immesse nel sistema fognario, creano gravi danni all’ambiente.
Da qualche decennio esiste l’agricoltura biologica, un modello di produzione agricola che evita lo sfruttamento eccessivo di acqua, rispetta la naturale fertilità e la capacità di rigenerazione del suolo ed esclude l’utilizzo di fertilizzanti e insetticidi chimici. L’Unione Europea ha introdotto un logo che identifica i prodotti alimentari che, secondo un organismo di controllo autorizzato, soddisfano condizioni rigorose per la produzione, il trattamento, il trasporto e l’immagazzinamento.
Ciò rende più facile identificare i prodotti biologici e la commercializzazione in tutta l’Unione Europea 5
L’impronta idrica è un importante parametro ambientale che contribuisce a determinare l’impronta che un individuo, una città o una nazione ha sul consumo di acqua dolce: misura il volume totale di risorse idriche necessarie a produrre beni e servizi consumati da una popolazione.
All’interno di questo parametro, l’impronta idrica blu indica il volume di acqua dolce prelevato da fiumi, laghi e dalle falde acquifere; l’impronta idrica verde corrisponde al volume di acqua piovana che evapora o traspira dalle piante e dai terreni; l’impronta idrica grigia indica la quantità di risorse idriche necessarie a diluire il volume di acqua inquinata per far sì che la qualità delle acque dolci rimanga accettabile. Le tre impronte forniscono informazioni complete sul consumo idrico, ma incidono in modo differente sul ciclo dell’acqua: il volume di “acqua verde”, per esempio, provoca un minore impatto sugli equilibri ambientali rispetto a quello di “acqua blu” 6
5 Logo che identifica un prodotto biologico nell’Unione Europea.
6 L’impronta idrica.
IMPRONTA
VERSO LE COMPETENZE
Leggi le indicazioni per ridurre l’impronta idrica della tua famiglia e commentale in classe con i tuoi compagni.
Chiedi ai tuoi genitori di installare i riduttori di flusso nei rubinetti del bagno e della cucina: si riduce il consumo di acqua di circa il 40%.
Metti in funzione la lavastoviglie solo a pieno carico.
Consiglia ai tuoi familiari di far montare lo sciacquone a due pulsanti, per effettuare uno scarico totale o ridotto della metà.
Raccogli l’acqua piovana per bagnare le piante di casa.
Quando ti lavi i denti non lasciare scorrere l’acqua: risparmi 24 litri di acqua al giorno!
Preferisci la doccia al bagno in vasca.
L’acqua del rubinetto di casa è sicura e controllata ogni giorno.
Proponi ai tuoi familiari di ridurre i consumi di acqua minerale imbottigliata. È anche un modo per limitare l’inquinamento ambientale dovuto alla plastica.
CITTADINANZA ATTIVA UN PIANETA DA CONSERVARE : L’ AGENDA 2030
1 VERSO UNO SVILUPPO SOSTENIBILE
Le risorse offerte dalla Terra sono limitate ed esauribili. Usiamo l’acqua, consumiamo il suolo, inquiniamo l’aria troppo velocemente rispetto alla naturale capacità della Terra di rigenerare le risorse naturali e assorbire i nostri rifiuti.
Per queste ragioni l’ONU, l’Organizzazione delle Nazioni Unite, ha proposto di ripensare al nostro modello di sviluppo economico e di scegliere la strada della tutela e della conservazione delle risorse naturali
Da queste considerazioni ha preso forma l’Agenda Globale per lo Sviluppo Sostenibile
2 CHE COS’È LO SVILUPPO SOSTENIBILE?
Lo sviluppo sostenibile è un modello di sviluppo in grado di soddisfare i bisogni della generazione presente senza compromettere la possibilità delle generazioni future di soddisfare i propri.
1 Rappresentazione grafica dello sviluppo sostenibile.
La definizione di sviluppo sostenibile, proposta nel 1987, vuole farci capire che non è possibile continuare con uno sfrenato utilizzo delle risorse naturali, in quanto esse non sono infinite. Il consumo delle risorse naturali genera processi irreversibili, come ad esempio l’estinzione di specie animali e la desertificazione, o processi che sono sì reversibili ma solo in periodi di tempo molto più lunghi della durata della vita di un uomo come, ad esempio, il processo di rimboschimento delle foreste.
sviluppo sociale
sviluppo realizzabile sviluppo vivibile sviluppo equo sviluppo sostenibile
sviluppo ambientale sviluppo economico
Lo sviluppo sostenibile introduce anche due concetti: quello di equilibrio tra uomo e ambiente, in base all’idea per la quale il consumo di una risorsa naturale non deve superare la capacità della Terra di rigenerarla, e il concetto di equità, in quanto a tutti gli abitanti della Terra deve essere garantita la giusta parte di risorse necessarie per aspirare a una vita migliore.
Per questi motivi la sostenibilità ha tre componenti fondamentali 1 :
• economica: dare lavoro a tutti gli esseri umani per garantire il sostentamento della popolazione ed eliminare le disuguaglianze sociali;
• sociale: garantire a tutti istruzione, sicurezza, sanità e giustizia;
• ambientale: conservare e tutelare la capacità della Terra di rigenerare le risorse naturali.
MISSION 2030
3 2015: NASCE L’AGENDA 2030
Il 25 settembre 2015 i 193 paesi membri dell’Assemblea Generale dell’ONU hanno approvato un accordo, l’Agenda Globale per lo Sviluppo Sostenibile, e 17 obiettivi 2 che questi paesi si impegnano a raggiungere entro il 2030.
L’Assemblea dell’ONU ha espresso un chiaro giudizio sull’insostenibilità dell’attuale modello di sviluppo e per la prima volta il problema ambientale è stato trattato insieme ai temi sociali ed economici, superando definitivamente l’idea che la sostenibilità sia unicamente una questione ambientale.
2 I 17 obiettivi dell’Agenda Globale per lo Sviluppo Sostenibile.
I 17 OBIETTIVI per lo sviluppo sostenibile dell’Agenda 2030
Questo accordo, chiamato brevemente Agenda 2030 3 , si propone come un programma d’azione internazionale per le persone, il pianeta e la prosperità. Il termine Agenda sottolinea che gli obiettivi di sviluppo non sono dei propositi generici ma dei veri e propri impegni.
L’Agenda 2030 individua 5 ambiti di azione, definiti le cinque P dalle iniziali delle parole inglesi:
• Persone (People): porre fine alla povertà e alla fame;
• Pianeta ( Planet ): proteggere il pianeta dalla degradazione, gestendo le risorse in maniera consapevole e sostenibile e adottando misure urgenti riguardo il cambiamento climatico;
• Prosperità (Prosperity): garantire vite soddisfacenti dal punto di vista economico e sociale in armonia con la natura;
• Pace (Peace): promuovere società pacifiche, eque e inclusive;
• Collaborazione (Partnership): raggiungere gli obiettivi proposti nell’Agenda attraverso la solidarietà globale e la collaborazione di tutti i paesi.
3 L’avvio ufficiale dell’Agenda 2030 ha coinciso con l'inizio del 2016.
RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI
CON LA MAPPA
1 Completa la mappa con le parole chiave mancanti. acque dolci – falde acquifere – fiumi – ghiacciai – moto ondoso – oceani e mari
1. L’IDROSFERA
comprende
che hanno
una elevata
1. acque salate
3. salinità distribuite in
raccolte in
9.
che sono interessati da
5. movimenti
distinti in
6. 7. correnti
provocato dall’azione del vento
provocate da diversità di salinità e temperature
provocate dall’attrazione di Luna e Sole 8. maree
10. laghi
11.
12.
che sono corsi d’acqua perenni
che si formano in conche e depressioni
che derivano dalla compattazione della neve accumulata sulle montagne
che sono accumuli di acque nel sottosuolo
2 Inserisci accanto a ogni definizione il numero che corrisponde alla parola chiave usata nella mappa.
a. Quantità di sali disciolti in un certo volume di acqua.
b. Serbatoi sotterranei di acqua dolce.
c. Movimenti costanti di grandi masse d’acqua.
d. Masse di acqua dolce accumulate in conche o depressioni di diversa origine.
L’IDROSFERA
CON LA SINTESI
1 LEZIONE L’ACQUA E LE SUE PROPRIETÀ
L’acqua è la sostanza fondamentale per la vita di tutti gli organismi: ha caratteristiche proprie dei liquidi e possiede proprietà che le permettono di svolgere una funzione importante nei fenomeni naturali. La tensione superficiale è la particolare resistenza superficiale dell’acqua, causata dalle forze di coesione tra le molecole quando l’acqua è allo stato liquido.
La capillarità è la capacità dell’acqua di risalire all’interno di tubi sottili sfruttando le forze di adesione delle molecole alle pareti dei recipienti.
La pressione idrostatica è il peso che l’acqua esercita sul fondo del recipiente che la contiene. La pressione idrostatica è responsabile della proprietà dei vasi comunicanti, cioè il comportamento dell’acqua di disporsi allo stesso livello all’interno di recipienti in comunicazione tra loro.
L’acqua ha un elevato calore specifico; a differenza delle altre sostanze, l’acqua raggiunge la massima densità quando è liquida e diventa meno densa quando si trasforma in ghiaccio.
L’acqua è anche un ottimo solvente, capace di sciogliere la maggior parte delle sostanze presenti sulla Terra.
2 LEZIONE IL MARE E I SUOI MOVIMENTI
In natura l’acqua non è una sostanza pura, ma una soluzione di gas e sali minerali. La salinità indica quanti grammi di sali sono disciolti in un litro di acqua.
Le acque sono classificate in acque salate, che contengono in media 35 grammi di sali per litro, e in acque dolci che contengono piccole quantità di sali e per questo sono utilizzabili dagli organismi. Il sale più abbondante nelle acque salate è il cloruro di sodio. Le acque salate si raccolgono in ampie depressioni della superficie terrestre formando oceani o mari. Gli oceani sono vaste distese d’acqua che separano i continenti; i mari sono bacini meno estesi che bordano tratti di costa o sono interni ai continenti stessi. Le acque di mari e oceani sono interessate dal moto ondoso, cioè dal movimento irregolare della superficie delle acque causato dall’azione dei venti; dalle maree, cioè innalzamenti e abbassamenti periodici del livello del mare; dalle correnti, cioè grandi masse d’acqua che si muovono all’interno di mari e oceani. Sono movimenti costanti che possono essere superficiali o profondi.
3
LEZIONE LE ACQUE CONTINENTALI
Le acque continentali comprendono le acque dolci presenti sulla superficie terrestre. I torrenti sono corsi d’acqua brevi che durante l’estate possono rimanere asciutti; i fiumi alternano periodi di piena con periodi di secca ma non sono mai privi di acqua. Al termine del suo corso, il fiume arriva alla foce, cioè sbocca in un lago, nel mare o nell’oceano. La foce a delta ha forma triangolare; la foce a estuario ha forma a imbuto. I laghi sono acque dolci accumulate in conche e depressioni della superficie terrestre.
Le falde acquifere sono serbatoi sotterranei di acqua dolce. Quando l’acqua piovana si infiltra nelle fratture delle rocce e incontra strati di rocce impermeabili, si formano due tipi di falde: le falde freatiche, a pochi metri di profondità dalla superficie, e le falde artesiane, più in profondità.
4 LEZIONE I GHIACCIAI
Un ghiacciaio è una massa di ghiaccio che si è formata in seguito alla trasformazione della neve accumulata nei nevai delle montagne e delle regioni polari. Il bacino di raccolta, la conca dove la neve si deposita, si trova sempre al di sopra del limite delle nevi perenni.
I ghiacciai alpini si formano nelle regioni montuose.
Dal bacino di raccolta, che si trova tra le cime delle montagne, scivolano verso valle le lingue glaciali che erodono le rocce e trasportano i detriti davanti al fronte glaciale, dove si accumulano formando le morene. I ghiacciai continentali, chiamati anche calotte polari, sono grandi estensioni di ghiaccio che coprono l’Antartide e la Groenlandia. La banchisa si forma per solidificazione della superficie delle acque marine che circondano le zone polari.
5 LEZIONE ECO LA RISORSA ACQUA
L’acqua dolce è una risorsa fondamentale per la vita di tutti gli organismi, ma non è distribuita uniformemente ed è minacciata da diverse forme di inquinamento provocate dall’agricoltura intensiva, dalle attività industriali e dagli insediamenti umani che immettono acque di scarico nei fiumi e nelle falde.
Circa il 70% dell’acqua dolce disponibile è impiegata in agricoltura, il 20% nella produzione industriale e il 10% per i diversi usi domestici. Perché sia potabile, cioè adatta per dissetarci, l’acqua deve essere priva di microrganismi patogeni e non deve essere inquinata.
1 LEZIONE L’ACQUA E LE SUE PROPRIETÀ
1 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. L’idrosfera comprende tutte le acque allo stato liquido. V F
b. L’acqua quando solidifica aumenta la sua densità. V F
c. La tensione superficiale spiega il principio dei vasi comunicanti. V F
d. La capillarità è la capacità di un liquido di risalire all’interno di tubi sottili. V F
2 Scegli la soluzione corretta.
a. Le acque continentali costituiscono:
1 il 97% delle acque dell’idrosfera.
2 l’1% delle acque dell’idrosfera.
3 il 3% delle acque dell’idrosfera.
4 il 30% delle acque dell’idrosfera.
b. Quale proprietà sfruttano gli insetti che camminano sull’acqua?
1 La capillarità.
2 La pressione idrostatica.
3 Sottolinea le parole sbagliate presenti nel brano.
Una delle caratteristiche fisiche dell’acqua è il suo ridotto calore specifico. L’acqua liquida, infatti, si riscalda e si raffredda più velocemente delle rocce che formano la litosfera.
Per questa ragione la tensione superficiale delle acque di mari e oceani rimane costante durante tutto l’anno.
2
LEZIONE IL MARE E I SUOI MOVIMENTI
4 Sottolinea il termine corretto tra i due proposti.
a. Le distese d’acqua che separano i continenti si chiamano oceani/mari
b. Il sale più abbondante nelle acque marine è il solfato di sodio/cloruro di sodio
c. Il moto ondoso è un movimento costante/irregolare che interessa la superficie dei mari.
d. La corrente del Golfo è una corrente fredda/calda che scorre nell’Oceano Atlantico.
5 Abbina il termine con la definizione corretta.
3 La tensione superficiale. Il potere solvente.
1. Maree
2. Frangente 3. Correnti 4. Cresta
c. Quale fenomeno è rappresentato nel disegno?
1 La capillarità.
2 La tensione superficiale.
3 La comprimibilità dell’acqua.
4 Il principio dei vasi comunicanti.
a Movimenti costanti delle acque marine.
b Punto più alto di un’onda.
c Variazioni periodiche del livello del mare.
d Onda che si rovescia sulla costa.
1. 2. 3. 4.
6 Scegli il completamento corretto.
a. La salinità delle acque marine: 1 dipende dall’evaporazione delle acque superficiali.
2 non è la stessa negli oceani e nei mari.
3 dipende dall’apporto di acque dolci.
4 tutte le affermazioni sono corrette.
3 LEZIONE LE ACQUE CONTINENTALI
7 Osserva il disegno e inserisci accanto a ogni termine il numero corrispondente.
a. Delta
b. Lago
c. Estuario
d. Sorgente
e. Emissario
f. Meandro
g. Immissario
8 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
LEZIONE I GHIACCIAI
4
10 Abbina i termini con la definizione corretta.
1. Banchisa
2. Morene 3. Calotte 4. Crepacci
a Accumuli di frammenti rocciosi trasportati dal ghiacciaio.
Ghiaccio formato dalla solidificazione delle acque marine.
Profonde spaccature delle masse di ghiaccio.
Vaste estensioni di ghiacci che coprono l’Antartide e la Groenlandia.
1. 2. 3. 4.
Scegli la soluzione corretta.
a. I torrenti sono corsi d’acqua irregolari. V F
b. Il delta è una foce a forma di imbuto. V F
c. Gli emissari sono fiumi che apportano acqua ai laghi. V F
d. Le acque delle falde freatiche sono delimitate da due strati di rocce impermeabili. V F
9 Scegli il completamento corretto.
a. I meandri di un fiume si trovano:
1 nel corso superiore.
2 nel corso medio.
3 nel corso inferiore.
4 alla foce.
b. La sorgente di un fiume si trova:
1 nel corso inferiore.
2 nel corso superiore.
3 nel corso medio.
4 tutte le risposte precedenti sono corrette.
Un nevaio è:
la quota al di sopra della quale la neve rimane tutto l’anno.
un tipo di ghiacciaio.
3 un accumulo di neve ad alta quota.
4 un ghiacciaio formato da acqua salata.
b. I ghiacciai che si trovano sui rilievi montuosi sono:
1 di tipo alpino.
2 di tipo continentale.
3 banchise polari. 4 nevai.
5 LEZIONE LA RISORSA ACQUA
12 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. Le risorse naturali sono limitate. V F
b. La produzione agricola consuma pochissima acqua. V F
c. L’agricoltura biologica consuma meno acqua e suolo rispetto all’agricoltura tradizionale. V F
d. Le acque reflue sono acque di scarico prodotte dalle attività quotidiane. V F
e. L’impronta ecologica misura il consumo idrico di una città. V F
METTI ALLA PROVA LE TUE COMPETENZE
TRARRE INFORMAZIONI DA UN’IMMAGINE
1 Osserva l’immagine e rispondi alle domande.
a. Quale proprietà osservi?
b. Da che cosa è prodotta?
TRARRE INFORMAZIONI DA UN’IMMAGINE
3 Dai il titolo all’immagine e rispondi alle domande.
a. Da che cosa dipende la diversa salinità di mari e oceani?
2 Osserva l’immagine e rispondi alle domande.
a. Quale titolo daresti all’immagine?
b. A quale fenomeno si riferisce? Descrivilo con le tue parole.
b. In quali aree del pianeta la salinità raggiunge i valori più elevati?
c. Qual è la salinità media del Mar Mediterraneo?
RIFLETTERE E SPIEGARE
4 Rispondi alle domande.
a. Dove sono convogliati gli scarichi che provengono dalle nostre abitazioni?
b. Quale trattamento dovrebbero subire gli scarichi urbani prima di essere immessi di nuovo nelle acque di fiumi e mari?
c. In che modo i mezzi di trasporto possono arrivare a inquinare le acque? Fai un’ipotesi.
corso d’acqua pozzo di falda freatica
pozzo di falda artesiana
falda freatica falda artesiana
strato di roccia permeabile
strati di roccia impermeabile
salinità (‰)
d. La maggior parte delle sostanze contenute negli scarichi industriali è pericolosa per gli organismi animali e vegetali: spiega che cosa significa e quali trattamenti dovrebbero subire le acque di scarico delle industrie.
e. Perché anche le attività agricole sono responsabili dell’inquinamento dei fiumi e delle falde acquifere?
OSSERVARE E TRARRE CONCLUSIONI
5 I ghiacciai della Terra oggi corrono gravi rischi a causa del riscaldamento globale (in inglese global warming). La foto scattata da un satellite mostra l’attuale situazione dei ghiacci del Polo Nord.
Rispondi alle domande.
a. Quali aree sono coperte dai ghiacci del Polo Nord?
TRARRE INFORMAZIONI DA UN TESTO E RICERCARE INFORMAZIONI
6 Leggi il brano.
LA CORRENTE DEL BENGUELA E LA CORSA DELLE SARDINE
Le coste dell’Africa meridionale sono lambite da due correnti prevalenti, una diretta a sud, sulla costa occidentale, la corrente fredda del Benguela, e una diretta a nord, sul lato orientale, la corrente d’Aghulas, con temperatura di due gradi superiore alle acque circostanti dell’oceano, che mitiga il clima, creando un ambiente subtropicale nella zona costiera settentrionale del paese. Le sardine per una decina di mesi l’anno vivono in acque profonde, lungo le coste dell’Oceano Atlantico. Durante l’inverno australe alcune correnti oceaniche trascinano masse d’acqua dagli strati più profondi e freddi, ricchi di nutrienti e di plancton, verso la superficie, convogliandole verso nord. Un’enorme quantità di cibo è veicolata dalla corrente ed è alla base della catena alimentare di tutto il sud del continente africano. Grazie a queste dinamiche oceaniche si origina la più grande migrazione di biomassa del pianeta, fenomeno noto come sardin run. Milioni di sardine si spostano verso il Capo di Buona Speranza per nutrirsi e riprodursi. Questa migrazione attira e nutre milioni di animali di varie specie: uccelli, pesci, delfini, otarie, pinguini, leoni marini nonché moltissimi esseri umani. Alcuni studi sulla preistoria umana indicano che le coste del Sud Africa sono state la culla della specie Homo sapiens: sembra che il nutrimento a base di molluschi e pesci marini, le sardine in particolare, abbia permesso lo sviluppo del cervello e la spinta evolutiva dell’essere umano. Oggi le sardine sono minacciate dalla pesca illegale: difenderle significa tutelare la nostra origine e anche il nostro futuro.
(Tratto e adattato dal sito www.paolo-fossati.com)
b. Che cosa indica la linea gialla tracciata sulla fotografia?
c. Quale fenomeno documenta la fotografia?
Rispondi alle domande e svolgi le attività proposte, da solo o in gruppo con i tuoi compagni.
a. Perché le correnti portano tanto nutrimento in superficie?
b. Che cosa provoca questo fenomeno?
c. Perché la corsa delle sardine è fondamentale nella catena alimentare?
d. Che legame c’è con l’evoluzione della nostra specie?
A glacier is a block of very thick ice which forms on mountains and around polar regions. During winter, at high altitudes snow accumulates in cirques and forms ice fields. Intense cold and thawing make the snow layers extremely heavy and snowflakes turn into granules of ice. These granules compress together to form compact blocks and they become glaciers.
In a cirque, snow accumulates in an accumulation zone and turns into ice. This basin must be above a certain altitude called the snow line. When snow is above the snow line it does not melt completely, not even in a hot month. The snow line reaches different levels depending on the latitude. Around the polar regions, snow reaches sea level while at mid-latitudes it reaches around 3000 m. At the equator, it often exceeds 5000 m.
GLACIERS CLIL
lossario
GLACIER ghiacciaio
CIRQUE conca
ICE FIELD nevaio
Every year, snow in polar regions reaches sea level. Here the surface of the water freezes and forms pack ice
THAWING disgelo
PACK ICE banchisa
ICE SHEET calotta
In tropical regions, glaciers form ice sheets on very high mountain peaks like Mount Kilimanjaro in Africa. Here the snow line is much higher than on the Alps.
Gravity has a special effect on Alpine glaciers. It forces ice into the collation basin and towards the valley like a long, thin tongue of ice. These glaciers move slowly downwards. We can say that the water which forms glaciers can move, even if it is solid.
COMPREHENSION EXERCISES
True or false?
a. The snow line on the Alps is lower than in Norway. T F
b. Tropical glaciers form ice sheets. T F
c. Glaciers are slowly moving even if they are made of solid water. T F
d. There are no glaciers in Africa. T F
e. An accumulation of snowflakes results in ice. T F
L’ ATMOSFERA
1 LEZIONE UN INVOLUCRO GASSOSO : L’ ATMOSFERA
3 LEZIONE L’ UMIDITÀ ATMOSFERICA 2 LEZIONE LA PRESSIONE ATMOSFERICA
I grandi edifici di mattoni, pietra, vetro e cemento armato, insieme alle strade asfaltate e alle altre infrastrutture, sono responsabili dell’effetto “isola di calore” che si verifica, soprattutto nelle città, in seguito al surriscaldamento dei materiali da costruzione.
Grazie alle ricerche nel campo della bioingegneria, oggi sono a disposizione dell’edilizia biomateriali in grado non solo di rendere le nostre città più adatte al cambiamento climatico, ma anche di ridurre le emissioni di gas serra e persino l’inquinamento acustico.
Gli edifici sostenibili di domani saranno realizzati con materiali edili composti da rifiuti e materiali naturali, come scarti di demolizione, canapa, alghe, lana, paglia e argilla, in grado di ridurre le temperature all’interno dei centri urbani. Nell’economia circolare non ci sono sprechi: le macerie dell’edilizia, che oggi rappresentano un problema per il loro smaltimento, in futuro potranno trasformarsi in “oro bruno”, cioè rifiuti edili riciclabili in grado di diventare nuovi materiali di costruzione.
“Possiamo progettare il mondo di domani con i rifiuti di oggi, mentre progettiamo un mondo senza rifiuti”, ha spiegato Ditte Lysgaard Vind, specialista danese di economia circolare.
Parole per capire
Isola di calore • È il microclima delle aree urbane che presenta una temperatura anche di 5 °C maggiore rispetto alle aree extraurbane.
Bioingegneria • Settore dell’ingegneria che consiste nell’analisi e nella progettazione di nuovi strumenti nell’ambito dei processi biologici, alimentari, agricoli e ambientali.
1 LEZIONE UN INVOLUCRO GASSOSO :
L’ ATMOSFERA
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
L’origine dell’atmosfera
1 Il vento è aria in movimento.
1. Perché i gas dell’atmosfera primordiale si sono dispersi nello spazio?
2. In che modo l’attività vulcanica primordiale ha modificato la composizione dell’atmosfera?
3. In che modo si sono formate le prime molecole organiche?
4. Quale importante avvenimento biologico si è verificato in seguito alla formazione dello strato di ozono ad alta quota?
Metti in pausa il video nei seguenti punti.
5. Dai un titolo alle immagini e rispondi alla seguente domanda: “In che modo la litosfera ha contribuito alla riduzione della concentrazione di diossido di carbonio nell’atmosfera?”.
1 L’ATMOSFERA È COSTITUITA DALL’ARIA
Invisibile, impalpabile, incolore, l’aria è ovunque intorno a noi. Ci accorgiamo della sua presenza quando si muove e genera il vento che asciuga i panni stesi, gonfia le vele delle barche, solleva la polvere o ci ostacola quando avanziamo in bicicletta 1 . L’aria che circonda la Terra costituisce l’atmosfera
L’atmosfera è un involucro di gas che circonda la Terra.
L’atmosfera contiene l’aria che respiriamo, protegge la Terra dalle radiazioni solari più dannose e dai meteoriti che provengono dallo spazio.
L’atmosfera possiede tutte le caratteristiche della materia allo stato aeriforme:
• non ha né forma né volume propri;
• è comprimibile, cioè il suo volume può variare a seconda della pressione che viene esercitata su di essa;
• è elastica, cioè tende a riacquistare il suo volume originario quando non viene più sottoposta a pressione;
• ha una massa, essendo costituita da tutti gli atomi e le molecole dei gas atmosferici; di conseguenza esercita una pressione sulla superficie terrestre.
ORA FERMA L’IMMAGINE!
2 LA COMPOSIZIONE DELL’ATMOSFERA
L’atmosfera è un miscuglio di gas diversi.
A livello del mare, essa è formata prevalentemente da azoto (che costituisce circa il 78%) e ossigeno (21% circa); per il rimanente 1%, l’atmosfera è costituita da argon, anidride carbonica, ozono e altri gas 2 .
• L’azoto (simbolo chimico N2) è il gas più abbondante dell’atmosfera. È un gas inerte e non è coinvolto direttamente nella maggior parte delle reazioni chimiche che avvengono nell’aria. Negli organismi entra a far parte delle proteine e degli acidi nucleici Nonostante la sua concentrazione elevata in atmosfera, solo alcuni batteri, i batteri azotofissatori, riescono a utilizzarlo direttamente sotto forma di azoto molecolare N2 e a fissarlo in composti azotati che cedono alle piante con le quali vivono in simbiosi.
• L’ossigeno (O2) è un gas molto reattivo (cioè forma composti chimici con molti altri elementi) e partecipa a numerose reazioni chimiche : per esempio, entra continuamente nell’atmosfera come prodotto della fotosintesi svolta dai vegetali, per poi essere utilizzato da quasi tutti gli organismi nella respirazione. Inoltre, è indispensabile in molti altri processi come l’ossidazione, responsabile della formazione della ruggine sugli oggetti di ferro, e la combustione, per esempio del legno e dei carburanti.
• L’anidride carbonica, o diossido di carbonio (CO2), è presente nell’atmosfera in minima quantità, circa lo 0,03%, ma è fondamentale per la vita delle piante che la utilizzano nella fotosintesi, insieme all’acqua, per produrre zuccheri. L’anidride carbonica è, inoltre, il prodotto della respirazione degli organismi, della decomposizione dei resti organici e della combustione. Si scioglie facilmente nell’acqua marina, dove viene assorbita dagli animali che la utilizzano per produrre gusci e scheletri.
• Altri gas che entrano nella composizione dell’aria sono l’argon, l’elio e l’idrogeno, che insieme costituiscono solo lo 0,97% del totale.
La composizione dell’aria risente del contatto diretto con la superficie terrestre e con gli organismi: nell’aria, infatti, sono presenti quantità variabili di vapore acqueo e di pulviscolo atmosferico.
• Il vapore acqueo, prodotto dall’evaporazione delle acque superficiali della Terra, dalla traspirazione e dalla respirazione di piante e animali, determina l’umidità dell’atmosfera. È presente in percentuali variabili che dipendono dalle condizioni dei luoghi di osservazione.
• Il pulviscolo atmosferico, o particolato, è formato da microscopiche particelle solide, come pollini, ceneri finissime emesse dai vulcani e polveri, spesso prodotte dalle attività umane.
I gas atmosferici rimangono attorno alla Terra e non si disperdono nello spazio perché sono trattenuti dalla forza di gravità terrestre. Tuttavia, la forza di attrazione diventa sempre più debole man mano che ci si allontana dalla superficie della Terra; per questo motivo la maggior parte dei gas atmosferici si trova nei primi 20 km di altezza. Salendo verso l’alto la composizione dell’atmosfera non cambia, ma diminuisce la sua densità; l’atmosfera diventa cioè via via più rarefatta. Oltre i 2500 km d’altezza dalla superficie terrestre le molecole di gas non risentono più dell’azione della forza di gravità e sfuggono via nello spazio.
2 Composizione percentuale dell’aria secca (senza vapore acqueo e inquinanti).
azoto (N2)
ossigeno (O2)
argon, anidride carbonica, ozono, altri gas
3 GLI STRATI CHE FORMANO L’ATMOSFERA
L’atmosfera può essere descritta come un involucro gassoso formato da una serie di strati concentrici sovrapposti, diversi tra loro per temperatura, composizione e densità. La separazione tra i vari strati non è netta, ma avviene attraverso sottili zone di transizione chiamate pause. Procedendo dalla superficie terrestre verso l’alto, incontriamo nell’ordine: la troposfera, la stratosfera, la mesosfera, la termosfera e l’esosfera 3
■ La troposfera
È la parte più vicina alla superficie terrestre; il suo spessore varia tra i 10 km sopra i Poli e i 15-18 km sopra l’Equatore. È lo strato più denso dell’atmosfera e contiene vapore acqueo, responsabile della formazione delle nubi e delle precipitazioni (pioggia, neve, grandine). L’aria della troposfera è riscaldata “dal basso” dal calore emesso dalla superficie terrestre, in misura diversa secondo le regioni e le stagioni. La temperatura diminuisce mediamente di 6 °C ogni kilometro di altezza, tanto che nella parte superiore si raggiungono i –50 °C.
■ La stratosfera
La stratosfera si estende fino a circa 50 km di altezza. I gas che la formano sono gli stessi della troposfera e in uguali proporzioni, ma molto più rarefatti. In questo strato
3 Gli strati dell’atmosfera.
oltre gli 80 km di quota la temperatura aumenta
tra 50 e 80 km la temperatura diminuisce
tra 20 e 50 km la temperatura aumenta
tra 0 e 20 km di quota la temperatura diminuisce di 6 °C ogni 1000 m
Una struttura a strati
si forma l’ozono, un gas che assorbe la maggior parte delle radiazioni ultraviolette emesse dal Sole, dannose per tutti gli organismi. La concentrazione di ozono è massima tra i 15 e i 50 km di altezza; questo strato è chiamato ozonosfera. Nella stratosfera la temperatura continua ad abbassarsi ma nella zona più esterna ritorna a salire a causa delle reazioni chimiche che avvengono nell’ozonosfera.
■ La mesosfera
La mesosfera si estende fino a circa 90 km di altezza. Qui la temperatura riprende a diminuire, fino a raggiungere valori di –90 °C. La composizione è simile a quella degli strati sottostanti, ma i gas diventano ancora più rarefatti. Nella mesosfera le meteore, cioè i frammenti rocciosi provenienti dallo spazio, diventano incandescenti e visibili, producendo il fenomeno delle stelle cadenti
■ La termosfera
La termosfera si estende fino a circa 500 km di altezza. La temperatura sale perché le molecole di gas si muovono a velocità molto elevate, ma il freddo è comunque insopportabile. Nella termosfera e nella mesosfera, al di sopra dei 70 km di quota, si trova la ionosfera , uno strato in cui, per effetto delle radiazioni solari, le molecole di molti gas sono trasformate in ioni
La ionosfera è importante perché riflette le onde radio emesse dalla superficie terrestre, permettendo le telecomunicazioni anche a grande distanza. Inoltre i gas ionizzati reagiscono con le particelle solari, dando origine allo spettacolare fenomeno delle aurore polari, osservabili nelle località prossime ai Poli 4
■ L’esosfera
È lo strato più esterno dell’atmosfera e il più rarefatto. In questa zona, estesa fino a oltre 2500 km, le particelle di gas sfumano gradualmente nello spazio interplanetario.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. L’azoto è il gas più abbondante dell’atmosfera.
2. L’aria diventa sempre più rarefatta con l’aumento della quota.
3. La troposfera è lo strato dell’atmosfera più vicina alla superficie terrestre.
4. La ionosfera è lo strato intermedio fra la stratosfera e la mesosfera.
5. L’esosfera è lo strato dell’atmosfera più esterno e rarefatto.
VERSO LE COMPETENZE
4 L’aurora polare.
Sulla base delle tue conoscenze, prova a formulare delle ipotesi per spiegare il fenomeno descritto.
L’aria è inafferrabile, ma esiste e ha particolari proprietà: per esempio è elastica. Lo puoi verificare con un palloncino gonfiabile e un pennarello indelebile, seguendo queste indicazioni. Gonfia il palloncino d’aria e chiudilo per bene; poi disegna sopra delle figure. Adesso schiaccia delicatamente il palloncino senza farlo scoppiare: osserverai che le figure si deformano. Quando però rilasci il palloncino, i disegni tornano come li avevi fatti.
2 LEZIONE LA PRESSIONE ATMOSFERICA
LAB STEM
“LEGGERO COME L’ARIA”… O NO?
Poiché è materia, l’aria ha una massa e quindi un peso. Pur essendo essa estremamente leggera (1 litro d’aria pesa circa 1 grammo!), è possibile osservare gli effetti della sua forza sugli oggetti. Scoprilo con questa semplice esperienza.
■ REALIZZA L’ESPERIMENTO
MATERIALI
• un contenitore trasparente
• un barattolo in vetro (come quelli della marmellata)
• acqua
• un tappo di sughero
• un foglio di cartoncino
PROCEDIMENTO
1. Versa l’acqua nella bacinella, in modo da riempirla fino a metà, e appoggia il tappo di sughero sulla superficie.
2. Capovolgi il barattolo sopra il tappo di sughero. Premi sul barattolo in modo da spingerlo fino al fondo della bacinella.
■ OSSERVA E RISPONDI
1. Che cosa succede al tappo quando lo copri con il barattolo? Resta a galla o accade qualcos’altro?
2. Secondo te, il barattolo è vuoto o lo è solo in apparenza?
3. Quale può essere l’origine della forza che agisce sul tappo di sughero?
4. Scrivi la relazione dell’esperimento.
1 ANCHE L’ARIA PESA
La miscela di gas che compone l’atmosfera è trattenuta attorno alla Terra dalla forza di gravità : è questa forza che determina il peso dell’aria. Questo peso esercita su tutta la Terra una pressione, chiamata pressione atmosferica
La pressione atmosferica è la forza esercitata dal peso dell’atmosfera sulla superficie terrestre.
Come abbiamo gia detto, 1 litro d’aria pesa circa 1 grammo. Tuttavia, se consideriamo la “colonna d’aria” che ci sovrasta, allora il peso diventa rilevante. Il fisico italiano Evangelista Torricelli (1608-1647) è stato il primo a eseguire la misurazio ne sperimentale del peso dell’aria. Nel suo esperimento, realizzato per la prima volta nel 1644, Torricelli utilizzò un tubo di vetro lungo 1 m e con la sezione di 1 cm2, chiuso a un’estremità 1 . Lo riempì di mercurio e, te nendolo tappato con un dito, lo capovolse in una vaschetta anch’essa contenente mercurio. Torricelli osservò che il mercurio scendeva nel tubo solo per un certo tratto; quello che rimaneva formava una colonna alta 76 cm. Che cosa im pediva al tubo di svuotarsi completamente? Torricelli for mulò l’ipotesi che il peso del mercurio rimasto nel tubo fosse controbilanciato dalla pressione esercitata dall’atmosfera sulla superficie libera di mercurio nella bacinella. Sulla base dei risultati ottenuti da questo esperimento Torricelli concluse che, a livello del mare, l’atmosfera esercita su ogni centimetro quadrato di superficie terrestre una pressione pari a quella esercitata dal peso di una colonna di mercurio con la sezione di 1 cm2 e alta 76 cm.
1 L’esperimento di Torricelli.
La colonna di mercurio alta 76 cm (760 mm) pesa 1,033 kg. Poiché in fisica la pressione è definita come la forza esercitata per unità di superficie, possiamo dire che la pressione atmosferica equivale alla forza esercitata da 1,033 kg di mercurio su una superficie di 1 cm2.
2 LA MISURA DELLA PRESSIONE ATMOSFERICA
La misura della pressione atmosferica può essere espressa con diverse unità.
• L’atmosfera (atm): prende come riferimento la forza esercitata da una colonna di mercurio alta 76 cm su una superficie di 1 cm2
• I millimetri di mercurio (mmHg): è l’unità di misura nata con il tubo di Torricelli.
• Il pascal ( Pa ): è l’unità di misura adottata dal Sistema Internazionale; i meteorologi, per elaborare le previsioni del tempo, utilizzano un multiplo del pascal, l’ ettopascal ( hPa ).
• Il bar e il suo sottomultiplo, il millibar (mbar).
1 atm = 1,033 kg/cm2
1 atm = 760 mmHg
1 atm = 101325 Pa = 1013,25 hPa
1 atm = 1013 mbar
2 Il barometro.
Lo strumento che misura la pressione atmosferica è il barometro 2 . È costituito da una scatola appiattita con le pareti metalliche, in cui è stato fatto il vuoto; al suo interno si trova una molla che sostiene il coperchio della scatola. La molla è collegata a un ago che gira su un quadrante graduato su cui è segnata una scala espressa in mmHg e hPa.
Le variazioni di pressione deformano il coperchio, schiacciano o sollevano la molla e provocano lo spostamento dell’ago. Se l’ago indica valori sotto 1013 hPa significa che l’aria è umida ed è probabile che si avranno delle precipitazioni. Se invece i valori sono sopra 1013 hPa, l’aria è secca e il tempo è sereno.
3 La variazione della pressione atmosferica con l’altitudine.
3 LE VARIAZIONI DELLA PRESSIONE ATMOSFERICA
La pressione non è uguale in ogni luogo della Terra: essa dipende dall’altitudine, dalla temperatura e dall’umidità, cioè dalla quantità di vapore acqueo contenuta in un volume d’aria.
La pressione atmosferica diminuisce all’aumentare dell’altitudine.
Salendo di quota la pressione diminuisce perché la colonna d’aria sovrastante si riduce e quindi
I tipi di venti
Per esempio, a 5600 metri di altezza la pressione è circa la metà di quella che misuriamo a livello
La pressione atmosferica diminuisce se la temperatura aumenta; aumenta se la temperatura diminuisce.
Infatti, quando la temperatura aumenta, l’aria si riscalda, si espande, diventa meno densa e quindi più leggera; il contrario succede quando la temperatura diminuisce. Ecco perché l’aria calda esercita una pressione minore dell’aria
La pressione atmosferica diminuisce all’aumentare dell’umidità.
Quando il contenuto di vapore acqueo nell’aria aumenta, l’aria diventa più leggera perché le molecole di ossigeno e di azoto vengono sostituite da quelle dell’acqua, più leggere: per questa ragione l’aria umida esercita una pressione minore
I valori della pressione variano da un luogo all’altro e possono cambiare rapidamente alle diverse quote nell’atmosfera. Vediamo che cosa succede a una massa d’aria quan-
La radiazione solare riscalda l’aria che si dilata, diventa più leggera e sale verso l’alto: in questo modo si forma un’area di bassa pressione. Queste aree, chiamate anche cicloni, sono spesso caratterizzate da cielo nuvoloso e precipitazioni. Salendo in quota, la massa d’aria perde parte del suo calore, si raffredda e comincia a scendere verso la superficie terrestre: si è formata un’area di alta pressione. Queste aree, chiamate anche anticicloni, sono associate a condizioni di bel tempo. Nelle aree di bassa pressione i valori della pressione sono inferiori a 1013 hPa, in quelle di alta pressione sono superiori. La risalita di aria calda nelle zone di bassa pressione lascia libero dello spazio, che viene occupato dall’aria meno calda che sta intorno: questo flusso di masse d’aria costituisce il vento 4 .
4 La vicinanza tra zone a pressione diversa è la causa del vento.
aria fredda discendente aria calda ascendente
ALTA PRESSIONE (anticiclone)
vento
BASSA PRESSIONE (ciclone)
Il vento è un movimento orizzontale di masse d’aria che si spostano da una zona di alta pressione verso una zona di bassa pressione.
I venti sono caratterizzati dalla velocità e dalla direzione da cui soffiano.
• La velocità del vento dipende dalla differenza di pressione tra le due aree e dalla loro distanza: per esempio, venti violenti si possono scatenare quando aree a pressione diversa sono molto vicine tra loro. La velocità del vento si misura in kilometri all’ora (km/h). Lo strumento che ne permette la misurazione è l’anemometro 5 a
• La direzione del vento è fortemente influenzata dall’attrito con la superficie terrestre e dalla rotazione della Terra: nell’emisfero settentrionale le masse d’aria sono deviate verso destra, mentre in quello meridionale verso sinistra. Lo strumento che ne permette la misurazione è la manica a vento 5 b
Sulla superficie terrestre esistono zone caratterizzate da aree di bassa o di alta pressione stabili, e altre dove invece i valori della pressione cambiano continuamente. Di conseguenza, i venti che si generano possono spirare sempre nella stessa direzione, oppure soffiare in modo più o meno irregolare. In base a questa caratteristica, i venti vengono classificati in costanti, come gli alisei che soffiano sull’Oceano Atlantico, periodici, come i monsoni che soffiano sull’India, e locali, come quelli che soffiano sul Mediterraneo.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Completa le frasi con i termini corretti. vento quota vapore acqueo barometro peso
5 Strumentiper misurare il vento.
1. La pressione atmosferica è la forza esercitata dal dell’atmosfera sulla superficie terrestre.
2. Lo strumento che misura la pressione atmosferica è il .
3. La pressione atmosferica diminuisce all’aumentare della .
4. La pressione atmosferica diminuisce all’aumentare del contenuto di .
5. Il è un movimento orizzontale di masse d’aria che si spostano da una zona di alta pressione verso una zona di bassa pressione.
VERSO LE COMPETENZE
Immagina di ripetere l’esperimento di Torricelli sull’altopiano del Tibet, a 4500 m di altezza sul livello del mare. Osserveresti gli stessi fenomeni? Spiega la tua risposta.
La rosa dei venti
3 LEZIONE L’ UMIDITÀ ATMOSFERICA
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
Venti straordinari
1. Come si chiamano le più grandi perturbazioni terrestri?
2. Come nascono le trombe d’aria?
3. Quali sono le differenze tra cicloni e tempeste tropicali?
4. Come si classificano i tornado?
5. Qual è la causa principale dell’aumento dei fenomeni atmosferici violenti che si sta verificando negli ultimi anni?
1 IL VAPORE ACQUEO PRESENTE NELL’ARIA
Il vapore acqueo è presente nella troposfera in quantità molto variabili: esistono luoghi del pianeta dove l’umidità è bassissima, per esempio nei deserti, e luoghi dove è sempre elevata, come nelle regioni equatoriali.
Si chiama umidità assoluta la quantità di vapore acqueo espressa in grammi contenuta in un metro cubo d’aria a una determinata temperatura e pressione (g/m3). L’umidità assoluta aumenta all’aumentare della temperatura. Infatti, l’aria calda contiene più vapore acqueo dell’aria fredda. Il vapore acqueo, però, non può accumularsi nell’aria illimitatamente: raggiunto un valore massimo di umidità, l’aria è satura. Allora parte del vapore condensa e ritorna allo stato liquido.
Si dice che l’aria è satura quando contiene la massima quantità di vapore acqueo possibile a una certa temperatura.
1 L’igrometro misura l’umidità relativa.
L’umidità relativa, invece, è il rapporto tra l’umidità assoluta e la quantità massima di vapore acqueo che la massa d’aria potrebbe contenere alla stessa temperatura. L’umidità relativa si esprime in percentuali: un’umidità relativa del 30% indica che l’aria, in quel momento, contiene il 30% di tutta l’acqua che potrebbe contenere a quella temperatura. In altre parole, l’umidità relativa rappresenta il grado di saturazione di un volume d’aria. Lo strumento che misura l’umidità relativa è l’igrometro 1
2 LA CONDENSAZIONE DEL VAPORE ACQUEO
Le masse d’aria calda e umida, più leggere dell’aria che le circonda, tendono a salire verso l’alto: durante la risalita si espandono e si raffreddano (la temperatura infatti diminuisce con l’altezza) e si innescano i processi di condensazione. Il vapore si trasforma in goccioline di acqua liquida oppure solidifica formando piccolissimi cristalli di ghiaccio. Si formano così le nubi, o nuvole. Le nubi non sono tutte uguali: si differenziano per la forma, lo stato fisico dell’acqua e la quota alla quale si formano 2 .
I cirri sono nubi bianche e sottili, costituite da aghetti di ghiaccio; formano delicate velature ad alta quota.
Gli strati sono nubi sviluppate in orizzontale che coprono gran parte del cielo.
I cumuli sono nubi dall’aspetto globulare o “a cavolfiore”, appiattite alla base e molto sviluppate in altezza.
Un tipo particolare di condensazione, che avviene a livello del suolo, è quella che causa la formazione della nebbia, della rugiada e della brina.
• La nebbia si forma in seguito alla condensazione di gocce minutissime, che rimangono sospese in prossimità del suolo, riducendo la visibilità 3 a
• Quando, durante la notte, il vapore acqueo condensa sopra i corpi lasciando un velo di goccioline, si forma la rugiada 3 b .
• Se il raffreddamento è brusco e la temperatura scende sotto zero, il vapore acqueo passa direttamente allo stato solido e si trasforma in minuscoli cristalli di ghiaccio formando la brina 3 c .
3 Effetti della condensazione.
2 Tanti tipi di nubi.
NEBBIA
RUGIADA
BRINA
4 Le goccioline si uniscono e cadono sotto forma di pioggia.
3 LE PRECIPITAZIONI ATMOSFERICHE
I continui movimenti dell’aria rimescolano le goccioline che formano le nubi, facendole scontrare e fondere tra loro. Aumentando di volume e di peso, le gocce diventano troppo grosse per rimanere sospese e cadono al suolo sotto forma di precipitazioni. Se la temperatura della nube supera 0 °C, cade la pioggia 4 ; ma se scende al di sotto di 0 °C, l’acqua congela e si formano piccolissimi cristalli di ghiaccio che cadono sotto forma di neve.
I fiocchi di neve sono cristalli di ghiaccio con una struttura piatta esagonale. Non esiste un cristallo di neve uguale all’altro: la perfetta simmetria della loro forma è determinata dalla particolare geometria della molecola d’acqua 5
Un fenomeno molto frequente d’estate è il temporale accompagnato dalla caduta di grandine. Le nubi temporalesche si formano a bassa quota e assumono un aspetto torreggiante, spingendosi anche a notevoli altezze. Al loro interno sono presenti fortissime correnti ascensionali: l’aria carica di umidità tende a salire velocemente verso la parte alta delle nuvole, dove le temperature sono bassissime.
5 Fiocco di neve al microscopio.
6 Chicchi da record.
Le gocce che si formano nella parte bassa delle nuvole, spinte verso l’alto congelano, ricadono verso il basso catturando altre gocce, risalgono e di nuovo congelano diventando chicchi di grandine, pesanti granuli di ghiaccio che cadono con violenza al suolo. I chicchi di grandine sono sferici e sono formati da una serie di involucri di ghiaccio sovrapposti. Il diametro di un chicco varia da 5 a 50 mm, ma sono stati rinvenuti chicchi dal diametro superiore a 15 cm 6 . Lo schema in figura 7 riassume i processi di formazione della pioggia, della grandine e della neve.
7 Formazione delle precipitazioni atmosferiche.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. L’aria è satura quando contiene la massima quantità di vapore acqueo possibile a una certa temperatura.
2. La nebbia si forma in seguito alla condensazione del vapore acqueo in gocce minutissime che rimangono sospese nell’aria.
3. La brina si forma per passaggio diretto dell’acqua dallo stato liquido a quello solido.
4. La pioggia è una precipitazione che avviene a temperatura inferiore a 0 °C.
5. La grandine si forma per un processo di congelamento delle gocce di pioggia.
VERSO LE COMPETENZE
Per creare la nebbia in casa sono sufficienti pochi oggetti: dell’acqua calda, un barattolo, un fiammifero e un sacchetto di ghiaccio. Versa l’acqua calda nel barattolo, chiedi a un adulto di accendere il fiammifero e di lasciarlo cadere nell’acqua. Copri rapidamente il barattolo con il sacchetto di ghiaccio. Dopo poco tempo potrai vedere che si forma della nebbia.
Descrivi che cosa è avvenuto in circa 30 parole.
grandine pioggia
Fulmini e temporali
4 LEZIONE LA TEMPERATURA DELL’ ARIA E IL CLIMA
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
L’effetto serra
1. Come si riscalda l’atmosfera terrestre?
2. Che cosa accade alle radiazioni solari quando colpiscono la superficie terrestre?
3. Che cosa accade alle radiazioni infrarosse emesse dalla superficie terrestre?
4. Che tipi di gas sono i “gas serra”?
5. Quale temperatura avrebbe la Terra senza l’effetto serra?
ORA FERMA L’IMMAGINE!
Metti in pausa il video nel seguente punto.
6. Dai un titolo all’immagine e scrivi una breve didascalia.
1 IL BILANCIO TERMICO TERRESTRE
Il Sole è la fonte primaria del calore nell’atmosfera. L’energia solare giunge sul pianeta sotto forma di radiazioni, cioè onde elettromagnetiche. La maggior parte di queste sono radiazioni con lunghezze d’onda relativamente piccole: la Terra riceve questo tipo di radiazioni, le assorbe e le riemette come radiazioni infrarosse, cioè radiazioni a onda lunga. Si può quindi affermare che il sistema Terra riceve continuamente energia dal Sole e a sua volta la riemette.
Le radiazioni che provengono dal Sole attraversano gli strati dell’atmosfera e colpiscono la superficie terrestre e tutto quello che vi si trova sopra: le rocce, le acque, gli organismi e tutti gli elementi costruiti dagli esseri umani, dalle città alle strade, agli impianti industriali.
Una parte delle radiazioni solari viene riflessa, cioè colpisce la superficie terrestre e poi ritorna direttamente nello spazio; la Terra brilla nello spazio proprio perché ha un elevato potere riflettente. Un’altra parte delle radiazioni solari viene diffusa, cioè viene deviata nello spazio in tutte le direzioni dalle molecole di gas presenti nell’atmosfera, dalle particelle di pulviscolo atmosferico e dalle goccioline d’acqua che formano le nubi. Una terza parte, infine, è assorbita dalla superficie terrestre e successivamente irraggiata, cioè riemessa sotto forma di radiazioni infrarosse.
La differenza tra l’energia in entrata proveniente dal Sole e quella in uscita dal pianeta è il bilancio termico terrestre.
Esso si mantiene in pareggio, perché l’energia persa dalla Terra viene compensata da quella che arriva dal Sole 1
radiazione diffusa dai gas e dal pulviscolo atmosferico
radiazione diffusa dalle nubi
radiazione assorbita dalla superficie terrestre
radiazione solare
radiazione riflessa dalla superficie terrestre
2 LA TEMPERATURA DELL’ARIA
La pressione e l’umidità dell’aria sono fattori che variano continuamente e che dipendono direttamente dalla temperatura dell’atmosfera. La temperatura varia in relazione a diversi fattori; vediamo in che modo.
• Variazione con l’altitudine: all’aumentare dell’altitudine la temperatura diminuisce di 6 °C per kilometro. Questa regolare diminuzione è chiamata gradiente termico
• Variazione in relazione alla vicinanza del mare: le rocce e il suolo si scaldano e si raffreddano molto più rapidamente rispetto alle acque di oceani e laghi, che assorbono e cedono calore lentamente. Per questo motivo, località vicino a mari o laghi presentano minori sbalzi di temperatura rispetto a località all’interno dei continenti.
1 Il bilancio termico terrestre.
2 L’inclinazione dei raggi solari varia con la latitudine.
basso angolo di luce solare
basso angolo di luce solare
basso angolo di luce solare basso angolo di luce solare angolo di maggior luce solare angolo di maggior luce solare
• Variazione con la latitudine: la temperatura diminuisce all’aumentare della latitudine. Le radiazioni solari colpiscono le diverse zone della Terra con un angolo d’incidenza che varia a seconda della latitudine: maggiore è l’inclinazione dei raggi solari che arrivano alla superficie terrestre, minore è l’energia ricevuta e riemessa per unità di superficie. Quindi, a parità di quota, la temperatura dell’aria diminuisce procedendo dall’Equatore verso i Poli 2
Lo strumento che misura la temperatura è il termometro. In particolare, per misurare i valori di temperatura più bassi e più alti che si raggiungono durante il giorno si utilizza il termometro a minima e a massima
POLO
LAB TINKERING
SERRA IN
3 L’EFFETTO SERRA
Il riscaldamento della superficie terrestre e della troposfera non è causato solo dalla radiazione solare in entrata, ma dipende in gran parte dall’effetto serra. Come abbiamo detto, le radiazioni solari a onda corta sono assorbite dalla superficie terrestre e riemesse sotto forma di radiazioni infrarosse. Queste, ritornando verso l’alto, colpiscono le molecole di alcuni gas presenti nell’atmosfera, che le assorbono e le riflettono di nuovo riscaldando l’aria e la superficie della Terra. Questi gas sono detti gas serra perché si comportano proprio come i vetri di una serra: le pareti di vetro si lasciano attraversare dalla luce solare, ma intrappolano le radiazioni infrarosse che sono irraggiate dalle piante e dal suolo, creando un ambiente caldo, anche quando la temperatura esterna è rigida 3 .
I principali gas serra sono l’anidride carbonica, il vapore acqueo, il metano e l’ossido di azoto. Senza i gas serra grandi quantità di calore si disperderebbero nello spazio e la Terra avrebbe una temperatura inferiore a –18 °C, inadatta per la vita della maggior parte degli organismi. Grazie all’effetto serra, invece, la temperatura media sul nostro pianeta è di circa +15 °C.
radiazione terrestre a onde lunghe
radiazione solare a onde corte
Se le concentrazioni di gas serra aumentano, il fenomeno subisce un incremento e le temperature dell’atmosfera terrestre aumentano. È quello che sta avvenendo da quasi 200 anni: dall’inizio della rivoluzione industriale le emissioni di gas serra, derivate soprattutto dalle attività umane, sono progressivamente aumentate, in particolare la concentrazione di CO2 è passata da 0,028% a 0,040%, cioè è aumentata del 43%. Queste variazioni della composizione dell’aria hanno avuto effetti diretti sulla temperatura media del pianeta: dalla fine del XIX secolo a oggi la temperatura della troposfera è cresciuta di circa 0,6 °C. Si prevede che, entro la fine di questo secolo l’innalzamento della temperatura potrebbe essere compresa tra 1,1 e 2,8 °C.
4 TEMPO E CLIMA
Pressione, umidità e temperatura, insieme alle precipitazioni e al vento, sono gli elementi che caratterizzano il tempo atmosferico di una località.
Il tempo atmosferico è l’insieme dei fenomeni meteorologici che avvengono irregolarmente nella troposfera in intervalli di tempo piuttosto brevi.
Le stazioni meteorologiche sparse su tutto il pianeta registrano, a intervalli regolari, pressione, temperatura, precipitazioni, umidità e venti. I satelliti in orbita intorno alla Terra mandano immagini che consentono di localizzare le perturbazioni, seguirne i movimenti e l’evoluzione. Questa grande massa di dati viene elaborata da potenti computer per realizzare le carte meteorologiche, alla base delle previsioni del tempo. Spesso si confonde il “tempo atmosferico” con il “clima” di una località, ma i due termini indicano caratteristiche diverse dell’atmosfera.
I climi della Terra
SKILL BOOK
EFFETTO
SCATOLA
Il clima, comprende le condizioni atmosferiche che si verificano mediamente in un’area in un periodo di almeno 30 anni.
Per studiare il clima di una regione si considerano gli elementi climatici e i fattori climatici.
• Gli elementi climatici sono la temperatura dell’aria, la quantità delle precipitazioni, la circolazione dei venti, l’umidità e la pressione atmosferica.
• I fattori climatici sono l’altitudine, la latitudine, la presenza di catene montuose, la vicinanza del mare, la copertura vegetale.
4 Le zone climatiche della Terra.
Polo Nord
Circolo Polare Artico
ZONA POLARE ARTICA
ZONA TEMPERATA BOREALE
Tropico del Cancro
ZONA TORRIDA (tropicale) Equatore
Per esempio, la presenza di una catena di montagne e la loro disposizione può rendere il clima di una località più mite; è quello che accade nella Pianura Padana, che è difesa dalla catena delle Alpi dai freddi venti del Nord. Oppure, la presenza di un lago nel territorio rende gli inverni meno rigidi e le estati più fresche. La copertura vegetale aumenta l’umidità dell’aria e quindi le precipitazioni, assorbe parte delle radiazioni solari e riduce la temperatura. Le regioni che hanno climi simili sono raggruppate in grandi aree chiamate zone climatiche 4 . I climi, a loro volta, sono raggruppati in 5 classi 5 ; all’interno di ciascuna di classe esistono diversi tipi climatici, caratterizzati da una particolare comunità di piante e animali, chiamata bioma
Tropico del Capricorno
ZONA TEMPERATA AUSTRALE
Circolo Polare Antartico
Polo Sud
ZONA POLARE ANTARTICA
Climi tropicali umidi (A)
equatoriale e monsonico della savana
Climi tropicali umidi (A)
equatoriale e monsonico della savana
Climi aridi (B)
Climi aridi (B)
predesertico desertico
desertico freddo
Climi tropicali umidi (A)
Climi tropicali umidi (A)
Climi tropicali umidi (A)
1: 2: 3: 4:
mediterraneo
equatoriale e monsonico della savana
equatoriale e monsonico della savana
Climi aridi (B)
equatoriale e monsonico della savana
della savana
temperato fresco
Climi aridi (B)
Climi aridi (B)
predesertico desertico desertico freddo sinico mediterraneo temperato fresco
predesertico desertico desertico freddo
predesertico desertico desertico freddo
Climi temperati caldi (C)
Climi temperati caldi (C)
sinico mediterraneo temperato fresco
predesertico desertico desertico freddo mediterraneo temperato fresco
sinico mediterraneo temperato fresco
Climi temperati freddi (D)
Climi temperati freddi
Climi polari e nivali (E)
Climi temperati freddi (D)
Climi polari e nivali (E)
Climi polari e nivali (E)
Climi temperati caldi (C) subpolare del gelo perenne
Climi temperati freddi (D)
Climi temperati freddi (D)
freddo a estate calda freddo a inverno prolungato
di alta montagna
Climi temperati caldi (C) subpolare del gelo perenne
Climi polari e nivali (E)
Climi polari e nivali (E)
Climi temperati caldi (C) subpolare del gelo perenne
freddo a estate calda freddo a inverno prolungato di alta montagna
freddo a estate calda freddo a inverno prolungato di alta montagna
freddo a estate calda freddo a inverno prolungato di alta montagna
freddo a estate calda freddo a inverno prolungato di alta montagna
subpolare del gelo perenne
di alta montagna subpolare del gelo perenne
Descrive le condizioni meteorologiche che si verificano in un
subpolare del gelo perenne
Regioni che hanno climi simili sono raggruppate in grandi aree.
Provocano il riscaldamento dell’atmosfera.
Differenza tra l’energia in entrata e quella in uscita dal pianeta.
visual
LE PREVISIONI DEL TEMPO
la meteorologia si occupa dei fenomeni che avvengono nell’atmosfera e che determinano le condizioni del tempo.
grazie alle immagini inviate dai satelliti in orbita intorno alla terra e ai dati raccolti dalle stazioni meteo sparse su tutto il pianeta è possibile realizzare le carte meteorologiche ed elaborare le previsioni del tempo.
LE AREE DI ALTA PRESSIONE
Sono indicate con la lettera A e presentano valori superiori a 1013 millibar: sono aree anticicloniche dove si verificano condizioni di bel tempo.
I FRONTI CALDI
Le linee spesse rosse segnalano i fronti caldi, cioè masse d’aria calda e leggera.
Quando un fronte caldo risale lungo le masse d’aria fredda, provoca la formazione di un esteso sistema nuvoloso che determina piogge
aria fredda
I FRONTI FREDDI
Le linee spesse blu segnalano i fronti freddi, cioè masse d’aria fredda e pesante. Quando un fronte freddo si incunea al di sotto di una massa d’aria più calda, lo scontro tra i due fronti origina nuvole a sviluppo verticale, portatrici di pioggia e grandine nei mesi estivi e di neve d’inverno.
Le linee bianche sottili sono le , linee curve che uniscono i pun ti che registrano la stessa pressione in un dato momento. I numeri scritti vicino alle isobare indicano il valore della pressione espressa in ettopa scal (hPa).
LE AREE DI BASSA PRESSIONE
Sono indicate con la lettera B e presentano valori inferiori a 1013 millibar: sono aree cicloniche dove si verificano condizioni di maltempo.
Realizza un piccolo laboratorio per valutare la qualità dell’aria che respiri al parco, nel cortile della scuola oppure all’incrocio stradale che attraversi ogni mattina.
■ REALIZZA L’ESPERIMENTO
MATERIALI
• cartoncino bianco
• vaselina (si acquista in farmacia)
• forbici
• un pennello
• una lente di ingrandimento
• una penna
• un righello
• nastro adesivo
PROCEDIMENTO
1. Per prima cosa, stabilisci le postazioni nelle quali intendi installare i tuoi “laboratori mobili”: per esempio, il cortile della scuola, il balcone di casa, il parco pubblico.
2. Disegna sul cartoncino bianco dei rettangoli delle dimensioni di una cartolina, tanti quante sono le postazioni prescelte, poi ritagliali con le forbici.
3. Usa il pennello per spalmare la vaselina nella parte inferiore di ciascun cartoncino e scrivi il numero identificativo di ogni postazione nella parte superiore.
4. Con il nastro adesivo attacca i cartoncini nelle postazioni.
5. Dopo qualche giorno, recupera i cartoncini ed esamina con la lente di ingrandimento la parte trattata con la vaselina.
■ OSSERVA E RISPONDI
1. Che tipo di frammenti osservi con la lente di ingrandimento?
2. Quali considerazioni puoi fare mettendo a confronto i cartoncini?
3. Esiste una relazione tra inquinamento da polveri e traffico stradale?
4. Ripeti l’esperimento in periodi diversi dell’anno: in quali mesi l’inquinamento da polveri è più elevato? Sai dare una spiegazione?
1 CHE COS’È L’INQUINAMENTO ATMOSFERICO
Negli ultimi due secoli le attività umane hanno modificato la composizione dell’aria che respiriamo e anche quella degli strati più alti dell’atmosfera. L’aumento delle attività industriali e dell’agricoltura, lo sviluppo delle aree urbane e l’uso crescente dei mezzi di trasporto a motore hanno immesso nell’atmosfera quantità sempre maggiori di gas serra e particelle solide che incidono negativamente sulla salute degli organismi e sull’ambiente.
L’inquinamento atmosferico è provocato dall’immissione e dall’accumulo di sostanze chimiche nell’atmosfera che ne modificano le caratteristiche naturali.
Gli inquinanti atmosferici possono essere gassosi come gli ossidi di azoto, gli ossidi di zolfo e il monossido di carbonio, oppure polveri sottili chiamate particolato. Il particolato è costituito da particelle solide della dimensione di qualche micrometro (µm), che derivano da processi naturali (come, per esempio, eruzioni vulcaniche e incendi) o dall’attività umana. Possono essere sabbia, ceneri e pollini, ma anche polveri derivanti dall’usura degli pneumatici e fumi di scarico industriali. Le sigle PM10, PM2,5 e PM1 indicano la dimensione dei granelli di particolato: rispettivamente 10 µm, 2,5 µm e 1 µm 1 . Ognuna di queste sostanze per sua natura non è pericolosa ma diventa un inquinante, e quindi dannosa, quando supera una determinata concentrazione. Nella 1 Tab. sono elencati i valori limite delle principali sostanze inquinanti dell’aria
Il valore limite è la concentrazione atmosferica fissata al fine di evitare, prevenire o ridurre gli effetti dannosi sulla salute umana e sull’ambiente.
La soglia di allarme è la concentrazione al di sopra della quale esiste un rischio per la salute umana.
sostanza inquinante
1 Centraline di rilevamento che misurano la concentrazione delle sostanze inquinanti nell’aria.
1 Tab. Origine e valore limite delle principali sostanze che inquinano l’aria dei grandi centri abitati.
come si forma
Biossido di zolfo Si forma durante la combustione di combustibili fossili.
Biossido di azoto È prodotto da processi di combustione in impianti industriali e di riscaldamento, e nei motori a scoppio.
Monossido di carbonio
Si forma nei processi di combustione incompleta (nel riscaldamento domestico e industriale, nei motori a scoppio e in numerose altre attività e processi industriali).
Ozono Non viene immesso direttamente nell’aria, ma si forma in seguito a complesse reazioni chimiche attivate dalle radiazioni solari e da temperature elevate.
Polveri sottili (PM10)
Sono in parte di origine primaria (cioè prodotte da processi antropici e naturali), in parte di origine secondaria (cioè si formano a partire dalle emissioni di altri inquinanti).
125 (limite giornaliero)
200 (limite orario)
10 (mg/m3 di aria)
120
50
2
Un bosco danneggiato dalle piogge acide.
2 GLI EFFETTI DELL’INQUINAMENTO ATMOSFERICO
Le conseguenze derivanti dalle sostanze inquinanti possono essere classificate in due gruppi: gli effetti sull’ambiente e gli effetti sulla salute umana.
• I principali effetti sull’ambiente sono l’aumento della temperatura provocato dalle immissioni in atmosfera di gas serra (effetto serra), i danni alla copertura vegetale e l’acidificazione delle piogge (piogge acide), che causa l’acidificazione delle acque dei fiumi e dei laghi, con gravi danni all’habitat delle specie vegetali e animali e, contemporaneamente, anche la corrosione dei marmi degli edifici e dei monumenti 2 . Le piogge acide si formano quando le polveri e i gas immessi nell’atmosfera dalle attività industriali e dai veicoli a motore si combinano con il vapore acqueo formando gocce acide.
• Gli effetti sulla salute umana comprendono patologie dell’apparato respiratorio come asma, bronchiti e infiammazioni delle mucose polmonari. Le particelle più piccole di particolato riescono a raggiungere i polmoni, aumentando il rischio di tumori.
3 OZONO “BUONO” E OZONO “CATTIVO”
Nell’atmosfera esistono due tipi di ozono: uno benefico per la nostra salute, l’altro nocivo. Le attività umane e l’immissione nell’atmosfera dei clorofluorocarburi (abbreviati con la sigla CFC) hanno progressivamente assottigliato lo strato di ozono nella stratosfera, che protegge la Terra e gli organismi viventi dalle radiazioni ultraviolette provenienti dal Sole. Si è prodotto, così, quello che viene chiamato buco dell’ozono I CFC sono gas che negli anni Settanta e Ottanta del secolo scorso furono largamente utilizzati come propellenti nelle bombolette spray, come refrigeranti nei frigoriferi e nella fabbricazione di isolanti termici. Si tratta di molecole particolarmente stabili che possono persistere nell’atmosfera fino a 100 anni. L’utilizzo di queste sostanze è stato vietato nel 1987 grazie a un trattato internazionale (il protocollo di Montreal), e le rilevazioni degli ultimi anni confermano che le condizioni dello strato di ozono sopra l’Antartide stanno migliorando: secondo le previsioni, nel 2060 assisteremo a un suo ripristino totale. L’ozono “cattivo” si forma nella troposfera ed è un inquinante molto pericoloso per gli organismi. Non è immesso direttamente dalle attività umane, ma è il risultato di reazioni chimiche tra gli ossidi di azoto e l’ossigeno presente nell’aria. Il fenomeno, chiamato anche smog estivo, è evidente nelle aree urbane durante il periodo estivo, quando le radiazioni ultraviolette colpiscono con maggiore intensità la Terra. Lo smog estivo provoca negli esseri umani tosse violenta, irritazione agli occhi e forti emicranie, mentre i vegetali portano i segni dell’attacco dell’ozono sulle loro foglie.
4 LA SITUAZIONE EUROPEA E NEL MONDO
L’inquinamento atmosferico non è un problema locale, ma globale, poiché gli inquinanti emessi in un paese possono essere trasportati dai venti, contribuendo o determinando una cattiva qualità dell’aria altrove 3 . In Europa, le emissioni di molti inquinanti atmosferici sono diminuite in modo sostanziale negli ultimi decenni, tuttavia le loro concentrazioni sono ancora troppo elevate e i problemi legati alla qualità dell’aria persistono. Una parte significativa della popolazione europea vive in zone, in particolar modo nelle città, in cui si superano i limiti fissati dalle norme in materia di qualità dell’aria.
L’Agenzia europea dell’ambiente (EEA) è l’organismo dell’Unione Europea che monitora le condizioni ambientali a livello europeo, mentre l’ONU se ne occupa a livello internazionale.
La salvaguardia della risorsa aria coinvolge diversi obiettivi dell’Agenda 2030: l’obiettivo n. 3 vuole assicurare salute e benessere per tutti, mentre l’obiettivo n. 13 promuove azioni di sensibilizzazione alla situazione climatica mondiale, invitando gli Stati membri a individuare una risposta globale al problema ambientale. A livello locale, nei centri urbani è possibile coinvolgere tutti i cittadini in un processo di cambiamento per migliorare la qualità dell’aria e la salute umana attraverso lo sviluppo della mobilità sostenibile. Questa espressione indica il sistema di trasporti nelle città a basso impatto ambientale: per scoraggiare l’uso delle auto private sono potenziati i mezzi pubblici, sono costruite nuove piste ciclabili, vengono introdotti sistemi di condivisione di auto, monopattini e biciclette, ed è incentivato l’uso di auto con motori elettrici o ibridi 4
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Completa le frasi con i termini corretti. sostanze chimiche particolato piogge acide ozono
1. L’inquinamento atmosferico è provocato dall’immissione e dall’accumulo di nell’atmosfera che ne modificano le caratteristiche naturali.
3 Mappa aggiornata a febbraio 2023 della concentrazione di ozono nell’atmosfera che circonda la Terra.
4 Una stazione di bike sharing.
2. Il è costituito da particelle solide della dimensione di qualche micrometro.
3. Le si formano quando le polveri e i gas immessi nell’atmosfera dalle attività industriali e dai veicoli a motore si combinano con il vapore acqueo formando gocce acide.
4. Le attività umane e l’immissione nell’atmosfera dei clorofluorocarburi (CFC) hanno progressivamente assottigliato lo strato di nella stratosfera.
Sottolinea le parole sbagliate presenti nel brano.
L’ozono “cattivo” si forma nella stratosfera ed è un inquinante molto pericoloso per gli organismi. Non è immesso direttamente dalle attività umane, ma è il risultato di reazioni chimiche tra gli ossidi di carbonio e l’ossigeno dell’aria. Il fenomeno, chiamato anche smog invernale, è evidente nelle aree urbane quando le radiazioni infrarosse colpiscono con maggiore intensità la Terra. Questo tipo di smog provoca tosse violenta, irritazione agli occhi e forti emicranie.
CITTADINANZA
MITIGAZIONE CLIMATICA E ADATTAMENTO
Ogni anno sono immesse nell’atmosfera circa 51 miliardi di tonnellate di gas serra. Dopo un calo di circa 2,7 miliardi di tonnellate avvenuto nel 2020 a causa della pandemia, negli ultimi anni le emissioni hanno ripreso a salire. La comunità internazionale ha compreso la necessità di mettere immediatamente un freno alle emissioni di CO2 e di gas serra e di intervenire sul cambiamento climatico: sono state varate leggi e stanziati fondi, ma è necessario che tutti noi cambiamo abitudini e stile di vita per raggiungere gli obiettivi climatici.
1 GLI EFFETTI DEL GLOBAL WARMING
I gas serra sono i principali responsabili del global warming, il riscaldamento in atto che coinvolge l’intero pianeta e che costituisce uno dei problemi più gravi che l’umanità deve affrontare. Gli effetti sono davanti ai nostri occhi ogni giorno e si manifestano in tutte le aree del pianeta, anche in Europa e in Italia: fenomeni atmosferici violenti, come cicloni e tornado, sono in aumento; periodi prolungati di siccità si alternano a precipitazioni particolarmente abbondanti e concentrate nel tempo, chiamate cloudburst (bombe d’acqua), che spesso causano rovinose inondazioni. Nel mese di luglio del 2023 a Milano si è verificato un fenomeno atmosferico particolarmente violento, tipico delle zone subtropicali, chiamato downburst, caratterizzato da violente raffiche di vento che possono raggiungere anche i 120-130 km/h 1 . A questi fenomeni si aggiunge la fusione accelerata dei ghiacci e il conseguente innalzamento del livello dei mari. Anche la sopravvivenza degli ecosistemi, la disponibilità di risorse idriche e la stessa salute umana sono messe in pericolo dall’innalzamento della temperatura terrestre.
1 Conseguenze della tempesta tropicale a Milano.
Nel 2020 la maggior parte dei paesi dell’UE ha aderito al Green Deal (patto verde), un accordo nel quale gli aderenti si impegnano a ridurre le emissioni di CO2 di almeno il 55% entro il 2030 rispetto ai livelli del 1990, in modo da mantenere al di sotto dei 2 °C l’aumento della temperatura globale.
Gli interventi per ridurre l’impatto ambientale causato dal cambiamento climatico sono di due tipi: mitigazione e adattamento.
2 LA MITIGAZIONE CLIMATICA
La mitigazione comprende tutto quello che si può fare per intervenire direttamente sulle cause del cambiamento climatico attraverso la riduzione delle emissioni di gas serra nell’atmosfera.
La mitigazione si ottiene riducendo l’uso dei combustibili fossili, incrementando la quota di energie rinnovabili e creando un sistema di mobilità più pulito. Inoltre sono potenziati i carbon sink, i “pozzi di assorbimento della CO2”, attraverso l’aumento delle dimensioni delle foreste e della copertura vegetale nelle città 2 .
3 L’ADATTAMENTO CLIMATICO
Malgrado gli interventi di mitigazione che sono stati avviati, il cambiamento climatico è destinato a continuare per molti anni. Per questa ragione sono necessari altri interventi per diventare più resilienti, cioè per adattarsi al cambiamento in atto. L’adattamento comprende tutti i comportamenti e le azioni concrete che possono servire ad anticipare gli effetti negativi del cambiamento climatico, per prevenirli e ridurre al minimo i danni che possono causare. Esempi di misure di adattamento sono le modifiche alle infrastrutture 3 , la costruzione di difese per proteggere gli insediamenti lungo le coste dall’innalzamento del livello del mare, ma anche i cambiamenti delle nostre abitudini. Qualche esempio? Ridurre lo spreco di acqua dolce, migliorare l’efficienza energetica delle nostre abitazioni, ridurre l’uso della plastica, non sprecare cibo, evitare di uscire di casa, soprattutto in auto, in occasione di temporali e precipitazioni violente, curare il verde domestico e cittadino. In conclusione, l’adattamento può essere inteso come il processo di adeguamento agli effetti attuali e futuri del cambiamento climatico.
2 Il Bosco verticale, a Milano, e tutte le iniziative di forestazione messe in atto in Italia e nel mondo sono esempi di potenziamento dei carbon sink.
3 A Siviglia è stato realizzato il Metropol parasol, costituito da strutture in legno che offrono riparo all’ombra quando avvengono le ondate di calore, sempre più frequenti durante l’estate mediterranea.
RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI
CON LA MAPPA
1 Completa la mappa con le parole chiave mancanti. anticicloni – aurore polari – azoto – cicloni – esosfera – gas – ozonosfera – pressione
5. 1% di argon, anidride carbonica e altri gas 4. 21% di ossigeno 3. 78% di 2.
è costituita da una miscela di che sono presenti in diverse percentuali
1. L’ATMOSFERA ha un 6. peso e quindi esercita una
è divisa in cinque strati concentrici
12. troposfera
13. stratosfera dove si trova la sede dei
14. mesosfera
15. termosfera dove si formano le
17. fenomeni atmosferici
che dà origine a
8. zone di bassa pressione
chiamate
9. zone di alta pressione
chiamate
2 Inserisci accanto a ogni definizione il numero che corrisponde alla parola chiave usata nella mappa.
a. È lo strato più esterno dell’atmosfera.
b. Si misura con il barometro.
c. È lo strato atmosferico dove si formano le nuvole.
d. È un gas inerte non coinvolto nelle reazioni chimiche che avvengono nell’aria.
e. Assorbe la maggior parte delle radiazioni ultraviolette.
CON LA SINTESI
1 LEZIONE UN INVOLUCRO GASSOSO: L’ATMOSFERA
L’atmosfera è l’involucro gassoso che avvolge la Terra, la protegge dalle radiazioni solari nocive e contiene l’aria che respiriamo. È un miscuglio di gas formato prevalentemente da azoto (78%) e da ossigeno (21%), mentre il rimanente 1% è formato da argon, anidride carbonica e altri gas in tracce. L’atmosfera è suddivisa in cinque strati concentrici sovrapposti diversi per temperatura, composizione e densità. La troposfera è lo strato a contatto con la superficie terrestre, è il più denso ed è sede dei fenomeni atmosferici; la stratosfera contiene l’ozono, un gas che assorbe la maggior parte delle dannose radiazioni ultraviolette; la mesosfera è formata da gas molto rarefatti ed è lo strato dove ha luogo il fenomeno delle stelle cadenti; la termosfera è costituita da molecole di gas trasformate in ioni che formano la ionosfera, lo strato che riflette le onde radio e permette le telecomunicazioni; l’esosfera è lo strato più esterno dell’atmosfera, dove i gas non risentono più della forza di attrazione terrestre e sfuggono nello spazio.
2 LEZIONE LA PRESSIONE ATMOSFERICA
La pressione atmosferica è la forza esercitata dal peso dell’atmosfera sulla superficie terrestre. La sua unità di misura è il millimetro di mercurio (mmHg), ma nel Sistema Internazionale è utilizzato il pascal (Pa). La pressione atmosferica non è uguale in ogni luogo della superficie terrestre, ma cambia con l’altitudine, con la temperatura e con l’umidità. Nelle aree di bassa pressione, chiamate cicloni, il Sole riscalda le masse d’aria che diventano leggere e salgono verso gli strati alti della troposfera; nelle aree di alta pressione, chiamate anticicloni, l’aria scende verso il suolo perché più fredda e pesante. I cicloni sono aree di maltempo, gli anticicloni favoriscono condizioni di bel tempo. La vicinanza di zone a pressione diversa provoca i venti, spostamenti orizzontali di masse d’aria. I venti sono classificati in: costanti, periodici e locali.
LEZIONE L’UMIDITÀ ATMOSFERICA
3
Nell’aria è presente acqua allo stato di vapore in quantità variabili. L’umidità assoluta è la quantità di vapore contenuta in un metro cubo d’aria a una determinata temperatura e pressione. L’aria è satura quando contiene la massima quantità di vapore acqueo a una data temperatura.
L’umidità relativa è data dal rapporto tra l’umidità assoluta e la massima quantità di vapore acqueo che una massa d’aria potrebbe contenere alla stessa temperatura. Quando masse d’aria calda e umida salgono verso l’alto, si espandono e si raffreddano provocando la condensazione del vapore acqueo, che si trasforma in minuscole gocce di acqua liquida o solidifica in piccolissimi cristalli formando le nuvole Dalle nuvole l’acqua torna al suolo sotto forma di precipitazioni: pioggia, neve e grandine. Se la condensazione avviene a livello del suolo si formano la nebbia e la rugiada e, a temperature inferiori a 0 °C, si forma la brina.
4 LEZIONE LA TEMPERATURA DELL’ARIA E IL CLIMA
L’atmosfera è riscaldata dall’alto dalle radiazioni del Sole e dal basso da quelle riflesse dalla superficie terrestre. Quando la radiazione solare attraversa l’atmosfera viene in parte riflessa, in parte diffusa da gas atmosferici e dalle nubi e in parte assorbita dalla superficie terrestre e successivamente irraggiata sotto forma di radiazioni infrarosse. Queste ultime sono assorbite e di nuovo riflesse dalle molecole di anidride carbonica, vapor d’acqua, metano e ossido d’azoto, presenti in atmosfera: ciò contribuisce a innalzare la temperatura media del pianeta. Questi gas sono chiamati gas serra perché si comportano come i vetri di una serra. Il tempo atmosferico è dato dalle condizioni meteorologiche che si verificano in un certo luogo e in un certo momento; il clima descrive le condizioni del tempo di una località che si succedono in periodi di tempo lunghi. Le zone climatiche sono aree che hanno climi simili; i climi sono raggruppati in 5 classi, ciascuna caratterizzata da un bioma
5 LEZIONE ECO
LA RISORSA ARIA
L’inquinamento atmosferico è provocato dall’immissione e dall’accumulo in atmosfera di sostanze inquinanti. I principali inquinanti sono ossidi di azoto e zolfo, il monossido di carbonio e il particolato. Le sostanze inquinanti hanno effetti negativi sull’ambiente e sulla nostra salute. Un particolare inquinante è l’ozono troposferico, che causa il fenomeno dello smog estivo, a differenza dell’ozono della stratosfera che protegge gli esseri viventi sulla Terra. Il problema dell’inquinamento atmosferico interessa tutti i paesi del mondo, infatti la difesa della risorsa aria rientra negli obiettivi dell’Agenda 2030.
radiazione solare a onde corte
radiazione terrestre a onde lunghe
1 LEZIONE UN INVOLUCRO GASSOSO: L’ATMOSFERA
1 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. L’aria non ha né forma né volume propri.
b. La stratosfera si estende sopra i 50 km di altezza.
c. I fenomeni atmosferici si concentrano nella troposfera.
d. L’aurora polare ha origine nella stratosfera.
2 Scegli la soluzione corretta.
a. Il gas più abbondante dell’atmosfera è:
1 l’ossigeno.
2 l’anidride carbonica.
3 il vapore acqueo.
4 l’azoto.
b. L’anidride carbonica:
1 è fondamentale per la vita delle piante.
2 è un gas pericoloso per gli animali.
3 costituisce circa il 20% della composizione dell’aria.
4 è indispensabile per la respirazione degli organismi.
3 Sottolinea il termine corretto tra i due proposti.
L’atmosfera:
a. possiede tutte le caratteristiche della materia allo stato liquido/aeriforme;
b. non ha/ha né forma né volume propri;
c. è incomprimibile/comprimibile, cioè il suo volume può variare a seconda della pressione che viene esercitata su di essa;
d. è rigida/elastica, cioè tende a riacquistare il suo volume originario quando non è più sottoposta a pressione;
e. ha una massa/un volume e di conseguenza esercita una pressione sulla superficie terrestre.
LEZIONE LA PRESSIONE ATMOSFERICA
2
4 Abbina i termini con la definizione corretta.
1. Pressione atmosferica
2. Pascal
3. Ciclone
4. Anticiclone
5. Vento
a Movimento orizzontale di masse d’aria.
b Zone di alta pressione.
c Zone di bassa pressione.
d Forza esercitata dal peso dell’atmosfera sulla superficie terrestre.
e Unità di misura della pressione adottata dal Sistema Internazionale.
1. 2. 3. 4. 5.
5 Completa il brano con i termini corretti.
Sulla Terra esistono zone di alta pressione e zone di bassa pressione , dove i spirano nella stessa direzione.
Dove invece i valori della cambiano continuamente, i venti soffiano in modo più o meno irregolare. In base a queste caratteristiche, i venti sono classificati in: venti , come gli alisei che soffiano sull’Oceano Atlantico; venti periodici, come i che soffiano sull’India, e venti , come quelli che soffiano sul Mediterraneo.
6 Sottolinea il termine corretto tra i due proposti.
a. La pressione atmosferica aumenta/diminuisce se la temperatura aumenta.
b. La pressione atmosferica diminuisce se l’umidità aumenta/diminuisce.
c. La pressione atmosferica aumenta/diminuisce all’aumentare dell’altitudine.
d. La velocità del vento dipende dalla differenza di temperatura/pressione tra le due aree e dalla loro distanza.
3 LEZIONE L’UMIDITÀ ATMOSFERICA
7 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. L’umidità relativa è la quantità di vapore acqueo espressa in grammi contenuta in un metro cubo d’aria a una determinata temperatura e pressione.
b. L’aria è satura quando contiene la massima quantità di vapore acqueo possibile a una certa temperatura.
c. Le nubi si formano per solidificazione del vapore acqueo.
d. I cirri sono nuvole globulari appiattite alla base e molto estese in altezza.
8 Osserva il disegno e inserisci accanto a ogni termine il numero corrispondente.
a. Evaporazione
b. Grandine
c. Condensazione
d. Pioggia e. Neve
4 LEZIONE LA TEMPERATURA DELL’ARIA
E IL CLIMA
9 Scegli la soluzione corretta.
a. Il bilancio termico terrestre:
1 è dato dalla somma dell’energia in entrata e di quella in uscita dal sistema Terra.
2 corrisponde alla quantità di radiazione riflessa.
3 corrisponde alla quantità di radiazione assorbita dalla superficie terrestre.
4 è dato dalla differenza tra l’energia in entrata e quella in uscita dal sistema Terra.
b. Qual è il nome della scienza che si occupa dei fenomeni atmosferici che avvengono nella troposfera?
1 Climatologia.
2 Geologia.
3 Meteorologia.
4 Ecologia.
10 Osserva il disegno e inserisci accanto a ogni radiazione il numero corrispondente.
a. Riflessa
5
LEZIONE LA RISORSA ARIA
11 Sottolinea le parole sbagliate presenti nel brano.
L’inquinamento idrico è provocato dall’immissione e dall’accumulo di sostanze organiche nell’atmosfera che ne modificano le caratteristiche naturali. Gli inquinanti possono essere liquidi come gli ossidi di azoto, gli ossidi di zolfo e il monossido di carbonio, oppure le polveri sottili chiamate anche CFC.
12 Abbina i termini con la definizione corretta.
1. Biossido di zolfo
2. Ozono troposferico
3. Smog estivo
4. EEA
5. Mobilità sostenibile
a Prodotto delle reazioni chimiche tra gli ossidi di azoto e l’ossigeno presente nell’aria.
b Sistema di trasporti delle città a basso impatto ambientale.
c Agenzia europea che monitora le condizioni ambientali in Europa.
d Si forma durante la combustione di combustibili fossili.
e Si forma in città in seguito a reazioni chimiche attivate dalle radiazioni solari. 1. 2. 3. 4. 5.
b. Solare
c. Assorbita d. Diffusa
METTI ALLA PROVA LE TUE COMPETENZE
INTERPRETARE UN GRAFICO
1 Osserva il grafico e rispondi alle domande.
a. Qual è il gas che compone il 78% dell’atmosfera?
b. Qual è la percentuale di ossigeno nell’aria?
c. Quali gas formano insieme l’1% del totale?
RICAVARE INFORMAZIONI DA UN’IMMAGINE E SPIEGARE
2 Osserva l’immagine e rispondi alle domande per spiegare quale strumento è rappresentato.
a. Come si chiama lo strumento rappresentato nell’immagine?
b. Per che cosa lo useresti?
c. Come è fatto?
d. Come funziona?
INTERPRETARE FENOMENI
3 Osserva l’immagine e rispondi alle domande per spiegare quale fenomeno è rappresentato. vento aria fredda discendente aria calda ascendente
a. Che cosa indicano le frecce discendenti?
b. Quali sono le condizioni di pressione in quest’area?
c. Che cosa indicano le frecce ascendenti?
d. Quali sono le condizioni di pressione in quest’area?
e. Quale area è un ciclone?
f. Quale area è un anticiclone?
g. In che direzione spirano i venti?
RIFLETTERE E SPIEGARE
4 Osserva, descrivi il fenomeno illustrato nell’immagine e rispondi.
Perché ha questo nome?
ALTA PRESSIONE (anticiclone)
BASSA PRESSIONE (ciclone)
INDIVIDUARE CARATTERISTICHE E SPIEGARE
5 Abbina i gruppi di climi alla classe climatica a cui appartengono.
a. Climi tropicali umidi
b. Climi aridi
c. Climi temperati caldi
d. Climi temperati freddi
INTERPRETARE E TRARRE INFORMAZIONI DA UN TESTO
7 Leggi il brano.
IL BUCO DELL’OZONO SI RICHIUDERÀ
ENTRO POCHI DECENNI
equatoriale e monsonico della savana
equatoriale e monsonico della savana
equatoriale e monsonico della savana
e. Climi polari e nivali
predesertico desertico desertico freddo
predesertico desertico desertico freddo
1. equatoriale e monsonico della savana
2.
3.
4.
5.
predesertico desertico desertico freddo
equatoriale e monsonico della savana
sinico mediterraneo temperato fresco
sinico mediterraneo temperato fresco
predesertico desertico desertico freddo
sinico mediterraneo temperato fresco
predesertico desertico desertico freddo
freddo a estate calda freddo a inverno prolungato
freddo a estate calda freddo a inverno prolungato
sinico mediterraneo temperato fresco
freddo a estate calda freddo a inverno prolungato
sinico mediterraneo temperato fresco
subpolare di alta montagna del gelo perenne
subpolare di alta montagna del gelo perenne
freddo a estate calda freddo a inverno prolungato
subpolare di alta montagna del gelo perenne
freddo a estate calda freddo a inverno prolungato
AVERE CURA DELL’AMBIENTE
subpolare di alta montagna del gelo perenne
subpolare di alta montagna del gelo perenne
6 Rispondi alle domande sull’inquinamento atmosferico.
a. Che cos’è l’ozono stratosferico? In che cosa differisce dall’ozono che si forma nella troposfera?
Si va verso la “guarigione” completa dello strato di ozono stratosferico che ci protegge dai raggi UV: il più grande successo ambientale di sempre. Non si tratta di un vero e proprio buco, ma di un assottigliamento nello strato dell’ozono che ci protegge dai raggi ultravioletti. L’assottigliamento fa sì che i raggi ultravioletti diventino molto pericolosi per la salute umana e degli altri viventi. La pericolosità del fenomeno ha attivato una serie di accordi fra molti paesi del mondo. Finalmente questi sforzi hanno portato a risultati importanti. Lo strato di ozono si sta rimarginando e tornerà ai livelli ottimali entro pochi decenni. A dare la buona notizia è l’ultimo rapporto delle Nazioni Unite sullo stato dell’ozono stratosferico, un’analisi condotta ogni 4 anni. Il bando dei clorofluorocarburi (i CFC, le sostanze chimiche che erodono l’ozono) deciso 36 anni fa ha dato i risultati sperati. I livelli di ozono stratosferico torneranno ovunque a quelli del 1980 (prima che il buco dell’ozono fosse “diagnosticato”) attorno al 2040, con la sola eccezione delle regioni polari, dove il danno era più esteso e la ripresa sarà di poco più lenta: sopra l’Artico si avrà un recupero completo per il 2045 e sopra l’Antartide per il 2066. (Tratto da Focus Junior)
b. Quali sono gli effetti dell’inquinamento da polveri sottili sulla salute umana?
c. Che cos’è la mobilità sostenibile?
d. Quali altri obiettivi dell’Agenda 2030 dipendono dalla difesa della risorsa aria?
Rispondi alle domande e svolgi le attività proposte, da solo o in gruppo con i tuoi compagni.
a. Che cos’è il buco dell’ozono?
b. Quali sono gli effetti dannosi prodotti da questo fenomeno?
c. Quali sono le sostanze considerate la causa del fenomeno?
d. Entro quanti anni i livelli di ozono ritorneranno ai valori del 1980?
e. Perché ai Poli la ricostruzione dello strato di ozono richiederà più tempo?
DIGITAL SKILLS
Prova a costruire un’animazione che spieghi il fenomeno in coding con Scratch o altri programmi.
AIR POLLUTION
The WHO stands for the World Health Organization. It is the United Nations agency that connects nations, partners and people to promote health, keep the world safe and assist vulnerable populations. This is to ensure that everyone, everywhere, can attain the highest level of health.
Air pollution is contamination of the indoor or outdoor environment by any chemical, physical or biological agent that changes the natural characteristics of the atmosphere. Household combustion devices, vehicles, factories and forest fires are common sources of air pollution. Pollutants of major public health concern include particulate matter, carbon monoxide, ozone, nitrogen dioxide and sulphur dioxide. Outdoor and indoor air pollution can cause respiratory problems and other diseases, and can lead to serious illness and death.
WHO data shows that almost all of the global population (99%) breathes air that exceeds the WHO guideline limits and contains high levels of pollutants.
People in poorer countries with lowand middle- incomes suffer from the highest exposure.
Air quality is closely linked to the Earth’s climate and ecosystems globally. Many of the things that cause air pollution, like burning fossil fuels are also sources of greenhouse gas emissions. Therefore, efforts to reduce air pollution benefit both climate and health by reducing illnesses caused by air pollution and helping to combat climate change in the short and long term.
(Adapted from https://www.who.int/healthtopics/air-pollution#tab=tab_1)
In alcune città molto inquinate si usano le mascherine per proteggersi dalle polveri sottili.
STANDS FOR sta per ENVIRONMENT ambiente INCOMES redditi EFFORTS sforzi, impegni lossario
COMPREHENSION EXERCISES
Answer the following questions.
a. What does the acronym WHO stand for?
b. What is air pollution?
c. What are the common sources of air pollution?
d. What percentage of the population breathes polluted air?
Gli scarichi dei veicoli sono fonte di inquinanti soprattutto nelle aree urbane.
La città sono sempre più esposte al rischio di inondazioni, siccità ed eventi meteorologici estremi. Per rendere le città più resilienti alle conseguenze del cambiamento climatico, adattarsi agli eventi estremi e mitigarne gli effetti, gli urbanisti, sostenuti dai risultati della ricerca in diversi ambiti scientifici, avanzano sempre più spesso proposte basate su soluzioni naturali. Un esempio è la proposta rivoluzionaria delle “città spugna” (sponge city), centri urbani resi meno impermeabili e più porosi.
La spugnosità di una città è basata sul tipo di suolo, sul potenziale deflusso dell’acqua e sulla quantità di spazio blu e verde. Quest’ultimo fattore definisce l’estensione delle aree verdi (prati e coperture arboree) e di quelle blu (stagni o laghi) presenti in città rispetto alla quantità di edifici e superfici dure. Sponge city d’avanguardia sono state create in Cina, grazie alla realizzazione di zone verdi e strutture architettoniche che favoriscono il drenaggio della pioggia nel terreno per indirizzarla nelle falde acquifere o in bacini artificiali di raccolta. Anche rinunciare a tratti di strade asfaltate o a grandi estensioni di cemento, a favore di strade sterrate e altre superfici permeabili in grado di assorbire velocemente l’acqua e di rallentare il deflusso superficiale, può essere una soluzione al problema.
Parole per capire
Urbanisti • L’urbanistica è la disciplina che si occupa della gestione del territorio, con lo scopo di progettare lo spazio urbano e le modificazioni all’interno delle città e nelle aree collegate. L’urbanista è la figura professionale che svolge questi compiti. Bacini artificiali • È un lago creato artificialmente allo scopo di contenere grandi masse d’acqua per la produzione di energia idroelettrica, per raccogliere l’acqua piovana o per favorire la formazione di ecosistemi naturali.
Casa Editrice G. Principato
1 LEZIONE IL SUOLO E LE SUE CARATTERISTICHE
LAB STEM
IL SUOLO, IL TERRENO CHE CALPESTIAMO
Questa semplice esperienza ti permetterà di saperne un po’ di più sulla composizione del suolo, la preziosa pellicola della superficie terrestre che permette la vita.
■ REALIZZA L’ESPERIMENTO
MATERIALI
• una piccola pala
• sacchetti in plastica per raccogliere campioni di terreno
• una lampada da tavolo
• un telo bianco
PROCEDIMENTO
1. Con l’aiuto dell’insegnante, scava con la pala una piccola buca profonda nel giardino della scuola. Fai attenzione al manto erboso, che potrai distaccare con facilità e rimettere al posto originario alla fine dell’esperimento.
2. Dopo qualche decina di centimetri troverai un livello di ghiaia o di sabbia.
3. Scendendo più in profondità, troverai strati di terreno con colore e caratteristiche differenti. Preleva una certa quantità di terreno da ciascun livello e disponi i campioni in sacchetti diversi: ti serviranno per compiere successive osservazioni sul suolo.
4. Porta in laboratorio una piccola parte di terreno del primo livello e disponilo su un telo. Accendi la lampada, metti il campione di terreno sotto il fascio di luce e osserva attentamente le componenti.
■ OSSERVA E RISPONDI
1. Sono visibili degli organismi, per esempio insetti o vermi? Quali caratteristiche presentano?
2. Puoi distinguere dei frammenti organici, come piccole parti di foglie o di radici?
3. Sono visibili altri frammenti organici?
4. Qual è il colore prevalente del campione?
5. È più chiaro o più scuro rispetto ai campioni che hai prelevato dai livelli più profondi?
6. Scrivi la relazione dell’esperimento.
1 IL
SUOLO È INDISPENSABILE
PER LA VITA DEGLI ORGANISMI
Il suolo è lo strato che copre la parte più esterna della litosfera. Il suo spessore varia da pochi centimetri a qualche metro. È una zona di confine in cui si incontrano e interagiscono tra loro tutte le componenti del Pianeta: rocce, acqua, aria e organismi. Il suolo costituisce una risorsa di straordinaria importanza per gli organismi: fornisce ancoraggio alle radici, trattiene l’acqua e i sali minerali indispensabili alla crescita delle piante ed è la casa di microrganismi e di piccoli animali. Non dimentichiamo, inoltre, che senza il suolo gli esseri umani non potrebbero praticare l’agricoltura e coltivare le piante indispensabili per la loro alimentazione.
2 DI CHE COSA È FATTO IL SUOLO
Tutti i viventi hanno assoluto bisogno di una dozzina di elementi chimici che provengono dalle rocce. Il suolo, con tutti gli organismi che ospita, rende questi elementi adatti a essere utilizzati dai vegetali che poi, a loro volta, li rendono disponibili agli animali.
Il suolo è formato da una parte minerale, una parte organica, acqua e aria.
In un suolo di buona qualità, il 40-45% del volume totale è costituito da frammenti di roccia disgregati e alterati; il 20-30% è formato da acqua; un altro 20-30% è formato da aria; il 5-10% del volume totale è composto dalla parte organica 1
• La parte minerale è costituita da frammenti rocciosi grossolani, come ciottoli e ghiaia, che formano lo scheletro del suolo, e da frammenti più sottili: sabbia, limo e argilla.
• La parte organica comprende l’humus, un miscuglio di materiali di colore bruno-nerastro che derivano dalla decomposizione di resti vegetali e animali. L’humus costituisce una fonte di sostanze nutritive per i vegetali e, grazie alla sua porosità, permette la circolazione di aria e acqua attorno alle radici delle piante. La presenza di humus determina la fertilità di un suolo, cioè la capacità di far crescere i prodotti agricoli. Una piccola frazione della parte organica, circa lo 0,5%, è costituita da minuscoli organismi come insetti, crostacei e molluschi, che costituiscono la pedofauna 2 .
• L’acqua che si infiltra nel suolo viene trattenuta nelle cavità tra i frammenti rocciosi, mantenendo a lungo umido il terreno. Nell’acqua si sciolgono sali minerali e sostanze organiche che possono essere assorbite dalle radici delle piante.
• Nelle porosità del suolo è presente anche dell’aria, indispensabile per la crescita delle piante. Senza aria, infatti, le cellule che formano le radici non potrebbero respirare.
minerali
composti organici
acqua
aria
1 La composizione del suolo.
2 Il suolo è pieno di vita.
LOMBRICO
FORMICHE
PORCELLINO
DI TERRA
SI DICE CHE…
Il suolo coltivabile
è una risorsa non rinnovabile
3 COME SI FORMA IL SUOLO
Il suolo ha tempi di rigenerazione molto lunghi, per questo è considerato una risorsa non rinnovabile. Nelle regioni a clima temperato, i tempi di formazione di 1 cm di suolo vanno da 200 a 400 anni, ma i tempi di distruzione dello stesso strato sono molto più brevi! Ogni volta che proteggiamo la vegetazione oppure piantiamo nuovi alberi, diamo un aiuto concreto alla conservazione di questa preziosa risorsa.
3 I fattori che contribuiscono alla formazione del suolo.
A seconda del tipo di roccia madre si formano diversi tipi di suolo.
Gli sbalzi di temperatura e l’acqua delle precipitazioni concorrono a disgregare la roccia madre. Il vento trasporta i frammenti più fini.
La composizione del suolo non è sempre la stessa, ma può variare a seconda di come si è formato. I processi che portano alla formazione di un suolo avvengono in tempi molto lunghi, nell’ordine di centinaia o migliaia di anni. Alla formazione dei suoli contribuiscono numerosi fattori: la fratturazione delle rocce originarie in piccoli frammenti, il modo in cui i frammenti stessi vengono trasportati e l’ambiente nel quale sono depositati; anche il tipo di clima, le piante e gli animali possono modificare il suolo in formazione. Fissiamo i quattro fattori principali 3 .
• La roccia madre è la roccia originaria: può essere una roccia compatta oppure un accumulo di frammenti rocciosi, come un deposito lasciato da un fiume o da un ghiacciaio.
• Acqua, gelo, sbalzi di temperatura e vento rompono in frammenti la parte più superficiale della roccia madre; l’acqua e le alte temperature, ma anche molti organismi, attivano le reazioni chimiche che cambiano la sua composizione.
• Il clima influenza direttamente i processi di alterazione delle rocce. Per esempio, in una zona calda e umida si forma uno strato di suolo molto spesso e con minerali molto alterati; in una zona con clima freddo e poco umido si forma un suolo sottile costituito da frammenti rocciosi poco alterati. Inoltre, se piove tanto, l’acqua che penetra nel terreno e scende in profondità porta con sé numerose sostanze.
• La pendenza influisce sulla velocità di formazione del suolo: quanto più è elevata, per esempio sul fianco di una montagna, tanto più è ridotto lo spessore di suolo che si forma, perché i frammenti rocciosi scendono a valle anziché depositarsi.
• Gli organismi svolgono numerose funzioni utili a mantenere il suolo in buono stato: lo mantengono morbido e aerato, in modo che sia ben ossigenato, e lo arricchiscono di materia organica attraverso la decomposizione dei loro resti, realizzata da un numero enorme di organismi come batteri, funghi e protozoi.
Gli organismi contribuiscono soprattutto al processo di formazione dell’humus. La pendenza influenza lo spessore del suolo.
ROCCIA MADRE
PENDENZA
ORGANISMI
IL PROFILO DEL SUOLO
La costruzione di una casa o di una nuova strada è sempre preceduta da lavori di scavo: se ti è capitato qualche volta di passare vicino a un cantiere avrai potuto osservare che il suolo in profondità è formato da strati sovrapposti di colore diverso. A questi strati di suolo è stato dato il nome di orizzonti.
L’insieme degli orizzonti costituisce il profilo del suolo
Gli orizzonti si distinguono l’uno dall’altro per alcune caratteristiche, come la composizione, il colore, lo spessore, la granulometria e la quantità di humus presente. Dall’alto verso il basso si riconoscono l’orizzonte 0 (zero), l’orizzonte A, l’orizzonte B e l’orizzonte C 4
L’orizzonte A è lo strato che contiene l’humus, cioè materia organica ormai decomposta. In genere è di colore scuro. Ospita una notevole quantità di piccoli organismi e la maggior parte delle radici delle piante.
L’orizzonte C è formato da frammenti poco alterati della roccia madre sottostante.
La roccia madre è la roccia inalterata su cui poggia il suolo.
4 Il profilo del suolo.
L’orizzonte 0 (zero), detto anche lettiera, è lo strato più superficiale. È costituito soprattutto da materia organica ed è di colore piuttosto scuro. Sopra si trovano foglie, rami e altri resti organici ancora riconoscibili.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Completa le frasi con i termini corretti. humus organica profilo velocità litosfera
1. Il suolo è lo strato che copre la parte più esterna della
2. Il suolo è formato da una parte minerale, una parte , acqua e aria.
L’orizzonte B è ricco di minerali e ha poca materia organica. Il suo colore è quasi sempre più chiaro dell’orizzonte A, tendente al giallorossastro. In questo orizzonte si accumulano tutti i materiali molto fini che l’acqua piovana ha trasportato in profondità dagli orizzonti 0 e A.
3. L’ è un miscuglio di materiali di colore bruno-nerastro, che derivano dalla decomposizione di resti vegetali e animali.
4. La pendenza influisce sulla di formazione del suolo.
5. L’insieme degli orizzonti costituisce il del suolo.
VERSO LE COMPETENZE
L’immagine mostra lo spaccato di un suolo. Osservalo poi rispondi alle domande.
1. Quali orizzonti osservi nella fotografia?
2. È visibile la roccia madre?
3. In quali orizzonti ti aspetti di trovare degli organismi?
2 LEZIONE I TIPI DI SUOLO
LAB STEM
I SUOLI HANNO CARATTERISTICHE DIVERSE
Con i campioni di terreno prelevati nel giardino della scuola e conservati nei sacchetti, puoi realizzare altri semplici esperimenti per scoprire quali tipi di frammenti rocciosi formano il suolo che stai esaminando e la loro permeabilità.
■ REALIZZA L’ESPERIMENTO
MATERIALI
• quattro bottiglie di plastica trasparente
• un paio di forbici
• un cucchiaio
• un campione del terreno prelevato in giardino
• un campione di sabbia
• un campione di ghiaia
• acqua
PROCEDIMENTO
FASE 1
1. Usa le forbici per tagliare la parte alta delle bottiglie di plastica, in modo da ottenere dei contenitori.
2. In un contenitore versa un po’ del terreno prelevato in giardino, riempiendolo fino a metà. Aggiungi acqua fino a colmarlo completamente.
3. Mescola il terreno con il cucchiaio per separare i granuli.
4. Lascia riposare il tutto per molte ore, fino a quando l’acqua diventa limpida.
■ OSSERVA E RISPONDI
FASE 1
1. Che cosa è accaduto nel contenitore dove hai lasciato sedimentare i granuli?
2. In quale successione si sono disposti?
3. Che cosa è accaduto alle parti organiche che formano l’humus?
4. Scrivi la relazione dell’esperimento.
FASE 2
1. Nei tre contenitori rimasti versa in uno un po’ del terreno prelevato in giardino, in un altro della sabbia e nell’ultimo della ghiaia, riempiendoli fino a metà.
2. Versa un bicchiere d’acqua in ciascun contenitore in modo da coprire i campioni.
FASE 2
1. In quale contenitore l’acqua è scesa più rapidamente? In quale più lentamente?
2. Che cosa è accaduto nel recipiente che contiene il terreno prelevato in giardino?
3. Sai spiegare perché nei tre contenitori accadono fenomeni diversi?
4. Scrivi la relazione dell’esperimento.
1
TESSITURA, PERMEABILITÀ E POROSITÀ DEL SUOLO
Ogni suolo presenta caratteristiche fisiche e chimiche che dipendono da molti fattori, come la composizione della roccia madre, il clima, l’età e la vegetazione.
Per classificare i suoli è necessario analizzare le loro tre fasi principali: la fase solida, la fase liquida e la fase gassosa.
• La fase solida rappresenta il contenuto in frammenti di roccia e il materiale più fine.
• La fase liquida è costituita dall’acqua.
• La fase gassosa è costituita dai vari gas presenti fra i granuli.
La tessitura, la permeabilità e la porosità sono le principali caratteristiche fisiche dei suoli.
La tessitura, o granulometria, è data dalle dimensioni dei granuli che compongono il suolo. Granuli di diametro superiore ai 2 mm costituiscono lo scheletro del suolo: per esempio ghiaia, ciottoli e frammenti di roccia. Granuli di diametro inferiore ai 2 mm costituiscono la matrice del suolo. Appartengono a questo gruppo la sabbia (con granuli grossolani), il limo (granuli fini) e l’argilla (granuli finissimi).
A seconda di quali granuli sono maggiormente presenti, il suolo viene classificato in suolo ghiaioso, suolo sabbioso, suolo limoso, suolo argilloso e suolo humico 1 Tab.
tipo di suolo componente minerale più abbondante dimensione dei granuli
suolo ghiaioso ghiaia (più del 40%) superiore a 2 mm
suolo sabbioso sabbia (più del 70%) tra 2 mm e 0,05 mm
suolo limoso limo (più del 50%) tra 0,05 mm e 0,002 mm
suolo argilloso argilla (più del 30%) inferiore a 0,002 mm
suolo humico humus variabile
1 Tab.
La permeabilità è la capacità del terreno di assorbire e lasciarsi attraversare dall’acqua. Questa caratteristica dipende dalla tessitura: più la matrice è fine più il suolo è impermeabile, cioè non assorbe acqua 1
La porosità corrisponde alla quantità e alla dimensione degli spazi liberi, i pori, fra i granuli che costituiscono il suolo. Anche la porosità dipende dalla tessitura del terreno. La porosità del suolo condiziona la vita degli organismi: per esempio, le dimensioni dei pori del terreno influiscono sulla crescita delle radici delle piante e determinano lo spazio a disposizione degli animali che vivono nel terreno.
Le caratteristiche chimiche di un suolo dipendono dalla composizione dell’humus e dei frammenti di roccia. Per esempio, un suolo formato da frammenti di roccia calcarea ha caratteristiche diverse da quello formato da frammenti di roccia silicea. I suoli argillosi sono considerati suoli impermeabili perché sono caratterizzati da numerosi piccoli spazi tra le particelle di argilla e l’acqua scorre con difficoltà all’interno.
1 La permeabilità del suolo diminuisce man mano che diminuiscono le dimensioni dei granuli che lo costituiscono.
molto permeabile
mediamente permeabile poco permeabile
SUOLO ARGILLOSO
SUOLO GHIAIOSO
SUOLO LIMOSO
2
I PRINCIPALI TIPI DI SUOLO PER LA COLTIVAZIONE
Un buon suolo da coltivare è formato da sabbia (60-80%), argilla (10-20%), humus (5-10%) e frammenti di calcare (5-10%).
A seconda della percentuale dei diversi tipi di granuli, i suoli acquistano caratteristiche che li rendono adatti alla crescita di diversi tipi di piante.
• I suoli sabbiosi non trattengono l’acqua e sono poco fertili perché sono molto permeabili. L’acqua penetra facilmente e trascina in profondità le sostanze nutritive che formano l’humus. Pomodori, aglio, cipolle e patate crescono bene in questo tipo di terreno.
• I suoli calcarei contengono quantità di frammenti di calcare superiori al 20% della massa del suolo. Si presentano di colore grigio-biancastro, sono adatti alla coltivazione di vite, ulivi e grano 2
• I suoli argillosi sono impermeabili e molto compatti, per cui l’acqua fatica a raggiungere le radici delle piante: sono difficili da lavorare e poco fertili. Tuttavia piante come il pero, la barbabietola e la cicoria riescono ad adattarsi a terreni così difficili.
• I suoli humici sono scuri, soffici, facili da lavorare e molto fertili. In terreni come questi è possibile coltivare qualsiasi tipo di vegetale.
3 IL SUOLO AGRARIO
Il suolo agrario, o terreno agrario, è il risultato delle trasformazioni operate dall’uomo per prepararlo alla coltivazione delle piante 3
Gli strati del suolo agrario sono due: lo strato attivo e lo strato inerte.
• Lo strato attivo è lo strato superficiale dove si sviluppano le radici delle piante. È uno strato soffice, ben aerato, ricco di humus e organismi viventi come batteri, lombrichi, funghi e protozoi.
• Lo strato inerte è più compatto, più povero di ossigeno e ricco di componenti minerali disciolti, che sono trasportati dall’acqua dallo strato superiore.
Gli interventi umani sul suolo agrario servono a migliorare le condizioni dei due strati e sono di tipo meccanico e chimico.
• Azioni meccaniche sono il dissodamento e l’aratura, cioè la rottura degli strati superficiali e profondi del terreno e il successivo rovesciamento delle zolle per aerarle e ossigenarle.
• Tra le azioni chimiche vi è la concimazione, cioè la restituzione al terreno dei sali minerali di cui hanno bisogno le nuove piante. La concimazione può essere eseguita con sostanze artificiali o naturali, come il letame e il compost, un terriccio di colore marrone scuro che deriva dalla degradazione della frazione organica dei rifiuti 4 .
2 Un suolo calcareo.
3 Campi con coltivazioni diverse.
SKILL BOOK
LAB STEM
SUOLI
La rotazione delle colture è una tecnica agraria che preserva i terreni dall’eccessivo impoverimento di sostanze nutritive. Consiste nell’alternare, di anno in anno nello stesso campo, coltivazioni che richiedono un suolo ricco di nutrienti (come il frumento) e coltivazioni che, al contrario, arricchiscono il suolo, per esempio le leguminose. Nelle radici di queste piante, infatti, vivono i batteri azotofissatori, in grado di catturare (o fissare) l’azoto gassoso che circola nei pori del terreno e trasformarlo in composti utilizzabili dalle piante.
4 Il compost può essere ottenuto direttamente in casa in appositi contenitori, chiamati compostiere.
SI DICE CHE…
La desertificazione non interessa il territorio europeo
Gli squilibri del clima, con intense precipitazioni alternate a prolungate siccità, accelerano l’erosione dei suoli e la perdita dello strato di humus superficiale; inoltre, la deforestazione e l’agricoltura intensiva riducono la produttività e favoriscono la desertificazione in tutti i continenti, Europa compresa. Secondo il rapporto 2022 dell’UNCCD, la Convenzione delle Nazioni Unite per la lotta alla siccità e alla desertificazione, la siccità sta aumentando, a livello globale, e colpisce circa 55 milioni di persone ogni anno. Entro il 2050, le zone aride potrebbero coprire tra il 50 e il 60% di tutto il Pianeta, con gravi danni per circa tre quarti della popolazione mondiale che vive in queste aree in condizioni di grave scarsità d’acqua.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Abbina i termini con la definizione corretta.
1 Permeabilità
2 Fertilità
3 Tessitura
4 Porosità
a È determinata dalle dimensioni dei granuli presenti nel suolo.
b Caratteristica di un terreno determinata dalla presenza di humus.
c Corrisponde alla quantità e alle dimensioni degli spazi liberi tra i granuli che compongono il suolo.
d Capacità di un suolo di assorbire e lasciarsi attraversare dall’acqua.
1: 2: 3: 4:
VERSO LE COMPETENZE
Osserva la fotografia aerea di una zona della Pianura Padana e rispondi alle domande.
1. Come si presentano i campi?
2. Si tratta di terreni incolti o coltivati?
3. Fai un’ipotesi sul perché i campi hanno una forma rettangolare e confini ben delineati.
4. Ricerca in rete informazioni sui principali tipi di suoli e sulle coltivazioni tipiche della zona in cui vivi.
RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI
1 Completa la mappa con le parole chiave mancanti.
aria - humus - lettiera - litosfera - orizzonti - orizzonte B - profilo del suolo - roccia madre
è lo strato superficiale della 2. è composto da
è diviso in 5 strati sovrapposti chiamati
che formano il 8.
3. parte minerale
4. parte organica
che sono
detto anche
che contiene
6. acqua
che deriva dall’alterazione della 15.
2 Inserisci accanto a ogni definizione il numero che corrisponde alla parola chiave usata nella mappa.
a. È l’orizzonte che contiene resti organici in decomposizione.
b. È l’orizzonte più profondo.
c. Mantiene umido il suolo.
d. È l’orizzonte ricco di minerali e povero di materia organica.
e. È composta da humus e pedofauna.
11. orizzonte A
9. orizzonte 0
1. IL SUOLO
14. orizzonte C
CLIMA
ROCCIA MADRE
7. 13.
CON LA MAPPA
CON LA SINTESI
LEZIONE IL SUOLO E LE SUE CARATTERISTICHE
1
Il suolo è il prodotto di processi che avvengono in centinaia o in migliaia di anni. Il suolo ricopre in maniera non uniforme la parte più esterna della litosfera ed è la zona di confine dove interagiscono le rocce, l’acqua, l’aria e gli organismi. È una risorsa fondamentale per la sopravvivenza di tutti gli organismi ed è indispensabile per coltivare piante utili all’alimentazione umana. Il suolo è formato da una parte minerale, cioè frammenti rocciosi alterati, una parte organica, acqua e aria. I fattori che contribuiscono alla formazione del suolo sono numerosi: la roccia madre, dalla quale si originano i frammenti rocciosi; il clima, che influenza i processi di alterazione delle rocce; la pendenza, che influisce sulla velocità di formazione del suolo; gli organismi, che arricchiscono il suolo di materia organica e lo mantengono aerato. All’interno del suolo si riconoscono diversi strati, chiamati orizzonti, che insieme formano il profilo del suolo. L’orizzonte 0 (zero) è l’orizzonte superficiale dove si accumula la lettiera e si forma l’humus; l’orizzonte A è formato da materia inorganica e abbondante humus; l’orizzonte B è ricco di sostanze minerali ma povero di humus; l’orizzonte C è formato da frammenti poco alterati provenienti dalla roccia madre sottostante.
2 LEZIONE I TIPI DI SUOLO
I suoli sono classificati in base alle caratteristiche della fase solida, il contenuto roccioso, della fase liquida, il contenuto di acqua, e della fase gassosa, il contenuto di gas.
La tessitura è una proprietà del suolo che dipende dalle dimensioni dei granuli che lo formano. Ghiaia e ciottoli, che hanno il diametro superiore a 2 mm, formano lo scheletro del suolo; sabbia, limo e argilla, che hanno il diametro inferiore a 2 mm, formano la matrice del suolo. La tessitura di un suolo determina la permeabilità, la proprietà di farsi attraversare e assorbire acqua, e la porosità, cioè la quantità e le dimensioni degli spazi tra i granuli che formano il suolo.
In base alla percentuale dei diversi tipi di sedimenti, i suoli agrari sono classificati in suoli sabbiosi, argillosi, calcarei e humici, che sono i più fertili. Il suolo agrario è un terreno che ha subito delle trasformazioni per prepararlo alla coltivazione delle piante utili. Lo strato attivo è quello che forma la superficie del suolo agrario, soffice, ricco di humus e di organismi viventi. Lo strato inerte, più compatto, è formato dalle sostanze trasportate in profondità dalla pioggia e dai frammenti della roccia originaria.
1 LEZIONE IL SUOLO E LE SUE CARATTERISTICHE
1 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. Il suolo è formato solamente da una parte minerale e da una parte organica.
b. Circa lo 0,5% della parte organica è costituita dalla pedofauna.
c. La roccia madre è la roccia originaria da cui hanno origine i frammenti rocciosi che formano il suolo.
d. L’orizzonte A è lo strato che contiene l’humus.
2 Scegli la soluzione corretta.
a. È un miscuglio di materiali di colore bruno-nerastro che derivano dalla decomposizione di resti vegetali e animali:
1 parte minerale.
2 humus.
3 pedofauna.
4 roccia madre.
b. Influenza direttamente i processi di alterazione delle rocce:
1 il clima.
2 la pendenza.
3 la pedofauna.
4 la roccia madre.
c. L’orizzonte ricco di minerali e con poca materia organica si chiama:
1 orizzonte C.
2 orizzonte B.
3 orizzonte A.
4 orizzonte 0.
3 Abbina i termini con la definizione corretta.
1. Fertilità
2. Pendenza
3. Roccia madre
4. Orizzonte C
5. Orizzonte 0
a Influisce sulla velocità di formazione del suolo.
b Aumenta la produttività dei suoli.
c Roccia situata in profondità da cui si origina la parte minerale del suolo. d È lo strato più superficiale del profilo di un suolo.
e È formato da frammenti poco alterati della roccia sottostante.
2. 3. 4. 5.
4 Sottolinea il termine corretto
a. Il suolo/la roccia madre è la zona di confine in cui interagiscono tra loro tutte le componenti del sistema Terra.
b. La parte minerale è costituita da frammenti rocciosi grossolani che formano lo scheletro/la matrice del suolo.
c. Sabbia, limo e argilla sono i frammenti più grossolani/sottili del suolo.
d. Gli organismi/agenti atmosferici mantengono compatto/morbido e aerato il suolo e lo arricchiscono di materia organica.
2 LEZIONE I TIPI DI SUOLO
5 Scegli la soluzione corretta.
a. Costituisce il contenuto di frammenti rocciosi e materiale più fine di un suolo.
1 La fase solida.
2 La fase liquida.
3 La fase gassosa.
4 La componente organica.
b. Granuli minerali di diametro inferiore a 2 mm costituiscono:
1 lo scheletro del suolo.
2 la matrice del suolo.
3 l’umidità del suolo.
4 la permeabilità del suolo.
c. La capacità del terreno di assorbire e lasciarsi attraversare dall’acqua è detta:
1 granulometria.
2 tessitura.
3 permeabilità.
4 capillarità.
d. Lo strato superficiale dove si sviluppano le radici delle piante è detto: 1 attivo.
2 inerte.
3 passivo.
4 minerale.
e. Che tipo di suolo è rappresentato nell’immagine?
1 Limoso.
2 Sabbioso.
3 Argilloso.
4 Ghiaioso.
6 Sottolinea le parole sbagliate presenti nel brano.
7 Inserisci nel brano i termini corretti.
I suoli non trattengono l’acqua e sono poco fertili perché sono molto . L’acqua penetra facilmente e trascina in profondità le sostanze nutritive che formano l’ .
8 Abbina le immagini dei suoli agrari con le didascalie corrette.
La rotazione delle colture è una tecnica agraria che preserva i terreni dall’eccessivo arricchimento di sostanze nutritive. Consiste nell’alternare, di anno in anno nello stesso campo, coltivazioni che richiedono un suolo povero di nutrienti (come il frumento) e coltivazioni che, al contrario, impoveriscono il suolo, per esempio le leguminose. Nelle radici di queste piante, infatti, vivono i batteri carboniofissatori, in grado di liberare l’azoto liquido che circola nei pori del terreno e trasformarlo in composti utilizzabili dalle piante. 2 1
a. Concimazione
b. Aratura
c. Azione meccanica
d. Azione chimica 1. 2.
METTI ALLA PROVA LE TUE COMPETENZE
SAPER LEGGERE E INTERPRETARE UN GRAFICO
1 Dai un titolo al disegno e completalo con i termini corretti.
a. Acqua.
b. Parte organica. c. Aria d. Parte minerale
INDIVIDUARE CARATTERISTICHE E SPIEGARE
2 Assegna a ogni immagine il corrispondente titolo.
INDIVIDUARE E CORREGGERE ERRORI
3 Sottolinea gli errori nel brano e scrivi i termini corretti.
In un suolo di buona qualità, il 40-45% del volume totale è parte minerale costituita da frammenti di roccia disgregati e alterati; il 20-30% è formato da parte organica; un altro 20-30% è formato da acqua che fornisce ossigeno alle radici delle piante; il 5-10% del volume totale è composto dalla lettiera costituita da humus e organismi.
SAPER LEGGERE E INTERPRETARE UN’IMMAGINE
4 Attribuisci a ciascuna componente del disegno la frase corretta.
1 2 3
a. Suolo ricco di argilla
b. Suolo ricco di ghiaia
c. Suolo ricco di limo
Rispondi alle domande.
a. Quale di questi tipi di suolo è il più impermeabile?
b. Quali tra questi tipi di suolo costituiscono la matrice?
c. Quale tra questi tipi di suolo è formato da granuli con il diametro più piccolo?
d. Perché il suolo ghiaioso è il più permeabile?
a. La sua composizione determina quella della parte minerale del terreno.
b. Batteri, funghi e protozoi, decomponendo i resti organici, arricchiscono il suolo.
c. Lo spessore di un suolo è funzione della pendenza del versante della montagna.
d. Temperatura e precipitazioni sono fattori determinanti nell’alterazione delle rocce. 1 4 2 3
SOIL CONSUMPTION
One of the serious issues affecting European soil is the loss of land due to changes in land use, like building infrastructure, constructing buildings, creating landfills, quarries, or other projects that remove soil and its vegetation. This is the most aggressive form of degradation and it is also the least reversible.
For Italy, this is certainly a priority threat which has already caused a loss of land, quantified by ISPRA (the Italian National Institute for Environmental Protection and Research) as equal to 7.6% of the national land area: that is equivalent to a region as large as Tuscany. While other European countries like Holland, Belgium and Germany also have high level of soil consumption, Italy’s situation is particularly alarming due to its terrain. Soil consumption, in fact, is concentrated in lowland areas in the north and in coastal regions. Furthermore, the consumption of soil is in direct conflict with productive land use, leading especially to the loss of agricultural land. In Europe, there is a distinction between ‘land take’, which measures the region converted for its intended use, and ‘soil sealing’, which refers to the portion of land that is completely covered. This sealed land loses its ecological functions, such as rainwater infiltration. This situation directly contributes to increased hydraulic risk associated with intense weather events.
(adapted from https://soil4life.eu/en/il-consumo-del-suolo/)
c. Where is the maximum concentration of soil degradation in Italy?
d. Explain the difference between “land take” and “soil sealing”.
5 DICEMBRE GIORNATA MONDIALE DEL SUOLO
Su decisione delle Nazioni Unite e della FAO, il 5 dicembre è stata dichiarata la Giornata mondiale del suolo. L’iniziativa ha lo scopo di aumentare la consapevolezza dell’importanza del suolo per la vita umana e di tutti gli esseri viventi. I suoli, essenziali per la vita sulla Terra, sono minacciati da molteplici forme di degrado, ma ancora non esiste una normativa specifica per la tutela del suolo, né a livello nazionale né europeo.
Obiettivo primario della Giornata mondiale del suolo è sollecitare l’approvazione di leggi che permettano di raggiungere entro il 2030 la neutralità, in termini di degrado del suolo, e di azzerare il consumo di suolo entro il 2050, così come dichiarato negli Obiettivi di Sviluppo che prendono in esame le risorse del suolo in relazione alla sicurezza alimentare.
■ COMPETENZE
Comprendere il significato di suolo; riconoscere e quantificare la perdita di suolo; comprendere le conseguenze di questa perdita sull’economia globale, la salute e l’esistenza degli esseri umani; individuare le azioni a livello personale e sociale per invertire questa tendenza; approfondire la conoscenza della desertificazione in Italia.
Utilizzare diversi tipi di strumenti per ricercare informazioni.
Saper organizzare un’attività di ricerca in gruppo. Collaborare con gli altri.
Comunicare i risultati usando mezzi e supporti diversi.
Ricercare sul web strumenti alternativi per la risoluzione di problemi.
■ COMPITO
• Lavorare in gruppo per raccogliere dati sull’utilizzo e sul consumo di suolo e sulle conseguenze di questi fenomeni. Ricercare informazioni sulle azioni da intraprendere per rallentare il processo di perdita del suolo e invertire la tendenza.
5 DICEMBRE GIORNATA
MONDIALE
DEL SUOLO
• Realizzare cartelloni, infografiche e presentazioni digitali che illustrino l’utilizzo del suolo in Italia e i suoli minacciati dal consumo: a quanto ammonta la percentuale di suolo utile per l’agricoltura, quanto suolo è necessario lasciare allo stato naturale per la sopravvivenza degli ecosistemi, quanto suolo è minacciato da fenomeni naturali e quanto da interventi umani.
• Progettare un incontro esteso a tutte le classi e anche agli adulti per sensibilizzare sul tema del consumo di suolo e del suo utilizzo consapevole.
■ STRUMENTI
– Computer connessi alla rete internet
– Videoproiettore o LIM
– Cartelloni
– Materiali di cancelleria
■ ORGANIZZAZIONE DEL COMPITO
Dividere la classe in gruppi e attribuire a ciascuno un compito da svolgere. L’esecuzione è divisa in sette fasi:
• ricerca in rete o su testi o su riviste specializzate delle informazioni sul consumo del suolo (2-3 ore);
• realizzazione di schede informative sulle conseguenze della perdita di suolo in Italia e nel mondo (2 ore);
• realizzazione di schede informative sul consumo del suolo in Italia e nel mondo (2 ore);
• realizzazione di schede informative sull’utilizzo del suolo in Italia (2 ore);
• costruzione dei cartelloni e infografiche riassuntive (3 ore);
• realizzazione di presentazioni digitali (3 ore);
• organizzazione di un incontro, aperto a tutti, per la presentazione del lavoro (2 ore).
■ PERCORSO DELL’ESPERIENZA
Per prima cosa organizziamo i gruppi e stabiliamo di quale argomento si occuperà ciascuno: descrizione del suolo, quantificazione dell’utilizzo del suolo in Italia e nel mondo, conseguenze della perdita del suolo in Italia e nel mondo, individuazione di luoghi da proteggere in Italia, ricerca di informazioni sulla percentuale di suolo da lasciare allo stato naturale per conservare gli ecosistemi.
1 Ricerchiamo informazioni
Ogni gruppo ricerca in rete, su testi o riviste, informazioni relative all’argomento assegnato.
2 Realizziamo le schede relative all’argomento di cui si occupa il gruppo
Ogni gruppo riassume schematicamente le informazioni fondamentali relative al tema specifico assegnato.
3 Individuiamo i tipi di suoli presenti sul pianeta
Partendo dall’esame della carta tematica dell’utilizzo del suolo nel mondo, selezioniamo alcuni siti dedicati a questo argomento e navighiamo al loro interno per trovare informazioni sul consumo dei suoli e sui rischi che derivano da questo fenomeno.
4 Ricerchiamo informazioni sulle condizioni del suolo in Italia
Partendo dall’esame della carta dei suoli d’Italia, individuiamo i siti che descrivono la situazione del consumo e del degrado del suolo nella regione, nella provincia o nel comune dove viviamo.
Scopriamo quali sono le aree protette presenti nel nostro territorio dove il suolo è conservato e ricerchiamo informazioni sulle principali cause di riduzione del suolo nella nostra regione.
5 Comunichiamo i nostri risultati
Tutta la classe si riunisce e discute i risultati della ricerca, scegliendo quali informazioni inserire nei cartelloni.
6 Realizziamo una presentazione digitale
Ogni gruppo si riunisce e prepara una presentazione digitale dell’argomento di cui si è occupato.
7 Organizziamo un incontro
Sotto la guida dell’insegnante, organizziamo un incontro aperto a tutti per comunicare i risultati delle nostre ricerche e sensibilizzare i presenti riguardo alla necessità di raggiungere gli obiettivi di tutela dei suoli prefissati a livello internazionale.
■ RIFLETTIAMO INSIEME
• Nell’obiettivo n. 2 dell’Agenda 2030 “Sconfiggere la fame”, si legge: “Porre fine alla fame, raggiungere la sicurezza alimentare, migliorare la nutrizione, promuovere un’agricoltura sostenibile”. Commentiamo insieme questa frase e cerchiamo di dare spiegazioni del perché il nostro modo di alimentarci mette a rischio la produzione alimentare nel futuro.
■
OLTRE IL COMPITO
• L’obiettivo n. 12 dell’Agenda 2030 ha come finalità quella di garantire modelli sostenibili di produzione e di consumo. Individua quali strategie dell’Agenda 2030 potrebbero permettere di raggiungere questi traguardi e spiega perché il consumo di suolo è parte integrante di questo impegno.
VIVENTI
L’unità fondamentale della vita
Se qualcuno ti chiedesse perché sei vivo, le tue risposte sarebbero semplici e immediate: “Perché respiro, mangio, cammino, penso...”.
Eppure sono decenni che la scienza cerca di dare una definizione al fenomeno della vita, senza riuscirci fino in fondo. Malgrado secoli di discussioni, esperimenti, riflessioni e progressi scientifici, nessuna delle definizioni di “vita” proposte finora riesce a distinguere in modo soddisfacente ciò che è animato da ciò che consideriamo inanimato, non vivo. Sappiamo che gli elementi costituenti entrambe le realtà sono atomi e molecole ma è la complessità della loro organizzazione che rende gli organismi viventi capaci di svolgere funzioni uniche, come adattarsi all’ambiente e modificarsi nel tempo.
La scienza che studia la vita è la biologia, un complesso di discipline molto varie che abbraccia tutti gli aspetti del mondo vivente, dalla composizione chimica delle molecole che formano gli organismi, oggetto della biologia molecolare, al funzionamento della cellula, oggetto di studio della citologia, alla classificazione dei viventi svolta dalla sistematica. È solo grazie alla collaborazione tra i molti e diversi settori della biologia che la scienza riesce a progredire nella comprensione del fenomeno della vita.
Parole per capire
Biologia • Il termine “biologia” deriva da una parola del greco antico che significa “studio della vita”. È l’insieme delle scienze che si occupano dello studio degli organismi viventi, delle parti che li formano e delle loro funzioni, dei modi in cui essi interagiscono con il loro ambiente e della storia della vita.
Citologia • Settore della biologia che studia la forma, la struttura, l’organizzazione e le funzioni delle cellule animali e vegetali. È chiamata anche biologia cellulare.
Sistematica • Settore della biologia che si occupa del riconoscimento degli organismi al fine di classificarli secondo specifici criteri e di attribuire loro un nome che sia valido per tutta la comunità scientifica.
LE
PROFESSIONI del tuo futuro!
GIACOMO ROSA, dottorando in Zoologia e Biologia della Conservazione
Si è laureato in Scienze dei Sistemi Naturali presso l’Università di Genova, dove attualmente sta svolgendo il dottorato. Si occupa della gestione e conservazione di anfibi e rettili della Liguria. Ha partecipato a tirocini e progetti di ricerca sull’erpetofauna in Italia e in Francia presso i Conservatoires d’Espaces Naturels di Corsica e Provenza. È socio della Societas Herpetologica Italica e vincitore del Premio Nazionale “Francesco Barbieri”, nonché autore e coautore di pubblicazioni scientifiche.
ROBERTA TOTA, naturalista
Ha 27 anni e da più di due anni lavora con grande entusiasmo in un Museo di Scienze Naturali. La sua grande passione per la natura, le ha fatto scegliere la facoltà di Scienze naturali e ha poi proseguito gli studi magistrali in Biologia dell’ambiente. Ama la fotografia naturalistica ed è sensibile a tematiche come la salvaguardia dell’ambiente e della biodiversità. Per lei lavorare in un museo significa tutelare, conservare e valorizzare beni naturalistici, collaborare con ricercatori e scienziati di tutto il mondo e non smettere mai di imparare.
FRANCESCO DELVILLANI, insegnante di Scienze
Dopo la laurea in biologia molecolare ha lavorato per oltre quattro anni in università nell’ambito della ricerca di base in microbiologia, conseguendo il dottorato di ricerca. Ha poi intrapreso la carriera di docente e da dieci anni insegna matematica e scienze nella scuola secondaria di primo grado. Si occupa inoltre della gestione dei corsi di recupero e di potenziamento nella scuola in cui opera, sviluppando progetti volti a promuovere e stimolare le capacità di alunni e alunne.
PARLA LO SCIENZIATO
LA CELLULA
1 LEZIONE LE CARATTERISTICHE DEI VIVENTI
2 LEZIONE I VIVENTI SONO COSTITUITI DA CELLULE
3 LEZIONE LA STRUTTURA DELLA CELLULA
4 LEZIONE LA RIPRODUZIONE DELLA CELLULA UN MODELLO VINCENTE visual
La capacità dei vegetali di utilizzare l’energia solare per produrre sostanze nutritive potrà presto diventare anche per noi una grande opportunità. Gli scienziati lavorano da anni sulla fotosintesi artificiale, un processo chimico simile a quello compiuto dai vegetali, ma capace di produrre carburanti alternativi ai combustibili fossili e permettere una transizione energetica sostenibile. Nei laboratori si stanno sperimentando diversi tipi di materiali fotocatalizzatori capaci di assorbire l’energia e di immagazzinarla per utilizzarla quando serve. L’ossido di ferro, per esempio, una sostanza molto comune ed economica, è in grado di favorire la scissione della molecola dell’acqua. Con la scissione della molecola di acqua si potrebbero risolvere due problemi: quello energetico, in quanto l’idrogeno che si forma è un ottimo combustibile, e quello ambientale, perché la reazione non libera anidride carbonica né altri gas responsabili del riscaldamento globale. Grazie all’energia accumulata con la fotosintesi artificiale sarà possibile produrre anche altri tipi di combustibili.
Parole per capire
Transizione energetica • Passaggio da un sistema energetico basato sull’uso esclusivo di combustibili fossili a uno basato sull’impiego di fonti rinnovabili con emissioni di anidride carbonica molto basse o uguali a zero.
Fotocatalizzatori • Sono sostanze capaci di assorbire l’energia solare per attivare le reazioni chimiche, come quelle che avvengono nella fotosintesi.
Riscaldamento globale • Indica il cambiamento del clima terrestre sviluppatosi a partire dalla fine del XIX secolo e ancora in atto, caratterizzato dall’aumento della temperatura media della Terra, a causa delle emissioni nell’atmosfera terrestre di crescenti quantità di gas serra derivanti dall’attività umana.
1 LEZIONE LE CARATTERISTICHE DEI VIVENTI
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
Vivente o non vivente?
1. Perché non è sempre semplice distinguere un essere vivente da un oggetto inanimato? Indica almeno un esempio che può trarre in inganno.
2. Ti è mai capitato di confondere un animale con una pianta?
3. Come si chiama la disciplina che si occupa dello studio degli esseri viventi? Qual è la sua etimologia?
ORA FERMA L’IMMAGINE!
Rivedi il video, trova le immagini e scrivi per ciascuna una didascalia.
1 LE CARATTERISTICHE COMUNI DEGLI ESSERI VIVENTI
Anche se sono molto diversi l’uno dall’altro, gli organismi viventi possiedono un insieme di caratteristiche comuni che ci consentono di affermare che sono vivi. Gli esseri viventi:
• sono costituiti da cellule;
• ricavano dall’ambiente sostanze nutritive ed energia, cioè si nutrono;
• respirano e producono rifiuti che eliminano;
• si muovono (almeno in una fase della loro vita);
• reagiscono agli stimoli;
• si adattano al proprio ambiente;
• crescono;
• si riproducono;
• infine muoiono.
Nutrirsi, respirare, muoversi, reagire agli stimoli, adattarsi al proprio ambiente, crescere, riprodursi e morire sono le funzioni vitali degli organismi.
La scienza che studia gli esseri viventi è la biologia
2 GLI ESSERI VIVENTI SONO COSTITUITI DA CELLULE
La cellula è la più piccola unità dei viventi. Vi sono esseri viventi unicellulari, cioè costituiti da una sola cellula capace di svolgere tutte le funzioni vitali e organismi pluricellulari, cioè costituiti da più cellule organizzate tra loro.
CELLULA
3 GLI ESSERI VIVENTI SI NUTRONO
Gli esseri viventi devono procurarsi le sostanze nutritive di cui hanno bisogno. Le piante, grazie alla luce del Sole, trasformano l’acqua, i sali minerali e l’anidride carbonica ricavati dall’ambiente nelle sostanze nutritive di cui hanno bisogno. Questo processo è chiamato fotosintesi 1 .
Gli animali, a differenza delle piante, non sono in grado di fabbricare le sostanze nutritive di cui hanno bisogno; devono perciò nutrirsi di altri esseri viventi 2
Le piante sono organismi autotrofi.
Gli animali sono organismi eterotrofi.
Un tipo particolare di organismi eterotrofi sono i funghi: non sono in grado di produrre sostanze nutritive e non possono neppure mangiare e digerire altri organismi. Per questo si nutrono grazie all’assorbimento delle sostanze prodotte da altri organismi oppure le ricavano dai resti di organismi morti in decomposizione 3 .
4 GLI ESSERI VIVENTI RESPIRANO ED ELIMINANO RIFIUTI
Oltre alle sostanze nutritive, gli esseri viventi ricavano dal cibo anche l’energia necessaria per compiere le funzioni vitali.
La respirazione è il processo che permette agli organismi di trarre energia dagli alimenti.
Attraverso la respirazione gli esseri viventi introducono nel loro organismo ossigeno (un gas presente nell’aria e nell’acqua) e lo utilizzano per trasformare gli zuccheri e liberare energia e anidride carbonica. Esistono tuttavia altri modi di estrarre energia dagli alimenti: per esempio i lieviti, i microrganismi aggiunti all’impasto del pane e della pizza ricavano energia dagli zuccheri senza bisogno di ossigeno, grazie a un processo chiamato fermentazione
Nel corso delle numerose trasformazioni che gli alimenti subiscono per essere utilizzati dagli organismi, vengono prodotte anche sostanze di rifiuto. Questi materiali sarebbero dannosi se si accumulassero all’interno dell’organismo; pertanto devono essere eliminati e riversati nell’ambiente.
Il processo di eliminazione delle sostanze di rifiuto è chiamato escrezione
1 Le piante producono da sole il proprio nutrimento grazie alla fotosintesi.
2 A ognuno il suo cibo. a) La giraffa è erbivora. b) La volpe è carnivora. c) Il corvo è onnivoro.
3 I funghi assorbono le sostanze nutritive dalla pianta su cui crescono.
4 I pinguini nuotano agilmente in acqua usando le ali come pinne.
5 La risposta di un girasole e della mimosa pudica agli stimoli ambientali.
5 GLI ESSERI VIVENTI SI MUOVONO E REAGISCONO AGLI STIMOLI
Quasi tutti gli animali si muovono utilizzando zampe, ali, pinne, piedi o altre strutture 4
Grazie al movimento gli animali si procurano il cibo, sfuggono ai pericoli, si spostano negli ambienti che presentano condizioni favorevoli alla loro sopravvivenza. Le piante, invece, appaiono per lo più ferme; in realtà compiono dei movimenti in risposta a stimoli provenienti dall’esterno. I girasoli, per esempio, ruotano le foglie e i fiori in risposta a uno stimolo luminoso, i raggi di Sole; la mimosa pudica, invece, risponde a uno stimolo tattile e se toccata ripiega le sue foglioline in un decimo di secondo 5 In genere gli animali percepiscono gli stimoli che provengono dall’esterno (rumori, odori, luce, variazioni di temperatura) attraverso gli organi di senso. Sono poi in grado di reagire a essi, modificando il proprio aspetto oppure il comportamento.
6 GLI ESSERI VIVENTI SI ADATTANO AL PROPRIO AMBIENTE
Quando cambiano le condizioni di vita, gli esseri viventi modificano, entro certi limiti e in tempi molto lunghi, le proprie funzioni biologiche o l’organizzazione corporea. Questa funzione è detta adattamento.
7 GLI ESSERI VIVENTI NASCONO, CRESCONO E SI RIPRODUCONO
Gli animali, le piante e i funghi nascono da individui della stessa specie, simili in tutto a loro, e poi crescono, cioè aumentano le loro dimensioni e il loro peso.
Gli animali crescono fino a quando raggiungono l’età adulta. Le piante, se sono nelle condizioni adatte, continuano a crescere per tutta la durata della loro vita.
Ogni organismo è capace di generare altri esseri viventi in tutto simili a se stesso, assicurando così la sopravvivenza della specie alla quale appartiene.
Questa particolare caratteristica degli esseri viventi si chiama riproduzione.
La riproduzione può essere asessuata, se avviene con l’intervento di un solo organismo, oppure sessuata, se intervengono un individuo maschio e un individuo femmina. Nella riproduzione sessuata il nuovo individuo si forma a partire dall’unione di due cellule specializzate: il gamete maschile e il gamete femminile. Questa funzione è chiamata fecondazione
La sequenza di avvenimenti che si ripete sempre uguale nel corso della vita di ogni essere vivente si chiama ciclo vitale. Il ciclo vitale di un organismo inizia con la sua nascita e continua con il suo sviluppo, per poi terminare con la morte, processo che può avvenire per cause accidentali o per l’invecchiamento dell’organismo. Per questo, la durata della vita è un carattere che varia da specie a specie.
SI DICE CHE…
Gli animali che vivono più a lungo sono l’elefante e la tartaruga
Gli elefanti e le tartarughe sono animali terrestri molto longevi. L’elefante può arrivare a vivere fino a 70 anni mentre la tartaruga delle Galapagos vive in media fino a 100 anni, anche se molti esemplari li hanno abbondantemente superati. Il primato di longevità spetta però a un mammifero acquatico: la balena della Groenlandia, Balaena mysticetus, che può vivere fino a 200 anni!
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Completa le frasi con i termini corretti. lunghi cellule autotrofi asessuata adattamento eliminazione
1. Gli esseri viventi sono costituiti da .
2. Il processo di delle sostanze di rifiuto è chiamato escrezione.
3. Gli esseri viventi si riproducono esclusivamente per via sessuata e .
4. L’ è la capacità degli organismi di adattarsi alle variazioni ambientali in tempi molto
5. Le piante sono organismi .
VERSO LE COMPETENZE
Il disegno mostra il ciclo vitale delle rane. Completa con i termini corretti le frasi che descrivono le tappe del processo.
1. Le uova sono deposte dalla femmina nell’acqua. È il segnale che è avvenuta la .
4. La durata della vita di una rana è di circa cinque anni: il ciclo vitale si conclude con la dell’animale.
3. I girini gradualmente subiscono molti cambiamenti.
e lo sviluppo del corpo trasformano i girini in rane adulte.
2. Dalle uova fecondate escono i piccoli della rana, i girini Questa fase del ciclo vitale è la
Le caratteristiche dei viventi
2 LEZIONE I VIVENTI SONO COSTITUITI DA CELLULE
LAB STEM
TESSUTI ANIMALI E VEGETALI AL MICROSCOPIO
Basta un microscopio ottico piuttosto semplice per osservare dei tessuti, cioè degli insiemi di cellule dello stesso tipo.
■ REALIZZA L’ESPERIMENTO
MATERIALI
• un microscopio ottico
• vetrini portaoggetto e coprioggetto
• un contagocce
• acqua
• bastoncini cotonati
• una cipolla
• una pinzetta
PROCEDIMENTO
1. Inizia con la preparazione del campione di tessuto animale. Usa il bastoncino cotonato per strofinare l’interno della tua guancia e disponi i frammenti di tessuto sul vetrino portaoggetto. Preleva un po’ d’acqua con il contagocce e versa una goccia sul campione, poi ricopri il tutto con il vetrino coprioggetto.
2. Prepara il campione di tessuto vegetale. Preleva con la pinzetta un frammento di pellicola di cipolla dalla parte viva e umida. Fai in modo che sia il più sottile possibile. Appoggia la pellicola sul vetrino e coprila con il vetrino coprioggetto.
3. Ora puoi procedere con l’osservazione dei due campioni: inizia con un ingrandimento 100× e poi passa a 400×.
■ OSSERVA
E RISPONDI
1. Che forma hanno le cellule che costituiscono il tessuto prelevato all’interno della tua bocca?
2. Che forma hanno le cellula della cipolla?
3. Quale dei due tipi di cellula ha una forma più regolare?
4. Che cosa riesci a vedere all’interno delle cellule? È visibile in entrambe un grosso corpuscolo di forma sferica?
5. Osservi altri particolari che distinguono la cellula animale da quella vegetale?
6. Scrivi la relazione dell’esperimento.
1 CHE COS’È LA CELLULA
Ti sei mai fermato a osservare la varietà degli edifici che trovi lungo la strada che ti porta a scuola? Piccoli condomini, villette, palazzi, anche se diversi hanno molti elementi in comune: per esempio, hanno porte e finestre, impianti idraulici ed elettrici, un tetto e sono generalmente costruiti con mattoni. Lo stesso si può dire per gli esseri viventi. All’apparenza sono molto diversi per forma, dimensioni, tipo di movimento, modo di nutrirsi, ma tutti hanno una caratteristica in comune: sono fatti di cellule.
La cellula è la più piccola unità dei viventi in grado di svolgere tutte le funzioni vitali.
Per esprimere le dimensioni delle cellule bisogna ricorrere a un’unità di misura molto piccola, il micrometro. Un micrometro equivale a un millesimo di millimetro e si indica con il simbolo µm. Pensa che il nostro occhio da solo non può distinguere oggetti più piccoli di 0,1 mm, cioè 100 µm!
2 ORGANISMI UNICELLULARI E ORGANISMI PLURICELLULARI
Una cellula può costituire da sola un vero e proprio organismo: in questo caso si parla di organismo unicellulare. Sono organismi unicellulari i batteri, formati da un tipo di cellula molto semplice, la cellula procariote 1
Piante, funghi e animali sono organismi pluricellulari, formati cioè da un grandissimo numero di cellule 2 . Le cellule dei pluricellulari sono cellule eucariote: sono più grandi delle procariote e presentano una struttura e un’organizzazione molto più complesse.
Esistono anche organismi unicellulari formati da una sola cellula eucariote, per esempio i lieviti, le muffe, le alghe unicellulari e i parameci 3
2 La chiocciola e il fungo sono organismi pluricellulari.
3 Il paramecio è un organismo unicellulare eucariote.
3 L’ORGANIZZAZIONE DEGLI ORGANISMI PLURICELLULARI
Negli unicellulari, come un batterio e un paramecio, la cellula costituisce l’intero organismo. Nei pluricellulari, invece, le cellule si specializzano e assumono forme specifiche in relazione alle funzioni che svolgono. Per questo motivo una cellula che costituisce un muscolo è diversa da una cellula che costituisce, per esempio, il cervello.
Le cellule che svolgono lo stesso compito presentano forma e dimensione uguali; costituiscono un tessuto, specializzato per esempio nel proteggere l’organismo, produrre delle sostanze oppure farlo muovere. I tessuti, a loro volta, sono organizzati in organi, poi in sistemi o apparati e infine in un organismo 4 (a pagina seguente).
1 I batteri, organismi unicellulari, sono formati da una cellula procariote delle dimensioni di pochi micrometri.
Foto al microscopio di una cellula ossea.
Foto al microscopio di tessuto osseo. La vertebra è un organo. Le ossa del serpente formano il suo sistema scheletrico.
ANIMALI
4 I livelli di organizzazione negli animali e nelle piante. Il serpente è un organismo.
Cellula
La cellula è l’unità costitutiva di base di tutti i viventi.
Tessuto
Un tessuto è l’insieme di cellule tra loro simili, che svolgono la stessa funzione. Piante e animali possiedono tessuti per sostenere e rivestire il corpo e per trasportare sostanze.
Organo
Un organo è l’insieme di tessuti diversi che cooperano per svolgere una funzione vitale.
Apparato o sistema
Quando più organi collaborano allo svolgimento di una stessa funzione, si forma un sistema oppure un apparato: un sistema è costituito da più organi formati dallo stesso tessuto; un apparato è un insieme di organi formati da tessuti diversi.
Organismo
Un organismo è formato dall’insieme degli apparati e dei sistemi e rappresenta il livello di organizzazione più alto.
PIANTE
Foto al microscopio di una cellula di foglia.
Foto al microscopio del tessuto che riveste una foglia.
4 GLI STRUMENTI CHE PERMETTONO DI OSSERVARE LA CELLULA
La foglia è un organo. Le foglie formano l’apparato fogliare dell’albero. La quercia è un organismo.
A parte poche eccezioni, le cellule sono invisibili a occhio nudo. Per poterle osservare occorre utilizzare il microscopio, uno strumento capace di ingrandire le immagini di oggetti molto piccoli, dell’ordine del micrometro.
I laboratori scolastici sono generalmente attrezzati con microscopi ottici che possono ingrandire di centinaia di volte i preparati da osservare 5 . I campioni da osservare devono essere trasparenti alla luce prodotta dalla lampada collocata sotto il tavolino portaoggetti; per questo i preparati da porre sul vetrino devono essere estremamente sottili.
Le parti del microscopio che effettivamente ingrandiscono l’immagine di un oggetto sono le lenti, cioè l’oculare e l’obiettivo. L’obiettivo produce una prima immagine ingrandita dell’oggetto da osservare; questa, a sua volta, viene ulteriormente ingrandita dall’oculare.
Per conoscere l’ingrandimento fornito dal microscopio occorre moltiplicare il numero scritto sull’oculare per il numero scritto sull’obiettivo utilizzato. Se per esempio sull’oculare è scritto 10× e sull’obiettivo 40×, l’ingrandimento totale è 10 × 40, cioè di 400 volte.
5 Il microscopio ottico.
Lo stativo è la parte di sostegno del microscopio; contiene anche il tavolino portaoggetti sul quale viene posto il vetrino con il campione da osservare.
Come funziona il microscopio ottico
Il potere di ingrandimento di un microscopio ottico può essere potenziato fino a 2000 volte con vari accorgimenti, per esempio montando un maggior numero di lenti oppure utilizzando lenti più potenti. Tuttavia non è possibile aumentare il potere di risoluzione, cioè la capacità dello strumento di mettere a fuoco l’immagine mantenendo le proporzioni dell’oggetto che si osserva. Questo accade perché il microscopio ottico sfrutta le onde che formano la luce, che possiedono certe caratteristiche. Negli anni ’50 del secolo scorso è stato inventato il microscopio elettronico che, invece della luce visibile, utilizza gli elettroni, particelle contenute negli atomi 6 . Il microscopio elettronico riesce a ingrandire un oggetto fino a 100 000 volte e il suo potere di risoluzione permette di osservare strutture delle cellule migliaia di volte più piccole di quelle che si possono vedere con un buon microscopio ottico 7 . Grazie al microscopio elettronico è possibile osservare i componenti più piccoli delle cellule.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. Gli organismi unicellulari sono tutti procarioti.
2. Le cellule dei pluricellulari sono cellule eucariote.
6 Il microscopio elettronico.
Le lenti dell’oculare e dell’obiettivo costituiscono la parte ottica.
Una lampada a intensità regolabile illumina i preparati da osservare. Nei microscopi meno recenti la lampada è sostituita da uno specchietto.
7 Granuli di polline al microscopio elettronico.
3. Il microscopio ottico è lo strumento con il massimo ingrandimento.
4. Il microscopio elettronico può ingrandire fino a 100000 volte.
Sottolinea il termine corretto tra i due proposti.
1. L’unità di base dei viventi in grado di svolgere tutte le funzioni vitali è il tessuto/la cellula
2. Un organo è l’insieme di tessuti simili/diversi che cooperano per svolgere una funzione vitale.
3. I funghi sono organismi pluricellulari/unicellulari
visual UN MODELLO VINCENTE
esistono cellule con forme e dimensioni molto diverse, a seconda delle funzioni che svolgono e dell’ambiente in cui vivono, ma tutte presentano un modello base comune, formato dalla membrana plasmatica, dal citoplasma e dal materiale genetico. sembra semplice ma è un modello vincente, perché ha reso possibile l’evoluzione della vita nelle innumerevoli forme che conosciamo.
DUE FLAGELLI PER MUOVERSI MEGLIO
Le Chlamydomonas sono alghe unicellulari che si muovono grazie a due flagelli. In particolari condizioni ambientali possono produrre gas idrogeno invece che ossigeno.
Gli scienziati sperano di poterle usare per la produzione industriale dell’idrogeno, un combustibile che libera grandi quantità di energia, senza emettere anidride carbonica.
CELLULE CON LE GEMME
Anche i funghi, infatti, sono formati da cellule eucariote. Le cellule fungine non possiedono cloroplasti, perché i funghi non sono organismi autotrofi, ma come le cellule vegetali sono rivestite da una parete cellulare composta non da cellulosa ma da chitina, un polisaccaride presente anche nelle strutture animali, per esempio nel rivestimento esterno degli insetti.
CELLULE CON LA PARETE
La forma delle cellule vegetali che costituiscono il tessuto epiteliale è determinata dalla presenza della parete cellulare. Le cellule, appiattite e di forma regolare, aderiscono strettamente le une alle altre come piastrelle di un pavimento e formano un tessuto resistente agli attacchi degli agenti esterni.
CELLULE CAPACI DI ALLUNGARSI E DI ACCORCIARSI
Le cellule dei tessuti muscolari hanno una forma stretta e allungata perché devono contrarsi e rilassarsi; in questo modo permettono il movimento del corpo e delle sue componenti. Per esempio, le cellule che costituiscono il tessuto cardiaco devono continuamente contrarsi perché il cuore possa pulsare e pompare il sangue.
UNA FORMA PER INGLOBARE
La cellula di un’ameba ha la membrana capace di allungarsi e di formare dei prolungamenti, gli pseudopodi (che significa “falsi piedi”).
Grazie agli pseudopodi l’ameba può muoversi ma anche circondare e inglobare i microrganismi e le particelle di cibo.
CELLULE ADATTE A COMUNICARE
I neuroni, le cellule del tessuto che forma il cervello e i nervi, ricevono e trasmettono gli impulsi nervosi. Per comunicare meglio con le cellule vicine, il neurone ha una forma stellata. Un neurone è composto dal corpo cellulare, che contiene il nucleo, dai dendriti, le ramificazioni che ricevono le informazioni dall’ambiente, e dall’assone, lungo il quale viaggiano i segnali verso altri neuroni.
UNA CELLULA CON UN APPARATO DIGERENTE
Il paramecio è un organismo formato da un’unica cellula eucariote. Il cibo entra dall’apertura orale, è digerito dai vacuoli alimentari e i rifiuti sono espulsi dal poro anale. Si può dire che il paramecio possiede un primitivo apparato digerente formato da organuli cellulari!
3 LEZIONE LA STRUTTURA DELLA CELLULA
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
La teoria cellulare
1. Chi osservò per primo un organismo microscopico?
2. Quale teoria formularono i biologi basandosi sulle osservazioni al microscopio?
3. Quali sono i punti fondamentali di questa teoria?
Rivedi il video, trova l’immagine e spiega che cosa rappresenta.
4. Chi fu lo scienziato che utilizzò il termine “cellula”?
1 LE PARTI FONDAMENTALI DELLA CELLULA
Osservando alcune cellule al microscopio, i biologi si sono accorti che compaiono sempre tre parti fondamentali 1
Le parti fondamentali della cellula sono la membrana plasmatica, il DNA e il citoplasma.
Membrane a mosaico
1 La foto al microscopio mostra le parti fondamentali della cellula.
La membrana plasmatica, o membrana cellulare, è un rivestimento sottile ed elastico che delimita la cellula e la separa dall’ambiente esterno. È composta da molecole di varia natura che le conferiscono due caratteristiche peculiari: non è rigida e può “riconoscere” le cellule adiacenti. Attraverso la membrana plasmatica entrano le sostanze necessarie alla cellula ed escono i prodotti di rifiuto o altre sostanze prodotte dalla cellula.
DNA
membrana plasmatica citoplasma
ORA FERMA L’IMMAGINE!
Il DNA è il materiale genetico che contiene tutte le informazioni necessarie alla vita della cellula e dell’organismo.
Il citoplasma è una sostanza gelatinosa costituita da acqua, sali minerali e sostanze organiche che riempie l’interno della cellula; nel citoplasma sono immersi gli organuli, piccole strutture specializzate nello svolgimento di una funzione particolare.
2 LA CELLULA PROCARIOTE
Come anticipato, esistono due tipi di cellule: la cellula procariote e la cellula eucariote, che differiscono tra loro per la complessità strutturale.
La cellula procariote ha una struttura relativamente semplice e forma solo organismi unicellulari
vare il DNA; di conseguenza il materiale genetico è immerso nel citoplasma. Questo tipo di cellula è protetto da un rivestimento esterno chiamato sostegno e conferisce una certa forma alla cellula. Al di sotto della parete cellulare si trova una sottile i ribosomi
2 Organizzazione della cellula procariote.
La cellula procariote di molti batteri è dotata di flagelli, lunghi filamenti che, ruotando come eliche, permettono il movimento nei liquidi. La superficie cellulare, inoltre, è ricoperta da strutture più corte e sottili, i pili.
Alcuni batteri possiedono, oltre alla parete cellulare e alla membrana plasmatica, anche una capsula, un rivestimento che avvolge la parete e protegge la cellula dalla disidratazione.
Nel citoplasma sono immersi numerosi ribosomi, gli organuli che producono le proteine.
Il citoplasma contiene un filamento di DNA, localizzato nella zona della cellula chiamata nucleoide. Spesso sono presenti altri piccoli anelli di DNA, i plasmidi, responsabili della resistenza agli antibiotici manifestata da molti batteri che causano malattie.
LAB TINKERING
3 LA CELLULA EUCARIOTE ANIMALE
La cellula eucariote ha una struttura più complessa della cellula procariote e può essere animale o vegetale.
L’elemento che la contraddistingue è un corpuscolo sferico nel citoplasma, il nucleo, il “centro di controllo” di tutti i processi vitali della cellula. Nel citoplasma, oltre al nucleo, sono presenti numerosi organuli cellulari con forme e funzioni diverse. I più importanti sono i mitocondri, il reticolo endoplasmatico, i ribosomi, l’apparato di Golgi, i centrioli, i lisosomi e i vacuoli 3 .
3 Organizzazione della cellula eucariote animale.
I flagelli sono sottilissimi filamenti che permettono alla cellula di spostarsi.
L’apparato di Golgi è formato da un insieme di tubuli e vescicole dove si accumulano le proteine.
Il reticolo endoplasmatico è un organulo costituito da numerose membrane, ripiegate a formare una serie di tubi e di sacche appiattite; trasporta sostanze all’interno del citoplasma.
I centrioli sono organuli di forma cilindrica; hanno un importante ruolo nella divisione cellulare.
La membrana plasmatica separa e protegge la cellula, con tutto il suo contenuto, dall’ambiente circostante.
I ribosomi sono piccoli organuli che si trovano sia liberi nel citoplasma sia legati al reticolo endoplasmatico. Hanno il compito di costruire le proteine
I mitocondri sono organuli a forma di fagiolo dove avviene la respirazione cellulare, cioè la “combustione controllata” degli zuccheri necessaria per fornire l’energia alle cellule.
Esploriamo la cellula eucariote
4 LA CELLULA EUCARIOTE VEGETALE
I lisosomi sono piccole vescicole contenenti sostanze che distruggono le strutture cellulari danneggiate e non più utilizzabili. Il nucleo è un organulo separato dal citoplasma dalla membrana nucleare. Il nucleo contiene uno o più nucleoli, piccoli corpi sferici in cui si svolgono importanti reazioni chimiche, e una massa granulosa, la cromatina
I vacuoli sono vescichette di deposito; contengono acqua e sostanze di riserva.
La cellula vegetale ha di norma una forma più squadrata di quella animale 4 . Inoltre, si differenzia da quella animale perché, oltre che dalla membrana plasmatica, è delimitata da un rivestimento più esterno, la parete cellulare.
La parete cellulare è formata da cellulosa, una sostanza che conferisce alla cellula una certa rigidità. Parete cellulare e membrana plasmatica delimitano e proteggono il citoplasma, all’interno del quale si trova il nucleo.
SKILL BOOK
UNA CELLULA DA MANGIARE
I piccoli organuli allungati e verdi che si vedono all’interno del citoplasma sono i cloroplasti. Essi contengono la clorofilla, una sostanza verde in grado di “catturare” l’energia del Sole e avviare il processo di fotosintesi che permette alla pianta di fabbricarsi il proprio nutrimento. I cloroplasti sono presenti solo nelle cellule delle foglie e delle altre parti verdi delle piante; sono assenti in quelle che costituiscono le strutture che si sviluppano sotto terra come le radici, i bulbi e i tuberi.
La parete cellulare è un involucro solido e rigido che delimita la cellula vegetale e la collega alle cellule vicine. La cellulosa, uno zucchero complesso di cui è costituita, permette alle piante di sollevarsi dal terreno.
La parete cellulare è un involucro solido e rigido che delimita la cellula vegetale e la collega alle cellule vicine.
Il vacuolo delle cellule vegetali adulte è voluminoso: può occupare fino al 90% del volume della cellula. Al suo interno si accumulano acqua e altre sostanze presenti nel citoplasma.
I cloroplasti sono organuli delimitati da una doppia membrana. Contengono delle vescicole nelle quali si accumula la clorofilla, la sostanza necessaria nel processo di fotosintesi.
4 Organizzazione della cellula eucariote vegetale.
reticolo endoplasmatico nucleo apparato di Golgi
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Completa le frasi con i termini corretti. mitocondri ribosomi membrana nucleare parete cellulare cloroplasti
1. I sono organuli che hanno il compito di costruire le proteine.
2. Il nucleo è separato dal citoplasma dalla
3. I sono organuli a forma di fagiolo dove avviene la respirazione cellulare.
4. La è un involucro solido e rigido che delimita la cellula vegetale.
5. I sono organuli delimitati da una doppia membrana e contengono la clorofilla.
VERSO LE COMPETENZE
Visitate il sito www.cellsalive.com
Esplorate la sezione che contiene i modelli interattivi della cellula animale e della cellula vegetale, e traducete in italiano i termini che compaiono sui disegni.
Dividete la classe in due gruppi e ciascuno realizzi un cartellone con i disegni della cellula animale e della cellula vegetale con la denominazione in italiano e in inglese degli organuli cellulari. Alla fine del lavoro, potete sfidarvi a chi completa per primo i puzzle interattivi dei modelli delle cellule!
La struttura deLL a ceLLuL a
lisosoma
4 LEZIONE LA RIPRODUZIONE DELLA CELLULA
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
Una riproduzione rapidissima
1. Che cosa permette la riproduzione cellulare agli esseri viventi unicellulari? E a quelli pluricellulari?
2. Come si chiama la riproduzione propria dei batteri?
3. Rifletti: quale caratteristica rende più complessa la riproduzione di una cellula eucariote rispetto a quella di un batterio?
Che cosa rappresentano i disegni?
Scrivi una didascalia per ciascuna immagine.
1 LE CELLULE SI RIPRODUCONO
Quando una cellula ha raggiunto una determinata dimensione, è pronta per la riproduzione: si divide in due “cellule figlie”, ciascuna delle quali riceve gli stessi materiali della cellula di partenza, la “cellula madre”. Le cellule figlie si accresceranno e diventeranno identiche alla cellula madre e fra di loro; poi anch’esse si divideranno e comincerà un nuovo ciclo.
1
Anche le piante, come gli animali, crescono aumentando il numero di cellule dei propri tessuti.
Attraverso la riproduzione, gli organismi unicellulari si moltiplicano; gli organismi pluricellulari, invece, si accrescono in dimensione, dalla nascita fino all’età adulta, perché aumenta il numero delle cellule che formano il loro corpo 1 La riproduzione cellulare è necessaria, inoltre, per sostituire le cellule danneggiate, invecchiate o comunque non più in grado di svolgere il loro compito 2 .
2 Le cellule che costituiscono la pelle devono continuamente essere rimpiazzate da nuove cellule.
ORA FERMA L’IMMAGINE!
2 LA RIPRODUZIONE DELLA CELLULA PROCARIOTE
Le cellule procariote si dividono per scissione binaria, un meccanismo di riproduzione molto semplice 3 . Poco prima che avvenga la scissione binaria, il DNA si duplica. Poi nella membrana plasmatica della cellula madre si forma una strozzatura, un anello simile al cordone di una borsa. A mano a mano che l’anello si stringe, il DNA e il citoplasma si distribuiscono in modo uguale nelle due parti della cellula. Infine, la cellula si divide in due metà identiche, le cellule figlie.
I batteri, che sono organismi procarioti, si riproducono con questo meccanismo.
membrana plasmatica
parete cellulare
La membrana plasmatica forma una strozzatura.
cellule figlie
CELLULE FIGLIE
DNA
3 La scissione binaria.
Prima della scissione binaria il DNA si duplica, cioè crea una copia di se stesso.
La membrana plasmatica si riforma completamente.
3 LA RIPRODUZIONE DELLA CELLULA EUCARIOTE
La cellula madre si divide in due cellule figlie, ognuna delle quali riceve una copia completa di DNA e la sua parte di citoplasma e organuli.
Le cellule eucariote si dividono con un processo più complesso rispetto alla scissione binaria: la mitosi. Prima che il citoplasma si divida, è necessario che il nucleo e il suo contenuto si duplichino, in modo che ognuna delle due cellule che si formano abbia un nucleo identico a quello della cellula di partenza.
La mitosi di una cellula è un processo rapido e continuo; tuttavia, per descriverla meglio, viene suddivisa in quattro momenti diversi, o fasi: profase, metafase, anafase e telofase 4 (a pagina seguente).
Con la formazione dei due nuclei la mitosi si conclude e ha inizio la citodieresi, durante la quale anche il citoplasma si divide e si formano due cellule figlie identiche e indipendenti. La citodieresi avviene in modo diverso nelle cellule animali e in quelle vegetali.
Nelle cellule animali la membrana cellulare si strozza al centro, fino a che le due cellule figlie si separano.
Nelle cellule vegetali invece si forma un ispessimento, la piastra cellulare, dalla quale si forma la nuova parete cellulare che separerà le due cellule figlie 5 (a pagina seguente).
CELLULA MADRE
Interfase
4 Le fasi della mitosi.
Profase
Il DNA contenuto nel nucleo prende l’aspetto di bastoncini ben visibili al microscopio, i cromosomi Ogni cromosoma fa una copia di se stesso per assicurare alle nuove cellule lo stesso numero di informazioni e non la metà. Nel citoplasma inizia a formarsi il fuso mitotico, una struttura costituita da lunghe fibre (microtubuli) che guiderà i movimenti dei cromosomi durante la mitosi.
Profase
I centrioli si spostano alle parti opposte del nucleo; la membrana nucleare si dissolve e tra i centrioli si tendono i microtubuli.
Metafase
Metafase
I cromosomi raddoppiati, ancorati alle fibre del fuso, vengono trascinati al centro della cellula.
Anafase
Anafase
I cromosomi raddoppiati, che nella metafase erano ancora congiunti in una ristretta zona, si separano completamente. Ciascuno dei due cromosomi migra a un polo della cellula, trascinato dalla contrazione della fibra del fuso alla quale è legato.
Telofase
centrioli
nucleo
nucleolo
membrana nucleare
fuso mitotico in formazione
piano equatoriale
Telofase
Il fuso scompare; ai due poli opposti della cellula si riformano due nuovi nuclei.
5 La citodieresi delle cellule animali e vegetali.
cromosoma
microtubuli
cromosomi
La mitosi
4 IL CICLO CELLULARE
Una volta formate, le due cellule figlie non si riproducono subito. Prima che inizi una nuova mitosi devono accrescersi fino a raggiungere le dimensioni della cellula madre e fabbricare nuovi materiali.
Nella cellula eucariote, la sequenza di eventi che si verifica tra una divisione cellulare e la successiva prende il nome di ciclo cellulare. Il ciclo cellulare è distinto in due momenti principali: l’interfase e la fase M 6 . L’interfase è la fase di preparazione della cellula alla fase M; comprende tre fasi denominate G1, S e G2. La fase M comprende la mitosi, cioè la divisione del nucleo, e la citodieresi, cioè la divisione del citoplasma. Il ciclo cellulare è comune a tutte le cellule, ma il tempo che trascorrono in ciascuna delle diverse fasi può variare da cellula a cellula.
Nella fase S avviene la duplicazione del DNA.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Nella fase G2 la cellula completa l’accrescimento e si prepara alla mitosi.
cellula figlia
cellulafigl i a f a s e G 1
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. Gli organismi procarioti si riproducono per scissione binaria.
2. La scissione binaria è un processo riproduttivo velocissimo.
3. Il DNA si duplica durante l’interfase.
4. L’anafase è il primo processo della mitosi.
5. I centrioli entrano in gioco nella formazione del fuso mitotico.
6. La telofase conclude la mitosi.
VERSO LE COMPETENZE
Organizzate la classe in piccoli gruppi. Partendo dai disegni che illustrano la mitosi, ciascun gruppo realizza il modellino di una delle fasi usando materiali facilmente reperibili: per esempio carta, plastica ottenuta da bottiglie o da contenitori per alimenti, cannucce, pasta per modellare, ovatta. Al termine del lavoro la classe, sotto la guida dell’insegnante, compie le operazioni necessarie alla realizzazione di un filmato.
Per prima cosa vengono scattate delle fotografie con lo smartphone o il tablet, che sono poi condivise in una cartella comune nella sequenza corretta del processo di mitosi.
Scegliete uno dei programmi gratuiti disponibili in rete per la realizzazione di filmati a partire da fotografie, per esempio Movie Maker oppure Movavi. Inserite la vostra sequenza di fotografie e realizzate il filmato della mitosi!
La riproduzione deLL a ceLLuL a
Nella fase G1 la cellula aumenta le proprie dimensioni e produce nuovi materiali.
6 Il ciclo cellulare.
RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI
1 Completa la mappa con le parole chiave mancanti.
2 Inserisci accanto a ogni definizione il numero che corrisponde alla parola chiave usata nella mappa.
a. Organismi formati da apparati, organi e tessuti costituiti da cellule.
b. Organulo che controlla tutti i processi vitali della cellula.
c. Tipo di cellula eucariote delimitata dalla parete cellulare.
d. Cellula dotata di una struttura complessa.
CON LA MAPPA
il
CON LA SINTESI
1 LEZIONE LE CARATTERISTICHE DEI VIVENTI
Tutti gli esseri viventi sono costituiti da cellule e sono caratterizzati da specifiche funzioni vitali: si nutrono, respirano ed eliminano rifiuti, si muovono, reagiscono agli stimoli, si adattano al proprio ambiente, crescono, si riproducono, muoiono.
Le piante sono organismi autotrofi perchè producono da soli le sostanze nutritive grazie alla fotosintesi. Gli animali, che ricavano le sostanze nutritive da altri viventi, sono organismi eterotrofi.
La respirazione è il processo che permette agli organismi di trarre energia dagli alimenti.
L’escrezione è il processo di eliminazione delle sostanze di rifiuto. Tutti gli esseri viventi rispondono agli stimoli esterni: gli animali si muovono per cercare ambienti favorevoli alla sopravvivenza, mentre le piante rispondono agli stimoli esterni, come la luce.
Ogni organismo è capace di generare altri esseri viventi in tutto simili a se stesso. La riproduzione può essere asessuata, quando avviene con l’intervento di un solo organismo, o sessuata, quando intervengono un individuo femmina e un individuo maschio.
2 LEZIONE I VIVENTI SONO COSTITUITI DA CELLULE
La cellula è la più piccola unità dei viventi in grado di svolgere tutte le funzioni vitali.
I viventi costituiti da una sola cellula sono unicellulari: i batteri sono formati da una cellula procariote, cioè priva di nucleo; altri unicellulari sono costituiti da una cellula eucariote, cioè con un nucleo ben formato.
Gli organismi costituiti da più cellule organizzate tra loro sono detti pluricellulari. Le cellule tra loro simili, che svolgono lo stesso compito, costituiscono un tessuto. I tessuti, a loro volta, sono organizzati in organi, poi in sistemi o apparati e infine in un organismo.
Per poter osservare le cellule occorre il microscopio, uno strumento capace di ingrandire le immagini di oggetti molto piccoli, dell’ordine del micrometro. Il microscopio ottico, che utilizza la luce, può ingrandire di centinaia di volte i preparati da osservare. Il microscopio elettronico, che utilizza gli elettroni, riesce a ingrandire un oggetto fino a 100000 volte.
3
LEZIONE LA STRUTTURA DELLA CELLULA
Le parti fondamentali della cellula sono la membrana plasmatica, il DNA e il citoplasma. La cellula procariote è delimitata dalla parete cellulare e dalla membrana; il DNA è immerso nel citoplasma, dove si trovano gli organuli che producono le proteine, i ribosomi
La cellula procariote di molti batteri si muove grazie a filamenti lunghi e sottili, i flagelli, o con strutture più corte, i pili. La cellula eucariote ha una struttura più complessa della cellula procariote e possiede un nucleo ben definito. Esistono due tipi di cellule eucariote: animale e vegetale. Nel citoplasma di entrambi i tipi sono presenti numerosi organuli: i mitocondri, il reticolo endoplasmatico, i ribosomi, l’apparato di Golgi, i centrioli, i lisosomi e i vacuoli.
Le cellule vegetali possiedono, inoltre, una parete cellulare, che le delimita e le collega alle cellule vicine; i cloroplasti, che contengono la clorofilla, una sostanza in grado di avviare il processo di fotosintesi, e un grosso vacuolo che svolge funzione di sostegno e di accumulo di acqua ed altre sostanze. La parete cellulare è formata da cellulosa, uno zucchero che conferisce rigidità alla cellula vegetale.
4 LEZIONE LA RIPRODUZIONE DELLA CELLULA
Quando una cellula ha raggiunto una determinata dimensione, è pronta per la riproduzione: si divide in due cellule figlie, ciascuna delle quali riceve gli stessi materiali della cellula d’origine.
La riproduzione permette agli organismi unicellulari di moltiplicarsi e agli organismi pluricellulari di accrescersi e sostituire le cellule danneggiate o invecchiate. Le cellule procariote si dividono per scissione binaria, un meccanismo di riproduzione molto semplice: il DNA si duplica, nella membrana plasmatica si forma una strozzatura e la cellula madre si divide in due cellule figlie.
Le cellule eucariote si dividono con un processo detto mitosi. Prima della mitosi è necessario che il nucleo e il suo contenuto si duplichino per assicurare alle due cellule figlie un nucleo identico a quello della cellula madre.
La mitosi si svolge in quattro fasi: profase, metafase, anafase e telofase e termina con la citodieresi, cioè la divisione del citoplasma e la separazione delle due cellule figlie. Tra una mitosi e quella successiva avviene una serie di eventi, chiamata ciclo cellulare, a sua volta distinto in due momenti principali: l’interfase e la fase M, o mitosi. Nell’interfase avviene la crescita della cellula, la duplicazione del DNA e la preparazione alla mitosi.
1 LEZIONE LE CARATTERISTICHE
DEI VIVENTI
1 Scegli la risposta errata.
I viventi:
a sono costituiti da cellule.
b reagiscono agli stimoli.
c non si riproducono.
d si adattano al proprio ambiente.
2 Indica quale funzione vitale si deve attribuire agli organismi rappresentati nelle fotografie.
3 Scegli la soluzione corretta. Il processo che permette l’eliminazione dei rifiuti si chiama: a escrezione. b respirazione. c riproduzione. d nutrizione.
2 LEZIONE I VIVENTI SONO COSTITUITI
DA CELLULE
4 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. Le cellule sono la più piccola unità dei viventi in grado di svolgere tutte le funzioni vitali.
b. I viventi costituiti da una sola cellula sono detti pluricellulari.
c. Il microscopio ottico permette di osservare i dettagli più piccoli delle cellule.
d. I tessuti sono costituiti da cellule diverse fra loro.
5 Disponi nella sequenza corretta i livelli di organizzazione dell’organismo a partire dalla cellula. apparato o sistema - cellula - organismotessuto - organo
6 Assegna i termini corretti alle immagini.
LA STRUTTURA DELLA CELLULA
7 Completa il disegno della cellula eucariote
8 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. I flagelli servono per il movimento delle cellule.
b. Il reticolo endoplasmatico si trova sia nella cellula animale sia in quella vegetale.
c. I cloroplasti sono organuli tipici della cellula animale.
d. I mitocondri producono l’energia necessaria alla cellula.
9 Scegli la soluzione corretta.
a. Quale componente cellulare si trova solo nella cellula vegetale?
1 Membrana cellulare.
2 Capsula.
3 Parete cellulare.
4 Centriolo.
b. Qual è il nome delle vescicole contenenti sostanze che distruggono le strutture cellulari danneggiate o non più utilizzabili?
1 Nucleoli
2 Mitocondri
3 Ribosomi
4 Lisosomi.
10 Abbina i termini con la definizione corretta.
1. Cloroplasti
2. Vacuolo
3. Mitocondri
4. Reticolo endoplasmatico
5. Nucleo
6. Ribosomi
a Producono proteine
b Contiene il codice genetico
c Attivano la fotosintesi
d Vescicola di deposito
e Hanno forma di fagiolo
f È formato da numerose membrane ripiegate
LEZIONE LA RIPRODUZIONE DELLA CELLULA
4
11 Sottolinea il termine corretto tra i due proposti.
a. La riproduzione della cellula procariote si chiama scissione binaria/mitosi
b. Il fuso mitotico si allinea nel piano equatoriale durante la anafase/metafase
c. La divisione cellulare avviene nella profase/ telofase
d. La mitosi corrisponde alla fase M/fase S del ciclo cellulare
e. Durante la profase i cromosomi si compattano e si duplicano/dividono.
12 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. La citodieresi è il processo che inizia la mitosi.
b. Al termine della scissione binaria la membrana plasmatica forma una strozzatura.
c. Il DNA si duplica all’inizio della mitosi, ma non nella scissione binaria.
d. Durante l’interfase la cellula va incontro a un accrescimento importante.
e. La riproduzione cellulare ha come prodotto finale la produzione di proteine.
1.
INTERPRETARE E COMMENTARE UN MODELLO
1 Completa i disegni con i termini corretti.
2 Osserva i disegni qui sopra e rispondi alle domande.
a. Quale immagine rappresenta la cellula animale e quale la vegetale?
TRARRE INFORMAZIONI DA UN’IMMAGINE
3 Osserva le immagini e rispondi alle domande.
a. In quali fotografie sono rappresentati organismi autotrofi?
b. In quali fotografie sono rappresentati organismi eterotrofi?
c. In che modo si nutrono i funghi?
d. Quale processo permette alle piante di essere autotrofe?
b. Quali organuli sono esclusivi della cellula vegetale?
4 Risolvi.
a. In condizioni ottimali una cellula batterica può dividersi in 20 minuti. Calcola quanti batteri ci saranno dopo 1 ora partendo da una singola cellula.
METTERE IN ORDINE E SPIEGARE UN FENOMENO
5 Ordina le fasi della riproduzione della cellula eucariote. Poi abbina ogni termine alla sua definizione.
Anafase
Metafase
Profase
Telofase
Citodieresi
Anafase: Metafase:
a. Processo di divisione del citoplasma.
b. Fase della mitosi durante la quale i cromosomi raddoppiati vengono trascinati al centro della cellula.
c. Fase della mitosi durante la quale i cromosomi raddoppiati si separano e migrano ai poli opposti.
d. Fase della mitosi in cui si riformano i due nuclei.
e. Fase della mitosi durante la quale i cromosomi si raddoppiano.
Profase: Telofase: Citodieresi:
INTERPRETARE E TRARRE INFORMAZIONI DA UN TESTO
6 Leggi il brano.
DALLE CELLULE PROCARIOTE ALLE CELLULE EUCARIOTE
La Terra si formò circa 4,5 miliardi di anni fa: per milioni di anni le acque dei mari si arricchirono di molecole organiche formando quello che è chiamato “brodo primordiale”. È qui che, circa 3,8 miliardi di anni fa, si sarebbero formate le cellule degli organismi unicellulari più antichi, eterotrofi simili agli attuali batteri, capaci di vivere in assenza di ossigeno.
Nel tempo, il graduale esaurimento delle sostanze organiche favorì la diffusione di organismi autotrofi fotosintetici; l’aumento di ossigeno nell’atmosfera provocò la comparsa di organismi aerobi, capaci di utilizzare un gas come l’ossigeno per ricavare energia dalle molecole organiche. I protagonisti di questa prima fase della storia della vita furono, dunque, le cellule procariote. Come avvenne il passaggio alle cellule eucariote più complesse?
Negli anni ’70 del secolo scorso la biologa statunitense Lynn Margulis formulò la teoria dell’endosimbiosi sulla base delle osservazioni compiute su diversi tipi di batteri. La teoria sostiene che circa 1,4 miliardi di anni fa batteri aerobi sarebbero stati ospitati da un batterio anaerobio: il batterio ospite forniva
protezione e sostanze nutritive al batterio aerobio che usava a vantaggio di entrambi l’ossigeno. Altre associazioni vantaggiose, ad esempio di batteri capaci di compiere la fotosintesi (i futuri cloroplasti) con batteri provvisti di flagello, determinarono la comparsa di cellule più grandi, con una complessa organizzazione interna e capaci di muoversi. In questo modo avrebbero avuto origine le cellule eucariote che oggi costituiscono animali, vegetali e funghi.
Rispondi alle domande e svolgi le attività proposte, da solo o in gruppo con i tuoi compagni.
a. Spiega il significato dei termini autotrofo, eterotrofo, aerobio e anaerobio.
b. Quale ipotesi hanno formulato gli scienziati riguardo alla comparsa delle prime cellule?
c. Come si alimentavano i primi organismi comparsi nelle acque marine circa 3,8 miliardi di anni fa?
d. Spiega le osservazioni compiute dalla scienziata che le hanno permesso di formulare la teoria dell’endosimbiosi.
DIGITAL SKILLS
L’origine della vita sulla Terra rimane ancora oggi oggetto di indagine da parte degli scienziati: ricerca informazioni sulle più recenti ipotesi su questo argomento.
EUKARYOTIC CELLS
Like prokaryotic cells, all eukaryotic cells are surrounded by plasma membranes and contain ribosomes. However, eukaryotic cells are much more complex and contain a nucleus, a variety of cytoplasmic organelles, and a cytoskeleton. The largest and most prominent organelle of eukaryotic cells is the nucleus, with a diameter of approximately 5 µm. The nucleus contains the genetic information of the cell, which in eukaryotes is organised as linear DNA molecules.
Eukaryotic cells are generally much larger than prokaryotic cells, often having a cell volume at least a thousand times greater. In addition to a nucleus, eukaryotic cells contain a lot of organelles which have a distinct role in the metabolism of the cell. Two of these organelles, mitochondria and chloroplasts, play critical roles in energy metabolism. Mitochondria are responsible for generating energy through the breakdown of organic molecules, while chloroplasts are the sites of photosynthesis and are found only in plant and green algae cells.
COMPREHENSION EXERCISES
Read the text and answer the questions.
a. What structures are common both in prokaryotic and eukaryotic cells?
b. Which kind of cell is more complex, prokaryotic or eukaryotic?
c. Which is the largest organelle?
d. What do other organelles in eukaryotic cells do?
e. What role do mitochondria and chloroplasts play?
Rappresentazione di una cellula eucariote animale.
LA CLASSIFICAZIONE DEGLI ORGANISMI
1 LEZIONE COME SI CLASSIFICANO I VIVENTI
2 LEZIONE DARE UN NOME AGLI ORGANISMI UNA CHIAVE PER CLASSIFICARE visual
La classificazione dei viventi, introdotta da Linneo nel 1700 e perfezionata nei secoli successivi, si dimostra valida ancora oggi non solo per aiutarci a mettere ordine fra i viventi, ma anche per individuare nuovi organismi. Alcuni di questi organismi, specialmente tra i vegetali, possiedono proprietà utili per gli esseri umani. L’attenzione della scienza è rivolta soprattutto agli ecosistemi più ricchi di biodiversità, come le foreste pluviali, dove sono stati scoperti diversi tipi di piante che contengono sostanze utili nella cura di molte malattie. È il caso delle orchidee, come le specie
Dendrobium longicornu, Dendrobium transparens, Rhynchostylis retusa e Vanda cristata, che contengono sostanze che presto potranno trasformarsi in farmaci in grado di fermare la proliferazione di molti tipi di tumori. La comunità scientifica ritiene che sulla Terra ci sia ancora da scoprire almeno l’80% delle specie esistenti, la maggior parte delle quali vive in mare.
Biodiversità • È definita come la varietà e variabilità degli organismi viventi e dei sistemi ecologici in cui vivono. La biodiversità può essere di geni, quando si riferisce alla differenza dei geni in una specie; di specie, quando comprende la ricchezza e la frequenza delle specie; di ecosistemi, quando definisce il numero e l’abbondanza degli ambienti dove gli organismi vivono e si evolvono.
Foreste pluviali • Sono foreste umide che si estendono nelle aree del pianeta dove l’elevata piovosità favorisce lo sviluppo di una vegetazione molto rigogliosa, in particolare nella zona intertropicale. Ospitano circa i due terzi di tutte le specie animali e vegetali del pianeta, ma si ritiene che siano milioni le specie ancora da scoprire.
Parole per capire
Casa Editrice G. Principato
1 LEZIONE COME SI CLASSIFICANO I VIVENTI
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
L’ornitorinco, un animale bizzarro
1. Qual è l’ambiente di vita dell’ornitorinco?
2. Quali funzioni svolgono la coda e le zampe palmate?
3. Perchè l’ornitorinco è classificato come mammifero?
4. Come si riproduce?
5. Quale funzione svolgono le ghiandole crurali?
6. Qual è l’areale di vita di questo animale?
7. Perché è stato molto difficile classificare l’ornitorinco?
1 PERCHÉ SI CLASSIFICA
1
Questa pasta potrebbe essere divisa in classi di colore.
Classificare è un’attività spontanea della nostra mente: senza quasi che ce ne accorgiamo, continuamente formiamo dei gruppi nei quali collochiamo gli oggetti che ci circondano con delle caratteristiche comuni, e assegniamo loro un nome. Osserviamo, per esempio, la disposizione ordinata dei prodotti sugli scaffali di un supermercato: sono classificati per categorie (detersivi, verdure, indumenti) in modo da rendere più facile la nostra spesa.
Classifichiamo anche quando collezioniamo qualcosa: per esempio, possiamo suddividere in gruppi dei francobolli a seconda dell’anno di pubblicazione, dello stato che li ha emessi, del colore e delle dimensioni 1 .
Per stabilire se un oggetto appartiene a un gruppo o a un altro è necessario individuare delle proprietà caratteristiche di un certo gruppo, in modo da stabilire dei criteri di classificazione.
Gli organismi viventi sono assai più numerosi dei prodotti di un grande supermercato: finora sono stati identificati circa due milioni di tipi diversi di animali, piante, funghi, microrganismi, e i biologi ritengono che gli organismi ancora da scoprire siano molto più numerosi!
Questi dati dimostrano quanto sia indispensabile agli studiosi della natura un sistema di classificazione, una specie di “catalogo biologico” che permetta di identificare sia le specie conosciute sia i nuovi esemplari che via via vengono scoperti e di dare loro un nome ben preciso.
La tassonomia è la branca della biologia che si occupa di classificare gli esseri viventi e attribuire loro un nome.
In biologia, la classificazione consiste nel raggruppare gli esseri viventi in categorie secondo criteri oggettivi.
2 CRITERI PER CLASSIFICARE GLI ORGANISMI
Nel Seicento le balene e i delfini venivano classificati come pesci a causa della loro forma molto simile a quella di un pesce e dell’ambiente in cui vivono. Gli scienziati di allora usavano ancora la classificazione introdotta, molti secoli prima, dal filosofo greco Aristotele, che si basava prevalentemente su criteri morfologici, relativi alla forma degli organismi.
Le somiglianze tra organismi basate sull’aspetto esteriore non sono, tuttavia, un corretto criterio di classificazione: se, infatti, si ricorre anche a criteri anatomici e fisiologici, relativi cioè alla struttura e alle funzioni degli organi interni, scopriamo che un delfino ha un maggior numero di caratteristiche comuni con un uomo anziché con uno squalo!
Infatti, il delfino respira con i polmoni, partorisce i piccoli e li allatta, ha organi simili a quelli dell’uomo e di tutti gli altri mammiferi. Lo squalo invece respira con le branchie, depone le uova, non allatta i piccoli e ha organi comuni ai pesci. Il delfino è un mammifero, lo squalo è un pesce 2 .
Il delfino introduce aria attraverso le narici situate sulla sommità del capo.
2 Animali apparentemente simili ma in realtà molto diversi.
Lo squalo introduce l’acqua dagli spiracoli e la espelle dalle fessure branchiali dopo aver assorbito l’ossigeno.
Oltre alle differenze riguardanti alcune funzioni vitali, ne esistono molte altre che confermano la classificazione del delfino come un mammifero e dello squalo come un pesce. Per esempio, l’arto anteriore del delfino ha una struttura molto diversa da quella della pinna di uno squalo ed è composta dalle stesse parti scheletriche del braccio di un uomo. L’arto anteriore del delfino e la pinna dei pesci sono organi analoghi.
Gli organi analoghi si assomigliano perché svolgono la stessa funzione ma hanno struttura interna diversa.
Un caso emblematico riguarda un curioso animale, l’echidna: ha il corpo ricoperto di peli e aculei che la fanno assomigliare a un riccio, una testa molto piccola, un muso stretto e appuntito, non ha denti ma possiede una lingua lunghissima e zampe corte e con potenti artigli, che le conferiscono una grande abilità nello scavare 3 . Per classificarla è stato necessario usare i criteri fisiologici e stabilire così che l’echidna sebbene deponga le uova, è un mammifero: infatti allatta i piccoli e mantiene costante la temperatura del corpo.
3 L’echidna, come l’ornitorinco, è un mammifero che depone le uova.
La zampa dell’iguana serve a camminare, l’ala del martin pescatore invece a volare, ma la loro struttura interna è molto simile.
3 EVOLUZIONE E CLASSIFICAZIONE
La presenza di organi simili tra loro in animali apparentemente molto diversi, come l’essere umano e il delfino, può essere spiegata con la teoria dell’evoluzione, elaborata dal naturalista inglese Charles Darwin (1809-1882) nel XIX secolo. Secondo questa teoria, tutti gli organismi si modificano nel tempo, cioè evolvono, per adattarsi all’ambiente in cui vivono. Le somiglianze e le differenze tra i diversi gruppi di viventi sono il risultato dei diversi adattamenti a queste variazioni ambientali.
Un adattamento è una struttura, un processo fisiologico o un comportamento che rende gli organismi adatti a sopravvivere e a riprodursi rispetto agli altri membri della stessa specie in un certo ambiente.
Di generazione in generazione, i diversi gruppi di organismi possono cambiare moltissimo, talvolta perdendo ogni somiglianza tra di loro; è questo il meccanismo che ha determinato la grande varietà di forme viventi che oggi conosciamo.
Tuttavia, numerose indagini hanno dimostrato che spesso organismi che appaiono molto diversi tra loro hanno invece in comune il “piano costruttivo” del loro corpo. Consideriamo per esempio l’arto anteriore dell’iguana e del martin pescatore: sono molto diversi tra loro nella forma e nella funzione, tuttavia sono formati dalle stesse parti scheletriche. In biologia si dice che l’arto dell’iguana e l’ala del martin pescatore, così come l’arto anteriore del delfino e il braccio di un uomo, sono organi omologhi 4 .
Gli organi omologhi svolgono funzioni diverse ma hanno la stessa struttura interna.
SI DICE CHE…
Nessun animale è in grado di sopravvivere nello spazio
Il tardigrado, Milnesium tardigradum, è un minuscolo animale acquatico considerato dai biologi l’organismo più resistente della Terra, capace di sopportare le condizioni ambientali più estreme. Vive in tutti i mari della Terra, persino nelle gelide acque antartiche: misura pochi millimetri, ha 8 zampe dotate di artigli ed è in grado di sopravvivere senza cibo per qualche decennio. Nel 2007 l’Agenzia Spaziale Europea ha eseguito degli esperimenti con questi organismi: i tardigradi sono sopravvissuti per circa 12 giorni all’esterno della capsula spaziale, resistendo a temperature prossime allo zero assoluto e alle radiazioni ad alta energia.
Un esempio di organi omologhi sono gli arti anteriori dei vertebrati 5 . Pur essendo simili nella struttura, si sono differenziati nel tempo per compiere funzioni diverse: il salto nelle rane, il nuoto nelle balene, il volo negli uccelli, la presa degli oggetti nell’uomo. La loro forte somiglianza testimonia che hanno avuto un antenato comune, un vertebrato: pertanto tutti questi animali sono classificati come vertebrati. Classificare gli organismi in questo modo significa usare criteri evolutivi
Oltre ai criteri evolutivi, morfologici, anatomici e fisiologici, oggi i biologi utilizzano anche altri criteri per classificare correttamente gli organismi: criteri ecologici, legati all’ambiente di vita, criteri etologici, legati al comportamento, e criteri biochimici, legati alle caratteristiche della molecola del DNA.
lucertola
uomo gatto
uccello
balena pipistrello
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Completa le frasi con i termini corretti. criteri tassonomia ecologici analoghi omologhi
1. La è la branca della biologia che classifica gli organismi e attribuisce loro un nome.
2. Per classificare è necessario stabilire dei di classificazione.
3. Gli organi svolgono la stessa funzione ma hanno struttura interna diversa.
4. Gli organismi che possiedono organi hanno un antenato in comune.
VERSO LE COMPETENZE
Individua il criterio (fisiologico, anatomico, morfologico, ecologico, etologico, biochimico) utilizzato per ognuna delle classificazioni.
1. La trota è un pesce che vive solo in ambienti acquatici ricchi di ossigeno. criterio
2. La composizione del DNA di un organismo permette di sapere a che specie appartiene. criterio
3. Nelle prime fasi di vita la rana ha molte caratteristiche dei pesci. criterio
4. Il canto di un uccello permette di sapere a che specie appartiene. criterio
rana
5 Arti con la stessa struttura ma con funzioni diverse.
visual UNA CHIAVE PER CLASSIFICARE
ti è capitato di chiederti, davanti a un albero con le foglie a forma di aghi e le pigne, “sarà un pino o un abete? e quale sarà il suo nome?” i naturalisti hanno messo a punto un sistema di classificazione: le CHIAVI DICOTOMICHE, una sequenza di coppie di affermazioni che descrivono due caratteristiche opposte, tra le quali bisogna scegliere quella che l’organismo in esame presenta. ogni descrizione rimanda a una nuova coppia di caratteristiche oppure permette di giungere al riconoscimento dell’organismo.
LA CHIOMA È A OMBRELLO? OSSERVA LE PIGNE
Le pigne sono raggruppate e appuntite?
INIZIO
OSSERVA LA CHIOMA: È APPUNTITA? SÌ
OSSERVA LE FOGLIE E LE PIGNE
Le foglie sono a squama direttamente sul ramo e le pigne sono piccole e tondeggianti?
È UN CIPRESSO
SÌ
OSSERVA LA DISPOSIZIONE
DEGLI AGHI
SE GLI AGHI SONO ATTACCATI
UNO A UNO TUTT’ATTORNO
AL RAMO E LE PIGNE
SONO RIVOLTE
VERSO IL BASSO, ALLORA È UN
ABETE ROSSO
Ha foglie caduche riunite in ciuffetti?
Gli aghi sono in gruppi di cinque?
Gli aghi sono riuniti due a due?
Gli aghi sono attaccati uno a uno e su due linee opposte e le pigne sono erette verso l’alto? NO
ALLORA È UN LARICE
ALLORA È UN PINO CEMBRO
ALLORA È UN PINO SILVESTRE
ALLORA È UN ABETE BIANCO
2 LEZIONE DARE UN NOME AGLI ORGANISMI
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
Tre domini
1 Ritratto di Linneo in un dipinto del 1775.
1. Quali sono i domini in cui sono suddivisi i viventi?
2. Quali sono i regni in cui è suddiviso il dominio degli eucarioti?
3. Quali sono le principali caratteristiche degli organismi che appartengono ai diversi regni dei viventi?
ORA FERMA L’IMMAGINE!
Metti in pausa il video nel seguente punto.
4. Quali caratteristiche degli Archeobatteri hanno condotto i biologi a ipotizzare l’esistenza di un unico progenitore comune a tutti i viventi?
1 LA CLASSIFICAZIONE DI LINNEO
Un sistema di classificazione degli esseri viventi è stato introdotto per la prima volta nel XVIII secolo dal naturalista svedese Karl von Linné (in italiano Carlo Linneo; 17071778) 1 . Le caratteristiche che Linneo prende in considerazione per classificare i viventi sono l’aspetto esteriore del corpo e la sua struttura interna. Sulla base di queste caratteristiche egli identifica cinque raggruppamenti, definiti categorie sistematiche (o tassonomiche), all’interno dei quali colloca ogni organismo. Linneo ordina le categorie sistematiche in una successione, dalla più ristretta alla più ampia: la categoria fondamentale è la specie, che raggruppa organismi tra loro simili, e le categorie più ampie sono i due regni, animale e vegetale. Le categorie intermedie sono il genere, l’ordine e la classe. La specie costituisce ancora oggi la categoria fondamentale della classificazione.
La specie riunisce organismi con caratteristiche simili e che, accoppiandosi tra loro, generano individui simili e fecondi, cioè capaci a loro volta di generare dei figli.
2 LA CLASSIFICAZIONE MODERNA
La suddivisione in due regni (animali e vegetale) introdotta da Linneo è stata mantenuta fino al secolo scorso. In seguito, lo sviluppo della ricerca scientifica e l’invenzione di microscopi sempre più potenti hanno permesso di scoprire gli organismi unicellulari che, per le loro dimensioni e le loro caratteristiche, non possono essere classificati in nessu-
no dei due regni ideati da Linneo. I funghi, poi, assomigliano per l’aspetto alle piante ma, a differenza di queste, non sono autotrofi: in quale regno allora vanno collocati? Per rispondere a queste nuove esigenze di classificazione, nel 1969 il biologo americano Robert Whittaker (1920-1980) ha introdotto tre nuovi regni: monere, protisti e funghi 2 . Per identificarli, ha utilizzato alcuni semplici criteri:
• il numero di cellule che formano un organismo (unicellulari o pluricellulari);
• la presenza o meno nella cellula di un nucleo distinto (procarioti ed eucarioti);
• il modo di nutrirsi (autotrofi ed eterotrofi).
Ricerche effettuate negli anni successivi hanno portato alla scoperta di particolari tipi di batteri, i batteri estremofili, formati da cellule con caratteristiche uniche e particolari che li rendono adatti a vivere in condizioni ambientali estreme, come le acque termali calde o le acque acide e, forse, persino su altri corpi celesti 3 .
La scoperta di questi batteri è alla base della divisione degli esseri viventi in tre grandi raggruppamenti:
• il dominio degli archeobatteri, che comprende i batteri estremofili;
• il dominio dei batteri, che comprende i batteri veri e propri, formati da un’unica cellula procariote;
• il dominio degli eucarioti, che comprende tutti gli organismi, unicellulari e pluricellulari, formati da cellule eucariote.
Nel dominio degli eucarioti sono compresi quattro regni: protisti , funghi , piante e animali 4 .
sono suddivisi in tre DOMINI
cellule procariote (senza nucleo)
2 I batteri appartengono al regno delle monere (a); l’euglena è un protista (b); il porcino (Boletus edulis) appartiene al regno dei funghi (c).
3 L’archeobatterio
Staphylothermus marinus vive nelle acque a temperature altissime, comprese tra 65 e 85 ˚C.
4 Domini e regni dei viventi.
cellule eucariote (con nucleo)
Dare un nome agli organismi
TUTTI GLI ORGANISMI VIVENTI
DOMINIO Batteri
DOMINIO Archeobatteri
DOMINIO Eucarioti
5
La classificazione della tigre.
Specie
Le categorie sistematiche odierne, ordinate dalla più ristretta alla più ampia, sono: specie, genere, famiglia, ordine, classe, phylum, regno e dominio 5
La specie è la categoria fondamentale perché raggruppa organismi con caratteristiche simili, in grado di accoppiarsi tra loro e di generare figli a loro volta fecondi. Il nome della tigre è Panthera tigris
Famiglia
Generi simili con un progenitore comune costituiscono una famiglia. Alla famiglia dei felini appartengono il leone e la tigre, ma anche il gatto domestico.
Genere
Il genere comprende le specie che si somigliano per alcuni caratteri e che discendono da un antenato comune. Leone e tigre appartengono allo stesso genere, Panthera
Ordine
Classe
Gli ordini simili tra loro fanno parte di una classe: la tigre e il leone sono dei mammiferi, come tutti gli organismi che partoriscono e allattano i piccoli. I nomi delle classi sono spesso quelli con i quali indichiamo gli organismi nel linguaggio di tutti i giorni: sono classi ad esempio gli insetti, i rettili, gli uccelli, le conifere.
Regno I phyla sono collocati in categorie sistematiche più ampie, i regni: protisti, funghi, piante e animali.
Dominio
Il dominio raggruppa organismi sulla base delle caratteristiche del loro DNA. Due domini comprendono i batteri, l’altro tutti gli organismi formati da cellule eucariote.
Famiglie simili appartengono allo stesso ordine. La tigre e il leone appartengono all’ordine dei carnivori, insieme ai cani e agli orsi.
Phylum
Le classi sono inserite, a loro volta, nelle categorie sistematiche dei phyla (phylum, al singolare). Ad esempio, tutti gli organismi che hanno il corpo suddiviso in segmenti e gli arti articolati appartengono al phylum degli artropodi, mentre il phylum dei cordati, al quale appartiene anche la specie umana, comprende tutti gli organismi che possiedono una struttura di sostegno interna.
3 LA NOMENCLATURA BINOMIA
Linneo viene ricordato non solo per il suo rivoluzionario sistema di classificazione, ma anche per aver introdotto nella tassonomia la nomenclatura binomia, un modo di denominare gli organismi utilizzando due nomi latini Il latino era da secoli la lingua con la quale comunicavano gli studiosi, le persone colte, gli scienziati, e quindi era la più adeguata per dare agli organismi un nome universalmente comprensibile. Ancora oggi la nomenclatura binomia in latino è la denominazione usata dagli scienziati di tutto il mondo: elimina, infatti, i problemi legati alla traduzione da una lingua all’altra e impedisce che si verifichino confusioni nella comunicazione scientifica tra ricercatori di paesi diversi.
Il primo dei nomi latini utilizzati dalla nomenclatura binomia si riferisce al genere di appartenenza, il secondo nome in latino indica la specie
Il nome del genere si scrive sempre con l’iniziale maiuscola, quel lo della specie con l’iniziale minuscola 6 . Per esempio il nome della tigre secondo la nomenclatura binomia è Panthera tigris. Una convenzione internazionale stabilisce che il nome della specie venga scelto dallo scopritore, che quindi può attribuirgli il nome che preferisce, anche il proprio. È il caso del Cebrennus rechenbergi, un ragno del genere Cebrennus che vive nel deserto del Marocco 7 . Il nome deriva da quello del suo scopritore, il ricercatore tedesco Ingo Rechenberg, che lo ha trovato durante una spedizione.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Abbina i termini con la definizione corretta.
1 Specie
2 Dominio
3 Batteri
4 Protisti
6 La calla Zantedeschia aethiopica (a) ha foglie allungate di colore verde; la calla Zantedeschia albomaculata (b) ha foglie allungate verdi con piccole macchie bianche.
7 Il ragno Cebrennus rechenbergi, quando viene minacciato, spicca grandi salti che lo mettono al sicuro dai predatori.
a Regno degli organismi unicellulari procarioti
b Riunisce organismi con caratteristiche simili che, accoppiandosi, generano individui simili e fecondi
c Regno degli organismi unicellulari eucarioti
d Categoria più ampia nella classificazione dei viventi
1: 2: 3: 4:
VERSO LE COMPETENZE
Osserva il disegno della pagina precedente che mostra la classificazione della tigre. Scegli le soluzioni corrette. Il leone: appartiene alla stessa specie della tigre. appartiene al genere Panthera. ha in comune con la tigre tutte le categorie tassonomiche superiori alla classe. ha un maggior numero di caratteristiche in comune con l’orso piuttosto che con il gatto domestico.
RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI
1 Completa la mappa con le parole chiave mancanti. criteri – Linneo – morfologici – nomenclatura binomia – organi omologhi – specie
1.
raggruppa i viventi in è stata proposta dal naturalista
2. categorie sistematiche
delle quali la più importante è la secondo dei che possono essere quando individuano la presenza di 9.
che ha introdotto la per dare un nome agli organismi
2 Inserisci accanto a ogni definizione il numero che corrisponde alla parola chiave usata nella mappa.
a. Raggruppamenti di organismi usati nella classificazione.
b. Criteri di classificazione basati sull’origine comune di un organo.
c. Criteri di classificazione che si basano sul funzionamento degli organi interni.
d. Organi con stessa struttura interna ma funzione diversa.
Casa Editrice G. Principato
6. anatomici 8. evolutivi 7. fisiologici
LA CLASSIFICAZIONE DEGLI ORGANISMI
CON LA MAPPA
CON LA SINTESI
1 LEZIONE COME SI CLASSIFICANO I VIVENTI
Classificare la realtà è un’attività spontanea della mente. Grazie a specifici criteri di classificazione suddividiamo in gruppi tutti gli oggetti che hanno delle caratteristiche in comune.
La prima classificazione degli organismi risale al filosofo Aristotele, che utilizzava soprattutto criteri morfologici basati sulle forme esterne degli esseri viventi. Per classificare correttamente non basta individuare le somiglianze tra organismi basate sull’aspetto del corpo, ma servono anche criteri anatomici e criteri fisiologici, che si riferiscono alla struttura e alle funzioni degli organi interni.
La teoria dell’evoluzione proposta dal naturalista Charles Darwin nel XIX secolo ha introdotto l’idea che gli esseri viventi si modificano nel tempo, cioè evolvono per adattarsi all’ambiente in cui vivono: quindi le somiglianze e le differenze dei corpi degli organismi sono il risultato di questo adattamento.
Utilizzando i criteri anatomici e fisiologici, è stato possibile individuare gli organi omologhi, cioè organi che appartengono ad animali diversi e che svolgono funzioni differenti, ma che presentano la stessa struttura interna. Gli organismi che possiedono organi omologhi sono legati da una parentela, cioè hanno avuto un antenato comune: questo criterio di classificazione è un criterio evolutivo.
Oggi i biologi utilizzano anche altri criteri per classificare gli organismi: criteri ecologici, legati all’ambiente di vita, criteri etologici, legati al comportamento, e criteri biochimici, legati alle caratteristiche della molecola del DNA.
uomo
gatto
balena pipistrello
uccello
lucertola
rana
2 LEZIONE DARE UN NOME AGLI ORGANISMI
Nel 1700 il naturalista Carlo Linneo ha introdotto una classificazione dei viventi basata su criteri morfologici, anatomici e fisiologici. In base a questi criteri Linneo ha individuato 5 categorie sistematiche (o tassonomiche).
La categoria fondamentale era la specie che raggruppa organismi simili, mentre la categoria più ampia era il regno. Linneo è stato il primo a utilizzare la nomenclatura binomia secondo cui ogni organismo è individuato da due nomi latini: il primo si riferisce solo al genere di appartenenza mentre entrambi i nomi insieme indicano la specie.
Con il progredire delle scoperte scientifiche sono state introdotte nuove categorie sistematiche. Grazie alle scoperte sui batteri, è stato necessario suddividere gli organismi in 3 domini: archeobatteri, batteri e eucarioti. Il dominio degli eucarioti comprende a sua volta 4 regni: il regno dei protisti, il regno dei funghi, il regno vegetale e il regno animale. Le categorie sistematiche della classificazione moderna, ordinate dalla più ristretta alla più ampia, sono: specie, genere, famiglia, ordine, classe, phylum, regno e dominio.
suddivisi in tre DOMINI
cellule procariote (senza nucleo)
cellule eucariote (con nucleo)
TUTTI GLI ORGANISMI VIVENTI
sono
1 LEZIONE COME SI CLASSIFICANO I VIVENTI
1 Scegli la soluzione errata.
La tassonomia:
a classifica gli esseri viventi e i non viventi.
b classifica gli esseri viventi.
c attribuisce un nome agli organismi.
d usa criteri soggettivi per classificare.
2 Indica con quali organi respirano gli organismi rappresentati nelle fotografie.
a
b
3 Scegli la soluzione corretta.
Organi che svolgono funzioni diverse, ma hanno la stessa struttura interna sono detti:
a analoghi.
b fisiologici.
c omologhi.
d anatomici.
4 Completa le frasi con i termini corretti.
a. Un rende gli organismi capaci di sopravvivere e riprodursi in un certo ambiente meglio di altri membri della stessa specie.
b. L’arto anteriore dell’otaria e l’ala dell’aquila sono molto diversi tra loro nella forma e per la loro , tuttavia sono formati dalle stesse parti scheletriche.
5 Abbina i termini con la definizione corretta.
1. Criteri morfologici
2. Criteri anatomici
3. Criteri fisiologici
4. Criteri evolutivi
5. Criteri ecologici
a Si basano sul numero di organi omologhi.
b Sono relativi alla struttura degli organi interni.
c Sono legati all’ambiente di vita.
d Sono relativi alle funzioni degli organi interni.
e Sono basati sulla forma degli organismi.
2.
6 Sottolinea il termine corretto tra i due proposti.
a. Il delfino respira attraverso le narici/branchie.
b. I criteri etologici si basano sulla fisiologia/ sul comportamento degli organismi.
c. I criteri biochimici/evolutivi sono legati alle caratteristiche della molecola del DNA.
1.
3. 4. 5.
7 Osserva il disegno e inserisci il numero corrispondente alla funzione che svolge l’arto rappresentato.
1. camminata e presa
2. nuoto
3. volo
4. salto
5. presa
2
LEZIONE DARE UN NOME AGLI ORGANISMI
8 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. La specie raggruppa gli organismi in grado di generare figli fertili.
b. La categoria tassonomica più ampia è il dominio.
c. Gli organismi procarioti sono tutti raggruppati in un phylum unico.
d. Il nome in latino della specie si scrive in maiuscolo stampatello.
9 Scegli la soluzione errata.
I metodi di classificazione moderni si basano sui seguenti criteri:
a numero di cellule che formano un organismo.
b presenza o meno nella cellula di un nucleo distinto.
c modo di nutrirsi degli organismi.
d forma e funzione degli organi.
10 Scegli la soluzione corretta.
La classificazione attuale ha sostituito con il regno dei protisti il regno:
a degli archeobatteri. b delle monere.
c dei funghi. d delle piante.
11 Colloca nel dominio corretto gli organismi rappresentati.
12 Sottolinea il termine corretto tra i due proposti.
a. Il nome del genere si scrive sempre con l’iniziale maiuscola/minuscola.
b. Secondo la nomenclatura binomia il termine tigris nell’organismo Panthera tigris indica la specie/famiglia.
c. I termini Rhododendron ferrugineum e Rhododendron hirsutum indicano due ordini/specie differenti.
d. Il termine “funghi” appartiene alla categoria della classe/del regno
INDIVIDUARE CARATTERISTICHE E SPIEGARE
1 Osserva gli oggetti, suddividili in due gruppi e scrivi il criterio che hai usato per classificarli.
Gruppo A: Gruppo B:
INTERPRETARE E COMMENTARE UN MODELLO
2 Completa il disegno con i termini corretti. specie
TRARRE INFORMAZIONI DA UN’IMMAGINE
3 Osserva le immagini e rispondi alle domande.
a b
a. Indica se gli organi rappresentati nelle fotografie sono analoghi oppure omologhi. Motiva la tua risposta.
INTERPRETARE E TRARRE INFORMAZIONI DA UN TESTO
5 Leggi il brano.
LA RICCHEZZA DELLA VITA
b. Come si definisce il processo che è all’origine della formazione di questi organi?
4 Osserva le immagini e rispondi alle domande.
a. In quali fotografie sono rappresentati organismi appartenenti al dominio degli eucarioti?
b. In quale fotografia sono rappresentati organismi appartenenti al dominio dei batteri?
c. Quanti domini sono rappresentati nelle immagini?
La biodiversità, cioè la varietà degli esseri viventi che popolano la Terra, si misura a vari livelli: geni, specie, popolazioni ed ecosistemi. Miliardi di miliardi di organismi, dai più piccoli batteri alle piante, agli animali e agli ecosistemi tutti legati fra loro, tutti indispensabili. Anche noi esseri umani facciamo parte della biodiversità e, come ogni vivente, sfruttiamo quanto ci offre: cibo, acqua, energia e risorse per la vita quotidiana. Batteri, farfalle, balene e foreste tropicali, insetti e grandi carnivori, papaveri e orchidee sono solo alcuni dei componenti della biodiversità della Terra, l’immensa varietà delle forme viventi che rende il nostro pianeta unico. Gli ambienti particolarmente ricchi di biodiversità non sono molti: le barriere coralline, le foreste tropicali e gli estuari dei fiumi ospitano circa la metà degli esseri viventi del pianeta, anche se ricoprono solo il 6% della superficie terrestre. Grazie alla biodiversità è garantita la vita sulla Terra. L’uomo deve evitare di estinguere specie viventi, ha il dovere di preservare l’ambiente e le risorse della Terra per le generazioni future.
(Tratto da www.wwf.it)
Rispondi alle domande e svolgi le attività proposte, da solo o in gruppo con i tuoi compagni.
a. Che cos’è la biodiversità?
b. Quali elementi compongono la biodiversità?
c. Perché la biodiversità è importante per la vita sulla Terra?
d. Quali sono gli ambienti più ricchi di biodiversità?
e. Qual è il dovere dell’uomo nei confronti della biodiversità?
DIGITAL SKILLS
La conservazione della biodiversità è tra gli obiettivi dell’Agenda 2030. Realizza una ricerca in rete per conoscere i traguardi da raggiungere entro il 2030 e le azioni che possiamo fare noi.
All living organisms are classified into groups based on very basic, shared characteristics. Organisms within each group are then further divided into smaller groups. These smaller groups are based on more detailed similarities within each larger group. This grouping system makes it easier for scientists to study certain groups of organisms.
Characteristics such as appearance, reproduction, mobility, and functionality are just a few ways in which living organisms are grouped together. These specialized groups are collectively called the classification of living things. The classification of living things includes 7 levels: kingdom, phylum, class, order, family, genus, and species. The most basic classification of living things is kingdom. Currently there are five kingdoms.
CLASSIFICATION OF LIVING THINGS CLIL
• The phylum is the next level following kingdom in the classification of living things.
• Classes are a way to further divide organisms of a phylum
• Organisms in each class are further broken down into orders.
• Orders are divided into families.
• Genus is a way to describe the generic name for an organism. When using taxonomy to name an organism, the genus is used to determine the first part of its two-part name.
• Species are as specific as you can get. It is the lowest and most strict level of classification of living things. The species of an organism determines the second part of its two-part name.
COMPREHENSION
Answer the following questions.
a. Does this grouping system make it easier for scientists to study certain groups of organisms?
b. Can you name some of the characteristics in which living organisms are grouped together?
c. Can you name the classification levels of living things?
lossario
TUTTI I NOMI DEGLI ORGANISMI
In Italia l’esigenza di costruire alloggi e strutture commerciali ha ridotto notevolmente i suoli dove cresce la vegetazione spontanea, mentre le campagne sono interessate da agricoltura intensiva, oppure abbandonate a sé stesse. L’Unione europea sovvenziona gli agricoltori che lasciano a pascolo i prati che non sono mai stati coltivati, in quanto fonte preziosa di specie vegetali selvatiche, molte a rischio di estinzione.
Realizziamo un’indagine per riconoscere e dare un nome alle specie selvatiche, endemiche o rare, e comprendere la situazione delle aree coltivate e di quelle improduttive, progettando delle attività per la salvaguardia della biodiversità.
■ COMPETENZE
Raccogliere e selezionare le informazioni utili per approfondire la conoscenza degli organismi e del loro ambiente di vita.
Diventare consapevoli dell’importanza della conservazione delle specie selvatiche animali e vegetali per la salvaguardia degli ecosistemi terrestri e della biodiversità.
Saper utilizzare strategie diverse per raccogliere dati da analizzare.
Saper organizzare un’indagine per raccogliere informazioni.
Saper utilizzare le nuove tecnologie per il riconoscimento delle specie vegetali.
Interagire con gli enti locali.
Mettere a confronto i risultati di ricerche diverse e discuterli insieme.
Collaborare con gli altri.
Comunicare i risultati usando mezzi e supporti diversi.
■ COMPITO
• Lavorare in gruppo per compiere indagini sui nomi comuni delle specie usati nella propria regione.
• Prendere contatti con i tecnici o con l’assessore all’urbanistica o al territorio o all’ambiente per raccogliere informazioni sul proprio territorio.
• Decidere il metodo da utilizzare per raccogliere i dati, analizzarli e selezionarli.
• Documentare le osservazioni compiute utilizzando fotografie, video e disegni.
• Analizzare e interpretare foto e video per identificare le diverse specie selvatiche.
• Approfondire la conoscenza delle specie selvatiche anche grazie all’utilizzo di programmi per smartphone e computer.
• Realizzare un incontro, una mostra fotografica o una presentazione multimediale per condividere l’esperienza con i compagni.
Dividere la classe in gruppi e stabilire quali compiti svolgono. L’esecuzione del compito è divisa in otto fasi:
• scaricare una delle tante applicazioni gratuite di riconoscimento delle specie vegetali sul proprio dispositivo elettronico (tempo previsto mezz’ora);
• richiedere informazioni agli enti locali per capire in che percentuale il territorio è urbanizzato, coltivato, lasciato allo stato naturale (tempo previsto 3 ore);
• realizzazione delle fotografie nell’area prescelta (tempo previsto 2-3 ore);
• selezione delle fotografie (tempo previsto un’ora);
• ricerca delle informazioni sulle caratteristiche delle specie selvatiche selezionate (tempo previsto 2-4 ore);
• realizzazione di schede informative o di presentazioni digitali (tempo previsto 2-4 ore);
• preparazione della presentazione della ricerca (tempo di realizzazione variabile a seconda che si tratti di una semplice comunicazione o di una vera e propria mostra multimediale).
■ PERCORSO DELL’ESPERIENZA
1 Organizziamo la raccolta delle immagini
Per realizzare l’indagine è necessario avere a disposizione delle fotografie di piante selvatiche e di animali per procedere al riconoscimento della specie. Si decide la divisione della classe in gruppi e si stabiliscono le zone in cui ogni gruppo scatterà le foto: il giardino della scuola, il parco pubblico più vicino, il prato in campagna più facilmente raggiungibile.
2 Selezioniamo le fotografie e organizziamo l’intervista
Ogni gruppo esamina le foto scattate, seleziona quelle che ritiene più adatte per le indagini e le stampa.
3 Approfondiamo la ricerca
Una volta realizzate le indagini e raccolti i nomi e le caratteristiche delle piante è necessario incontrare un rappresentante degli enti locali per raccogliere le informazioni sull’utilizzo del suolo e lo stato di urbanizzazione della propria località.
4 Realizziamo le presentazioni
Con i dati delle nostre indagini e le informazioni raccolte in rete possiamo costruire una scheda o re-
alizzare una presentazione digitale che illustri non solo le caratteristiche dell’organismo, ma anche le curiosità legate al suo nome, gli eventuali utilizzi nel passato (ad esempio nella preparazione dei cibi), la sua importanza ecologica e la distribuzione sul territorio. È necessario redigere mappe della distribuzione delle specie ed evidenziare le zone a più alta diversità ecologica.
5 Comunichiamo i nostri risultati
Decidiamo insieme se ciascun gruppo si limita a illustrare alla classe il contenuto di una scheda o di una presentazione digitale, oppure se i nostri prodotti possono servire per l’allestimento di una mostra con lo scopo di sensibilizzare i nostri compagni sull’importanza della tutela delle specie selvatiche.
■ RIFLETTIAMO INSIEME
• Quante specie sono state individuate?
• In che modo sono distribuite nel territorio?
• Quali sono le zone più ricche di biodiversità? Quelle densamente lavorate o quelle allo stato selvatico?
• È importante mantenere aree allo stato selvatico?
• Che differenze si notano tra i nomi comuni e quelli scientifici delle specie che sono state esaminate?
• Quali tipi di informazioni possono fornirci i nomi degli organismi?
■ OLTRE IL COMPITO
• La tutela della flora e della fauna selvatiche è parte integrante di tutti i programmi di conservazione dell’ambiente. In particolare, i semi delle specie selvatiche delle piante commestibili, per esempio del grano e del caffè, rappresentano un bene prezioso per il nostro futuro perché possiedono caratteristiche utili, come la resistenza alle variazioni climatiche e ai parassiti. Eseguite una ricerca sulle banche dei semi nel mondo e su strutture simili presenti in Italia o nella vostra regione.
VIVENTI
Lo studio dei viventi
Quante sono le specie viventi che popolano il pianeta?
Attualmente si conoscono solo 1,8 milioni di specie, considerando i microrganismi, le specie animali e le specie vegetali, ma si ipotizza che la biodiversità della Terra possa raggiungere i 100 milioni di specie! Tutti coloro che operano nei settori della biologia - dalla microbiologia, alla botanica, alla zoologia - sono al lavoro in tutte le aree del pianeta, in particolare negli ambienti più ricchi di biodiversità come le foreste pluviali, i mari tropicali e gli ambienti marini, alla ricerca di nuove specie: lo scopo di questa ricerca non è solo studiare e catalogare viventi rimasti fino ad ora sconosciuti, ma soprattutto comprendere in che modo gli organismi riescano ad adattarsi alle più diverse condizioni ambientali, anche a quelle più estreme e sfavorevoli alla vita.
Parole per capire
Microbiologia • Settore della biologia che ha per oggetto lo studio della struttura e delle funzioni dei microrganismi, esseri viventi unicellulari, pluricellulari (come le alghe) o privi di una struttura cellulare (come i virus), con dimensioni inferiori al millimetro, la cui osservazione richiede l’uso del microscopio ottico.
Botanica • Chiamata anche fitologia, è il settore della biologia che studia le forme di vita vegetali. Il nome deriva dal termine greco botanikè, che vuol dire “arte di curare l’erba”, a dimostrazione di quanto gli esseri umani abbiano capito fin dai tempi più antichi l’importanza di conoscere la struttura e le funzioni dei vegetali che
costituiscono il regno delle piante, da quelli più semplici, come i muschi, fino alle piante vascolari con fiori.
Zoologia • Settore della biologia che studia le forme di vita animali, in tutte le loro manifestazioni, dal comportamento (etologia), alla fisiologia, ai processi vitali fino alle malattie. La zoologia sistematica, che descrive le caratteristiche degli animali e li classifica, si divide a sua volta in vari rami come la teriologia (studio dei mammiferi), l’ornitologia (studio degli uccelli), l’erpetologia (studio di rettili e anfibi), l’ittiologia (studio dei pesci), l’entomologia (studio degli insetti), la malacologia (studio dei molluschi).
FABIO MOLOGNI, ricercatore universitario
Ha 33 anni e dopo la laurea magistrale in Scienze della Natura con indirizzo botanico, si è trasferito in Nuova Zelanda, dove per primo studia la flora delle piccole isole che compongono l’arcipelago della Nuova Zelanda. Da un anno si è trasferito a Kelowa in Canada, dove è ricercatore presso l’Università della Columbia Britannica. Qui studia le specie che si sono adattate a vivere in ambienti diversi rispetto alla loro terra di origine e analizza come questo possa influenzare l’intero ecosistema. Studia la loro diffusione usando modelli statistici che permettono di predire i loro futuri spostamenti.
SARAH CARONNI, ricercatrice universitaria
Ha 45 anni e da 20 si occupa di ambiente. Dopo il liceo linguistico si è laureata in Scienze Naturali con una tesi sul polpo come indicatore ecologico. Dopo la laurea ha intrapreso il percorso del dottorato di ricerca, focalizzando le sue ricerche su macroalghe e microalghe invasive nelle acque della Sardegna. Per anni si è occupata di ecologia marina, specializzandosi soprattutto nello studio dei vegetali marini. Attualmente sta conducendo un progetto finalizzato a estrarre da alcune alghe invasive in Mediterraneo molecole bioattive utilizzabili in campo farmacologico.
LISA MARIE TALIA, consulente di sostenibilità
Lisa Marie ha 26 anni e lavora in Olanda in una società che si occupa di sostenibilità e di analisi del rischio derivante dal cambiamento climatico. Lisa utilizza le competenze acquisite con gli studi in Ingegneria matematica per capire a fondo i modelli dietro alle previsioni del cambiamento climatico. I suoi clienti sono multinazionali e aziende internazionali che operano nei settori dell’energia, della produzione industriale ma anche società di servizi e banche. Il suo lavoro consiste nel valutare l’impatto finanziario che eventi climatici straordinari hanno sull’attività dei suoi clienti.
Non esiste località in Italia dove non siano presenti edifici, monumenti, musei che conservano opere d’arte di valore inestimabile. Si tratta nella maggior parte di opere antiche esposte all’esterno, che negli anni hanno risentito dell’azione degli agenti atmosferici, in particolare nelle grandi città dove la quantità di sostanze inquinanti nell’aria è cresciuta notevolmente negli ultimi secoli. L’effetto dell’inquinamento è ben visibile perché statue e monumenti appaiono coperti da una patina nerastra composta da ossidi a base di zolfo e azoto. Fino a qualche anno fa, gli interventi di restauro prevedevano l’uso di solventi chimici, che spesso erano tossici per l’ambiente. Oggi i restauratori hanno a disposizione una nuova tecnica, la biopulitura, che utilizza batteri anaerobi facoltativi in grado di rimuovere le patine di sporco, trasformando le sostanze solide in gas già naturalmente presenti nell’aria. La biopulitura è usata con successo sulle opere in marmo, ma anche per affreschi e dipinti murari. Altre specie di batteri sono utilizzate per il biorisanamento: si tratta di batteri in grado di produrre dei minerali, come i cristalli di calcite, che consolidano le pietre da costruzione calcaree di molti monumenti ed edifici storici, deteriorate dall’azione degli agenti chimici e fisici.
Parole per capire
Batteri anaerobi facoltativi • Sono batteri in grado di sopravvivere sia in presenza di ossigeno sia in assenza.
Calcite • È un minerale che appartiene al gruppo dei carbonati e ha composizione chimica CaCO3. È il principale costituente del marmo e delle rocce calcaree, molto usate nella realizzazione di opere d’arte.
1 LEZIONE I VIRUS
1 Struttura dei virus.
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
Le malattie virali
1. A quando risale l’identificazione dei primi virus? Perché prima di allora non si era riusciti a osservarli?
2. Che cosa significa patogeno?
3. Perché per curare una malattia virale è inutile somministrare un antibiotico?
Metti in pausa il video nei seguenti punti.
4. Quale virus è rappresentato nella figura 1?
5. Descrivi il fenomeno rappresentato nella figura 2.
6. Quale relazione lega la distruzione degli habitat con la diffusione delle malattie virali? 1 2 3
1 AL CONFINE DEI VIVENTI
I virus si comportano come dei viventi ma in realtà sono delle strutture biologiche che gli scienziati non collocano in nessuna delle categorie di classificazione dei viventi.
I virus sono delle strutture biologiche con un’organizzazione ancora più semplice di quella della cellula procariote.
I virus non sono cellule: non hanno né membrana cellulare, né nucleo, né organuli cellulari. Essi sono costituiti solo da materiale genetico (DNA o RNA) racchiuso in un involucro fatto di proteine, il capside. All’esterno del capside molti virus possiedono un altro involucro, formato da lipidi e altre molecole 1
I virus sono estremamente piccoli: le loro dimensioni variano tra i 20 e i 200 nanometri (il nanometro è la millesima parte del micrometro ed è equivalente a 10 –9 m). Per questo è possibile osservarli solo con il microscopio elettronico.
ORA FERMA L’IMMAGINE!
2 I VIRUS SONO PARASSITI OBBLIGATI
I virus non sono in grado di svolgere le funzioni vitali che caratterizzano tutti i viventi: non crescono, non rispondono agli stimoli, non si nutrono e non sono in grado di produrre energia. L’unica cosa che sanno fare è riprodursi, ma per farlo devono usare le strutture delle cellule che invadono.
Questa condizione rende i virus dei parassiti obbligati, sia delle cellule procariote sia di quelle eucariote.
I batteriofagi sono virus specializzati nell’invadere la cellula procariote che forma i batteri 2
I patogeni sono virus specializzati nell’invadere le cellule eucariote di piante, funghi e animali 3 .
“Virus” è una parola latina che significa “veleno”, perché quando un virus attacca una cellula vi inietta il suo contenuto provocandone la morte.
2 La fotografia al microscopio elettronico mostra alcuni batteriofagi che iniettano il materiale genetico in un batterio.
3 Il virus del mosaico del tabacco colpisce molti vegetali. Blocca la fotosintesi e provoca la formazione di macchie gialle o verdi sulle foglie delle piante.
I virus patogeni, responsabili di molte malattie che colpiscono anche gli esseri umani, sono specializzati nell’attaccare solo un particolare tipo di tessuto: per esempio, il virus che provoca l’epatite invade solo le cellule del fegato, mentre quello del raffreddore attacca solo le cellule dell’apparato respiratorio.
I virus, non essendo cellule, non sono sensibili agli antibiotici (che agiscono invece sui batteri). Sono invece attaccati dagli anticorpi, sostanze ad azione specifica prodotte dal sistema immunitario dell’organismo infettato per difendersi 4
4 Il metodo più efficace per combattere le malattie virali è la prevenzione, che viene realizzata attraverso le vaccinazioni.
5 Il ciclo riproduttivo di un batteriofago.
3 LA RIPRODUZIONE DEI VIRUS
Quando vengono a contatto con una cellula viva, sia essa procariote o eucariote, i virus iniettano il proprio materiale genetico al suo interno, lasciando all’esterno il capside. La strategia di invasione della cellula cambia a seconda che il virus contenga DNA o RNA.
• Se il virus contiene DNA, il materiale genetico iniettato nella cellula si duplica e viene tradotto in RNA. In seguito, i ribosomi della cellula utilizzano l’RNA per fabbricare (in biologia si dice più precisamente “sintetizzare”) le proteine indispensabili per costruire i capsidi che avvolgeranno il DNA di nuovi virus. Bastano 20 minuti perché da un virus ne nascano altri 200. In poco tempo la cellula è piena di virus che escono dalla sua parete, distruggendola. I nuovi virus sono pronti a invadere altre cellule, riprendendo il loro ciclo riproduttivo 5
• Se invece il virus contiene RNA, avviene il processo inverso: l’RNA virale viene copiato in DNA, che si unisce a quello della cellula infettata. In questo modo la cellula ospite produce le sue proteine insieme a quelle del virus.
2. Dopo aver perforato la membrana, il virus inietta il proprio DNA all’interno della cellula batterica.
1. Un virus batteriofago aderisce a un batterio mediante particolari fibre simili a zampe di ragno.
3. Il batterio comincia a produrre il DNA e le proteine del virus.
4. Il DNA e il capside si assemblano formando nuovi virus.
Il ciclo riproduttivo dei batteriofagi
5. La cellula batterica si rompe e i batteriofagi vengono liberati.
4 HIV, IL VIRUS CHE DANNEGGIA IL SISTEMA IMMUNITARIO
Il virus HIV 6 colpisce il sistema immunitario umano, il complesso di organi e cellule che ha la funzione di difendere il corpo dalle sostanze estranee e dagli attacchi degli agenti patogeni. La malattia che provoca è l’AIDS.
Nelle persone colpite dall’HIV il sistema immunitario è indebolito e mal funzionante: non riesce ad attaccare e distruggere i microrganismi patogeni, né a produrre nuovi tipi di anticorpi. Per questi motivi si possono scatenare le cosiddette malattie opportunistiche: si tratta spesso di malattie rare, come alcune forme di tumore della pelle, che prima dell’avvento dell’AIDS erano quasi sconosciute. Il virus HIV viene generalmente trasmesso quando il sangue di una persona infetta entra nella circolazione sanguigna di un’altra persona. In circa novanta giorni l’organismo reagisce alla penetrazione del virus producendo anticorpi specifici, riconoscibili attraverso una semplice analisi del sangue: la persona è divenuta sieropositiva. Ma non tutte le persone sieropositive sono destinate a sviluppare l’AIDS: ci si ammala soltanto in assenza di cure adeguate.
Con una diagnosi tempestiva e l’assunzione costante di farmaci antiretrovirali, si può restare portatori del virus con una speranza di vita normale. Da quando sono stati studiati i primi casi (1981), la malattia si è diffusa rapidamente in tutto il mondo. Il virus dell’HIV non è un bersaglio facile. Interessa 36,9 milioni di persone in tutto il mondo, dei quali 1,8 milioni sono bambini. Ogni anno, quasi un milione di persone muore perché non sa di aver contratto il virus HIV o perché non ha accesso a medicinali adeguati. Nel 2017 ci sono state quasi 2 milioni di nuove diagnosi 7
SI DICE CHE…
Il nastro rosso è un simbolo che indica il virus HIV
Il nastro rosso, in inglese Red Ribbon, non è riferito al virus HIV, ma simboleggia la solidarietà nei confronti di tutte le persone sieropositive e dei malati di AIDS. Fu ideato nel 1991 da un gruppo di artisti di New York per sensibilizzare l’opinione pubblica sulle problematiche legate a una malattia virale fino ad allora sconosciuta. Fu scelto il rosso perché è il colore dell’amore e della tolleranza verso chi è colpito dalla malattia, ma è anche il colore del sangue che veicola il virus. Il nastro rosso è diventato il simbolo della giornata mondiale per la lotta all’AIDS, istituita dall’ONU per non dimenticare una delle epidemie più gravi della storia umana, che, dal 1985 a oggi, ha provocato la morte di milioni di persone.
6 Immagine al microscopio elettronico del virus HIV.
7 Sconfiggere l’AIDS è uno degli obiettivi dell’Agenda 2030.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. Il termine virus significa infezione. F V
2. I virus possono contenere sia DNA sia RNA. F V
3. L’involucro esterno dei virus è chiamato capside. F V
4. I virus sono parassiti obbligati solo degli organismi procarioti. F V
5. Il raffreddore è una malattia virale. F V
VERSO LE COMPETENZE
Prepara una mappa concettuale sull’azione del virus HIV sull’organismo umano. Puoi usare le seguenti parole chiave: HIV, AIDS, malattie opportunistiche, sieropositivo.
2 LEZIONE I DOMINI DEI BATTERI
LAB STEM
UNA COLTURA DI BATTERI
Non li vediamo ma sono dappertutto: nell’aria, nell’acqua, nel suolo, sopra e dentro il nostro corpo! Possono essere prelevati dall’ambiente per essere “coltivati” in laboratorio: è necessario un terreno di coltura con le sostanze nutritive adatte per moltiplicarsi. Realizza questo esperimento e prepara anche tu un terreno di coltura per i batteri.
■ REALIZZA L’ESPERIMENTO
PROCEDIMENTO
MATERIALI
• una scatoletta di plastica trasparente
• agar agar (o gelatina per dolci e zucchero)
1. Lava molto bene la scatoletta di plastica.
2. Prepara il terreno di coltura con l’agar-agar o con la gelatina per dolci mischiata con lo zucchero.
3. Riempi per metà la scatoletta con il terreno di coltura. Attendi finché la gelatina si rapprende. Con le mani sporche premi il tuo polpastrello sul terreno di coltura (in alternativa, puoi versare sul terreno di coltura qualche goccia dell’acqua di un vaso di fiori o del sottovaso di una pianta).
4. Metti il tuo preparato in un luogo buio e tiepido e attendi.
5. Dopo qualche ora si formano patine colorate sul terreno di coltura. Sono i batteri presenti sui tuoi polpastrelli.
■ OSSERVA E RISPONDI
1. Perché hai pulito bene la scatoletta prima dell’esperimento?
2. Avresti ottenuto lo stesso risultato se, anziché l’acqua dei fiori, avessi usato acqua distillata?
3. Le patine che si sono formate sono di colore uguale?
4. Scrivi la relazione dell’esperimento.
1 IL DOMINIO DEGLI ARCHEOBATTERI
I primi abitanti della Terra furono organismi formati da un’unica cellula procariote, lo stesso tipo di cellula che forma i batteri attuali. Negli ultimi decenni si sono moltiplicate le scoperte di batteri capaci di vivere nelle acque termali calde a quasi 100 °C, nelle porosità delle rocce, negli abissi degli oceani, nelle acque sature di sali, nel petrolio e anche nei ghiacci dei Poli.
Quelli che vivono a grandi profondità consumano poca energia e riescono a sopravvivere per milioni di anni.
I batteri adatti a vivere in condizioni ambientali estreme appartengono al dominio degli archeobatteri
Gli archeobatteri sono organismi unicellulari formati da una cellula con caratteristiche differenti rispetto agli altri batteri: per esempio, la parete cellulare ha una composizione diversa da quella dei batteri, e anche le molecole di RNA e DNA che contengono sono differenti. Le modalità con le quali questi microrganismi costruiscono le molecole indispensabili per la loro sopravvivenza sono molteplici: esistono archeobatteri capaci di ricavare energia dalla trasformazione dell’anidride carbonica in metano; altri sfruttano reazioni chimiche con sostanze contenenti ferro o zolfo; altri ancora utilizzano come fonte di energia la luce.
Proprio per la loro capacità di sopravvivere in condizioni ambientali estreme, gli archeobatteri sono definiti estremofili 1
Le acque delle saline sono l’ambiente ideale per l’Halobacterium salinarum.
Nella solfatara di Pozzuoli, vicino a Napoli, vive l’Acidimethylosilex fumarolicum.
Recentemente sono stati trovati archeobatteri in frammenti di meteoriti caduti sulla Terra circa 4,5 miliardi di anni fa, al momento della formazione del nostro pianeta.
Secondo gli scienziati questi ritrovamenti dimostrano che gli archeobatteri sono in grado di sopravvivere in uno stato di quiescenza (cioè di riduzione delle funzioni vitali) su qualsiasi corpo freddo del Sistema solare e di sopportare le temperature prossime allo zero assoluto dello spazio interplanetario; tuttavia, possono diventare attivi solo in presenza di acqua allo stato liquido.
2 IL DOMINIO DEGLI EUBATTERI
Il dominio degli eubatteri comprende organismi procarioti e unicellulari, che comunemente chiamiamo batteri. I batteri sono adattati a vivere negli ambienti più diversi e per questo sono gli organismi più diffusi sulla Terra. La membrana plasmatica è rivestita da una parete e, a volte, da un ulteriore involucro gelatinoso chiamato capsula. Il materiale genetico è formato da un unico filamento di DNA attorcigliato. Molti batteri possiedono dei filamenti allungati, i flagelli e i pili 2 , piccole appendici che utilizzano per muoversi.
Archeobatteri in vetrina
1
Nelle profondità degli oceani vivono archeobatteri che sopportano pressioni elevate e temperature fino a 140 °C: per esempio il Pyrococcus furiosus, che vive nelle acque bollenti in prossimità dei vulcani.
2 Struttura di un batterio.
I domInI deI batterI
Batteri estremofili.
flagello
DNA parete
pili
3
La classificazione dei batteri in base alla forma.
Lo Streptococcus pneumoniae è un batterio di forma sferica responsabile della polmonite.
I batteri prendono nomi differenti a seconda della forma della loro cellula: i cocchi hanno forma sferica 3 a , i bacilli hanno forma di bastoncello 3 b , i vibrioni hanno forma incurvata simile a una virgola 3 c , gli spirilli hanno forma a spirale o a elica 3 d
L’Escherichia coli è classificato tra i bacilli.
Helicobacter pylori è uno spirillo che può vivere nello stomaco umano.
I batteri si riproducono per scissione binaria, generando due cellule figlie con il materiale genetico identico a quello della cellula madre. In particolari condizioni, però, i batteri possono scambiarsi tratti del materiale genetico in un processo chiamato coniugazione batterica: attraverso un “ponte”, il pilo di coniugazione, frammenti di materiale genetico passano da un batterio “donatore” a un batterio “ricevente”. Grazie a questo processo il batterio ricevente modifica il proprio patrimonio genetico e assume caratteristiche nuove che trasmette a tutti i suoi discendenti.
SI DICE CHE…
La maggior parte dei batteri è patogena e pericolosa per la nostra salute
La quantità di batteri pericolosi è davvero piccola rispetto al numero di batteri indispensabili per la sopravvivenza degli ecosistemi, utili alla nostra salute, e alla base della produzione industriale, in particolare di quella alimentare.
I lattobacilli presenti nel latte attivano la fermentazione lattica: gli zuccheri sono trasformati in acido lattico che, a sua volta, agisce sulle proteine facendole coagulare. In questo modo il latte diventa formaggio. Anche lo yogurt è ottenuto dalla fermentazione del latte operata da alcuni lattobacilli, tra i quali il Lactobacillus acidophilus e lo Streptococcus thermophilus, i cosiddetti “fermenti lattici vivi”.
Un altro criterio per classificare i batteri si basa sul loro modo di produrre energia:
• i batteri aerobi vivono in presenza di ossigeno e lo utilizzano per compiere la respirazione cellulare;
• i batteri anaerobi si sviluppano in assenza di ossigeno e per produrre energia sfruttano il processo di fermentazione;
• i batteri anaerobi facoltativi sono in grado di sopravvivere sia in presenza sia in assenza di ossigeno, e sfruttano il processo di respirazione cellulare o di fermentazione secondo le condizioni ambientali del momento.
Quando le condizioni ambientali diventano avverse, i batteri si trasformano in endospore, cioè si costruiscono uno spesso involucro all’interno del quale rallentano drasticamente le loro funzioni vitali. L’endospora può resistere anche per alcuni anni. Una volta tornate favorevoli le condizioni ambientali, le endospore si aprono e i batteri riattivano le loro funzioni vitali.
Vibrio vulnificus è un vibrione.
3 COME SI NUTRONO GLI EUBATTERI
Gli eubatteri hanno modalità nutritive differenti:
• i batteri azotofissatori vivono nelle radici delle piante leguminose dove formano dei rigonfiamenti chiamati noduli radicali 4 a . Questi batteri assorbono l’azoto dell’aria e lo “fissano” in composti azotati che cedono alla pianta;
• i batteri decompositori trasformano i rifiuti degli organismi e i resti di animali e vegetali in sostanze più semplici 4 b . Queste poi restano nel terreno e diventano disponibili per le piante;
• i batteri parassiti vivono a spese di un altro organismo, danneggiandolo 4 c . Sono batteri patogeni perché possono provocare malattie;
• i batteri fotosintetici, chiamati anche cianobatteri, sono autotrofi, cioè fabbricano da sé le sostanze nutritive di cui hanno bisogno attraverso la fotosintesi 4 d . Il nome “cianobatteri” si riferisce alla loro particolare colorazione, dovuta a una sostanza che li rende in prevalenza azzurri, anche se esistono cianobatteri violetti e persino rossi.
Probabilmente furono i primi organismi fotosintetici comparsi sulla Terra: oggi vivono in tutti gli ambienti acquatici, specialmente nelle acque dolci, dove si riuniscono in colonie di milioni di individui, ma anche nei suoli caldi e ricchi di umidità.
Noduli radicali di batteri azotofissatori attorno alle radici di una leguminosa.
I batteri del genere Pseudomonas sono decompositori.
I bacilli del genere Salmonella sono parassiti degli animali.
I batteri
4 Le diverse modalità nutritive dei batteri.
I cianobatteri del genere Nostoc sono autotrofi.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. Gli archeobatteri sono in grado di vivere in condizioni ambientali estreme.
2. I batteri di forma sferica sono chiamati spirilli.
3. Le endospore sono una forma di sopravvivenza dei batteri.
4. I batteri anaerobi necessitano dell’ossigeno per vivere.
VERSO LE COMPETENZE
Il XIX secolo ha visto lo sviluppo di due branche importanti della medicina: l’igiene e la profilassi antibiotica. Dividetevi in gruppi e svolgete ricerche su queste tematiche. Realizzate una presentazione della vostra ricerca immaginando di intervistare i ricercatori e gli scienziati che hanno maggiormente contribuito all’evoluzione di questi due settori della medicina.
3 LEZIONE IL REGNO DEI PROTISTI
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
Dai batteri alla cellula eucariote
1
Un dominio con quattro regni.
Regno dei protisti: eucarioti unicellulari e pluricellulari, autotrofi o eterotrofi.
1. Che cos’è l’endosimbiosi?
2. Come si chiama la scienziata che ha proposto questa teoria?
3. Quali organuli sono stati indicati per primi a favore di questa teoria?
4. Perché le cellule eucariote rappresentano un aumento di complessità nelle forme di vita e un esempio di collaborazione?
1 IL DOMINIO DEGLI EUCARIOTI
Tutti gli organismi, unicellulari e pluricellulari, formati da cellule eucariote, fanno parte del dominio degli eucarioti Questo dominio è diviso a sua volta nei regni dei protisti, dei funghi, delle piante e degli animali. Che cosa hanno in comune tutti questi organismi? L’elemento unificante è la cellula eucariote, cioè una cellula dotata di nucleo e con una complessa struttura interna 1 .
Regno dei funghi: eucarioti eterotrofi, si nutrono per assorbimento; sono pluricellulari, con tessuti poco o per nulla differenziati.
2 I PROTISTI
Regno delle piante: eucarioti pluricellulari con tessuti differenziati e capacità di compiere la fotosintesi.
Regno degli animali: eucarioti eterotrofi, si nutrono per ingestione; sono pluricellulari, con tessuti differenziati.
Il regno dei protisti comprende una straordinaria varietà di organismi diversi tra loro per forme, dimensioni, modi di nutrirsi e di muoversi. Ciò che li accomuna è possedere un’organizzazione strutturale molto primitiva. Ai protisti appartengono organismi unicellulari (i protozoi, i protofiti, i funghi mucillaginosi e le muffe d’acqua) e organismi pluricellulari, le alghe. Esistono protisti che conducono vita libera, protisti parassiti di altri organismi, protisti a riproduzione asessuata e protisti a riproduzione sessuata.
3 I PROTOZOI SONO PROTISTI ETEROTROFI
“Protozoo” deriva da un termine greco e significa “primo animale”: questi microrganismi infatti sono eterotrofi e come gli animali ricavano energia da particelle di cibo o da altre cellule che inglobano nel loro citoplasma. Il criterio usato per classificare i protozoi si basa sul loro modo di muoversi. Si distinguono così quattro gruppi di protozoi: i flagellati 2 a , i sarcodici 2 b , gli sporozoi 2 c e i ciliati 2 d
2 Esempi di protozoi.
a b c d
I flagellati, come il Trypanosoma brucei, possiedono uno o più flagelli con cui si spostano nuotando.
I sarcodici, come l’Amoeba proteus, si muovono mediante prolungamenti del citoplasma chiamati pseudopodi.
Gli sporozoi, come il Toxoplasma gondii, sono incapaci di muoversi e vivono come parassiti di molti animali.
I protozoi sono una componente importantissima dello zooplancton, quel complesso di piccoli organismi eterotrofi che si lasciano trasportare dall’acqua e che rappresentano, dal punto di vista ecologico, il secondo anello delle catene alimentari acquatiche.
4 I PROTOFITI SONO PROTISTI AUTOTROFI
I protofiti sono organismi unicellulari autotrofi fotosintetici, chiamati anche alghe unicellulari. Vivono isolati oppure in colonie, sia in mare sia nelle acque dolci, dove costituiscono gran parte del fitoplancton, il primo anello delle catene alimentari acquatiche. Appartengono a questo gruppo:
• le euglene 3 a , caratterizzate da due flagelli; in condizioni di carenza di luce l’euglena può diventare eterotrofa e inglobare piccoli organismi o frammenti di sostanze organiche in decomposizione;
• le diatomee 3 b , dotate di una parete impregnata di silice costituita da due valve che si incastrano come una scatola e il suo coperchio;
• i dinoflagellati 3 c , con due flagelli che permettono loro di avanzare nell’acqua ruotando vorticosamente. Molti dinoflagellati sono luminescenti, cioè producono luce grazie a particolari reazioni chimiche che avvengono nella loro cellula.
I ciliati, come il Paramecium caudatum, si muovono grazie al battito coordinato di numerose ciglia.
a b c
3 Esempi di protofiti.
4
La Fuligo septica è un fungo mucillaginoso.
5 Ogni colonia di alga Volvox è una sfera cava formata da numerosissime cellule.
SI DICE CHE…
5 PROTISTI ETEROTROFI DECOMPOSITORI
Nel vasto regno dei protisti trovano posto anche unicellulari saprofiti, cioè che si nutrono decomponendo le sostanze organiche. Le muffe d’acqua vivono in ambienti d’acqua dolce dove decompongono i resti di piante e animali. I funghi mucillaginosi amano gli ambienti umidi e ricchi di materia organica in decomposizione. Formano strutture dall’aspetto ramificato che presentano spesso colori molto accesi 4 .
6 LE ALGHE SONO PLURICELLULARI AUTOTROFI
Le alghe sono organismi pluricellulari fotosintetici molto semplici: le loro cellule, a differenza delle piante, non sono specializzate a formare un tessuto ma si susseguono come una serie di tasselli identici. Per questo le alghe sono organismi coloniali 5
Una colonia è un gruppo di cellule che, pur vivendo insieme, mantengono la loro individualità.
Una colonia non è un vero e proprio organismo pluricellulare perché non possiede tessuti, cioè insiemi di cellule specializzate a compiere una determinata funzione. Ogni cellula, inoltre, una volta staccata dalla colonia, è ancora in grado di condurre vita autonoma e di svolgere tutte le funzioni vitali. Anche alcune specie di batteri e di protisti tendono a unirsi in colonie formate da un gran numero di organismi unicellulari. Oltre a non possedere tessuti specializzati, le alghe non hanno vere e proprie radici, né un fusto e nemmeno delle vere foglie. Il corpo delle alghe pluricellulari è a tallo, cioè privo di tessuti specializzati, e può raggiungere dimensioni notevoli senza bisogno di strutture di sostegno, perché è l’acqua stessa che fornisce il supporto necessario.
Le alghe sono suddivise in tre gruppi in base al tipo di molecola (pigmento) che utilizzano per compiere la fotosintesi: le alghe verdi contengono clorofilla, mentre le alghe brune e le alghe rosse contengono altri pigmenti che permettono loro di vivere anche nelle acque profonde, dove la quantità di luce solare che riesce a penetrare è molto scarsa. Nelle acque dolci vivono soprattutto alghe verdi, mentre nelle acque salate prevalgono alghe brune e alghe rosse.
Le alghe sono utilizzate nell’alimentazione umana
Le alghe hanno sempre costituito un ingrediente essenziale in molte ricette della cucina orientale, usate per preparare zuppe, creme di verdure e dolci. Oggi si trovano in commercio in molti negozi e il loro consumo è consigliato per le notevoli proprietà nutritive di questi protisti, ricchi di amminoacidi essenziali, minerali, vitamine. Da alcune varietà di alghe rosse si estrae l’agar agar, usato in cucina per la sua azione gelificante e addensante nella preparazione di salse, minestre, zuppe, marmellate e budini. Senza agar agar non potremmo mangiare la maggior parte dei gelati prodotti dall’industria dolciaria! Anche per dare colore ai gelati si utilizzano le alghe, in particolare l’alga spirulina, ricca di sostanze nutritive e di proprietà stimolanti ed energetiche.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Abbina i termini con la definizione corretta.
1 Protozoi
2 Euglene
3 Flagellati
4 Muffe d’acqua
5 Alghe pluricellulari
a Organismi decompositori.
b Protisti che possiedono uno o più flagelli.
c Sono una componente dello zooplancton.
d Organismi coloniali dal corpo a tallo.
e Protisti che compiono la fotosintesi.
1: 2: 3: 4: 5:
VERSO LE COMPETENZE
Osserva l’immagine che rappresenta la distribuzione delle alghe alle diverse profondità.
Rispondi alle domande.
• Che cosa hanno in comune le cellule che formano un’alga e quelle che formano le piante?
• Quali sono le principali differenze tra un’alga e una pianta?
• Quale fattore limitante dell’ambiente marino influisce sulla distribuzione dei diversi tipi di alghe?
Ricerca in rete:
• informazioni sulle alghe di cui compare il nome nello schema;
• informazioni sui diversi utilizzi delle alghe, dall’alimentazione, alla cosmetica, alla produzione di farmaci.
alga verde
alga rossa
40 m
100 m
alga bruna
CITTADINANZA ATTIVA MARI SUPERNUTRITI
Alcune stime ci dicono che i mari sono in pericolo! L’agricoltura, le industrie e le attività quotidiane degli esseri umani immettono quotidianamente nei mari sostanze che alterano gli equilibri ecologici. Per questo la protezione della flora e della fauna acquatiche è uno degli obiettivi dell’Agenda 2030.
1 IL FENOMENO DELL’EUTROFIZZAZIONE
La presenza di quantità elevate di azoto e fosforo causa il fenomeno dell’eutrofizzazione, cioè una crescita abnorme delle piante acquatiche e del fitoplancton, formato da microrganismi vegetali e alghe unicellulari 1 . La crescita incontrollata delle alghe è dovuta a un insieme di fattori: malgrado le leggi e i divieti, le acque reflue prodotte dalle attività industriali spesso sono scaricate direttamente nei fiumi, che le portano ai mari. Anche l’allevamento e le attività domestiche sono importanti fonti di questi elementi chimici: l’azoto è presente negli escrementi degli animali e il fosforo è contenuto nei detersivi che usiamo per il bucato e per lavare le stoviglie. Anche le piogge, scorrendo sopra i suoli, sciolgono molte sostanze inquinanti e le trasportano verso i corsi d’acqua. Gli organismi che si cibano di fitoplancton non riescono a consumarlo tutto, così i microrganismi vegetali continuano a moltiplicarsi. Con il passare del tempo le acque diventano torbide e la luce inizia ad avere difficoltà a penetrare in profondità: le alghe, non riuscendo più a compiere la fotosintesi, muoiono e si depositano sul fondo del mare. A questo punto intervengono i batteri decompositori, i quali, per nutrirsi degli accumuli di alghe, consumano grandi quantità di ossigeno provocando la rapida riduzione del livello del gas disciolto nelle acque; di conseguenza pesci, molluschi e crostacei non riescono più a respirare e muoiono per asfissia. La decomposizione degli organismi morti aumenta ulteriormente il consumo di ossigeno e, in condizioni estreme, possono formarsi delle aree dove l’acqua ne è completamente priva. Il fenomeno dell’eutrofizzazione può interessare anche le acque dei laghi. In questi casi il fenomeno è ancora più grave poiché il ricambio di acqua è molto lento 2 .
1
L’Ulva prolifera è un’alga verde chiamata comunemente “lattuga di mare”. La crescita di quest’alga è improvvisa e molto veloce.
2 Eutrofizzazione di un lago.
2 MARI ITALIANI A RISCHIO
Il Mar Adriatico è colpito periodicamente dall’eutrofizzazione, che si concentra principalmente sulle coste dell’Emilia-Romagna, proprio dove sfocia il fiume Po. Il Po riceve acqua dai numerosi affluenti che attraversano i campi coltivati e i pascoli della Pianura Padana, trasportando nelle loro acque una grande quantità di nutrienti che raggiungono il Mar Adriatico.
Questo fenomeno è ancora più accentuato quando la primavera e l’autunno sono particolarmente piovosi: il risultato è che nel periodo estivo, con l’arrivo dei turisti, il mare si ricopre di uno strato di alghe e mucillagini che danno alle acque una colorazione che varia dal marrone al verde.
Le mucillagini sono sostanze gelatinose prodotte direttamente dalle alghe microscopiche: a contatto con l’acqua si gonfiano e formano dei lunghi “serpentoni” galleggianti 3 . Le mucillagini si spostano in funzione dei venti e delle correnti. Spesso vengono spinte e ammassate a riva, altre volte si stratificano sui fondali provocando la morte degli organismi acquatici e danneggiando uova e larve. Studi di monitoraggio del fenomeno condotti da rappresentanti di ambiti diversi, come l’associazione Greenpeace e l’Università di Genova, hanno dimostrato che esiste una relazione diretta tra il fenomeno del riscaldamento globale e la proliferazione delle mucillagini. Il riscaldamento globale in atto, infatti, sta provocando un innalzamento della temperatura del Mediterraneo e, di conseguenza, dei mari italiani, che si stanno riscaldando anche in profondità. Nella tarda primavera o all’inizio dell’estate, le foreste di gorgonie sono spesso ricoperte da una coltre cotonosa e filamentosa di mucillagine, e lo stesso accade anche alle praterie di Posidonia oceanica: il fenomeno scatena, a sua volta, morie di massa di molte specie di organismi bentonici, che muoiono per soffocamento da mucillagine.
Contemporaneamente, il riscaldamento dei mari favorisce lo spostamento verso nord di specie algali che vivono in acque calde, come l’alga verde Caulerpa cylindracea, originaria delle coste occidentali dell’Australia. Oltre ad arrecare un grave danno all’ambiente marino, le mucillagini provocano danni economici ai pescatori perché, nelle aree interessate dal fenomeno, i pesci diventano rari e le reti si riempiono di aggregati di mucillagine che impediscono lo svolgimento delle attività di pesca.
3 LE ALGHE: DA PROBLEMA A RISORSA
BUONE NOTIZIE per il futuro!
Dal 2013 l’Unione Europea ha imposto dei limiti al contenuto di fosforo nei detersivi: una dose standard di detersivo per bucato non può contenere più di 0,5 g di fosforo; per il detersivo per lavastoviglie la quantità massima è 0,3 g per dose.
3 Scia di mucillaggini che galleggia in superficie.
Le alghe non sono solo un problema ambientale, ma rappresentano anche una risorsa. In alcuni Paesi del mondo sono utilizzate nell’alimentazione e sono alla base della produzione di molti farmaci e cosmetici. Molte specie, infatti, sono ricche di vitamine e proteine, hanno pro prietà disintossicanti, aiutano le funzioni di fegato e reni, favori scono la digestione e stimolano il sistema immunitario 4 Le alghe fanno parte dell’alimentazione delle popolazioni orien tali che da secoli ne conoscono le loro benefiche proprietà. Per esempio, le alghe kombu sono alghe brune utilizzate per minestre e zuppe; l’alga rossa nori è usata per la preparazione del sushi; la amente chiamata alga ma si tratta di un cianobatterio) è considerata un per le sue importanti proprietà nutritive e viene aggiunta al gomasio, un condimento di origine giapponese che si usa al posto del sale per insalate, verdure cotte e primi piatti. disidratata.
RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI
1 Completa la mappa con le parole chiave mancanti. archeobatteri – cocchi – eubatteri – parassiti obbligati – procarioti – protisti– virus
1. I MICRORGANISMI
che sono
delle cellule che invadono
4. organismi eucarioti
possono essere come i che costituiscono un
che possono vivere in ambienti dalle condizioni estreme
classificati in base alla forma in
13. regno
che comprende molti e diversi organismi
2 Inserisci accanto a ogni definizione il numero che corrisponde alla parola chiave usata nella mappa.
a. Eubatteri a forma di elica o di spirale.
b. Microrganismi formati da una cellula complessa dotata di nucleo.
c. Sono stati primi abitanti del Pianeta.
d. Vivono solo sfruttando le strutture della cellula che invadono.
8. 9. bacilli 10. spirilli 11. vibrioni
CON LA MAPPA
2.
5.
3. organismi 6. 12.
CON LA SINTESI
1 LEZIONE I VIRUS
Virus è una parola latina che vuol dire “veleno” perché quando un virus attacca una cellula ne provoca la morte.
I virus non sono organismi viventi, ma strutture biologiche estremamente piccole e semplici: non si nutrono e non respirano e per riprodursi invadono un’altra cellula, usano le sue strutture e ne provocano la morte.
I virus sono costituiti soltanto da una molecola di acido nucleico (DNA o RNA) racchiusa in un involucro di proteine, il capside.
I virus sono parassiti obbligati e possono attaccare sia le cellule procariote sia quelle eucariote.
I batteriofagi sono virus specializzati a invadere la cellula procariote che forma i batteri.
I virus patogeni sono specializzati a invadere le cellule eucariote di funghi, piante e animali. I virus patogeni sono responsabili di molte malattie che colpiscono anche gli esseri umani.
Per difendersi dai virus il sistema immunitario degli organismi produce gli anticorpi. La terapia più efficace contro i virus è la vaccinazione.
2 LEZIONE I DOMINI DEI BATTERI
I batteri sono gli organismi più diffusi sulla Terra perché riescono a vivere in quasi tutti gli ambienti. Il dominio degli archeobatteri comprende organismi unicellulari che hanno caratteristiche particolari che li rendono capaci di sopravvivere in condizioni ambientali molto difficili, per esempio con temperature molto basse o molto alte, in acque molto salate o con elevate concentrazioni di zolfo.
Il dominio degli eubatteri comprende organismi procarioti unicellulari che sono chiamati batteri. La cellula dei batteri è protetta dalla parete e da un involucro esterno, la capsula, e al suo interno è presente un filamento di DNA chiuso ad anello.
Molti batteri per muoversi utilizzano dei filamenti allungati, i flagelli, e spesso sono presenti anche numerose piccole appendici, i pili
Quando l’ambiente diventa sfavorevole, molti batteri si trasformano in endospore, riducendo al minimo le funzioni vitali.
Una volta tornate le condizioni ambientali favorevoli, le endospore si aprono e i batteri riattivano le proprie funzioni vitali.
I batteri possono essere classificati in base alla loro forma in: cocchi, bacilli, vibrioni e spirilli.
Possono essere classificati in base a come producono energia in: batteri aerobi, che vivono solo in presenza di ossigeno; batteri anaerobi, che si sviluppano in assenza di ossigeno; batteri anaerobi facoltativi, che possono sopravvivere sia in presenza di ossigeno sia in sua assenza, secondo le condizioni ambientali del momento.
Un’altra classificazione può essere fatta in base a come si nutrono. Si classificano in: azotofissatori, che fissano l’azoto dell’aria in composti azotati; decompositori, che trasformano i rifiuti organici in sostanze semplici; parassiti, che vivono a spese di un altro organismo; fotosintetici, come i cianobatteri che sono autotrofi.
3 LEZIONE IL REGNO DEI PROTISTI
La cellula eucariote è l’unità di base di tutti gli organismi che appartengono al dominio degli eucarioti, che comprende i regni dei protisti, dei funghi, delle piante e degli animali. Il regno dei protisti comprende i protozoi, i protofiti, i funghi mucillaginosi, le muffe d’acqua e le alghe.
I protozoi sono gli antenati degli animali, sono eterotrofi e sono classificati in base al modo di muoversi in flagellati, sarcodici, sporozoi e ciliati. I protofiti sono gli antenati delle piante, sono autotrofi e vivono in mare o nelle acque dolci. Le euglene, le diatomee e i dinoflagellati sono protofiti.
Le muffe d’acqua e i funghi mucillaginosi sono protisti decompositori che si nutrono di sostanza organica. Le alghe sono organismi fotosintetici che vivono in colonie in cui ogni cellula è indipendente dalle altre e svolge da sola tutte le funzioni vitali. Le alghe sono classificate in tre gruppi in base al colore del pigmento che utilizzano per compiere la fotosintesi: le alghe verdi contengono clorofilla, le alghe brune e le alghe rosse possiedono altri tipi di pigmenti che permettono loro di compiere la fotosintesi anche nelle profondità marine dove arriva poca luce.
1 LEZIONE I VIRUS
1 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. I virus sono organismi viventi a tutti gli effetti.
b. L’involucro dei virus si chiama capside.
c. Le infezioni virali si combattono grazie agli anticorpi prodotti dal sistema immunitario.
d. I virus sono avvolti da un involucro esterno proteico.
e. Un virus a DNA può riprodursi in 20 minuti replicando se stesso 200 volte.
f. I virus batteriofagi iniettano il proprio codice genetico nei batteri.
2 Scegli la soluzione corretta.
a. La dimensione dei virus è:
1 superiore a 200 nanometri.
2 inferiore ai 20 nanometri.
3 compresa tra 20 e 200 nanometri.
4 compresa tra 20 e 200 micron.
b. I virus patogeni invadono:
1 tutti i tipi di cellule eucariote.
2 le cellule procariote.
3 le cellule batteriche.
4 solo le cellule animali.
c. Il modo più efficace per combattere le malattie virali è:
1 farsi contagiare dai virus.
2 farsi vaccinare.
3 non farsi vaccinare.
4 assumere antibiotici.
d. Il virus dell’HIV:
1 è un sinonimo di AIDS.
2 viene trasmesso per via aerea.
3 scatena malattie opportunistiche.
4 non può essere combattuto con alcun tipo di farmaco.
3 Assegna le frasi alle immagini corrette.
1. I virus patogeni sono virus specializzati nell’invadere le cellule eucariote di piante, funghi e animali.
2. I batteriofagi sono virus specializzati nell’invadere la cellula procariote che forma i batteri.
2
LEZIONE I DOMINI DEI BATTERI
4 Abbina i termini con la definizione corretta.
1. Archeobatteri
2. Eubatteri
3. Capsula
4. Batteri aerobi
5. Coniugazione batterica
a Scambio di materiale genetico da un batterio “donatore” a uno “ricevente”.
b Sono adatti a vivere in ambienti con condizioni estreme.
c Involucro gelatinoso che ricopre i batteri.
d Organismi procarioti unicellulari chiamati comunemente batteri.
e Vivono solo in presenza di ossigeno.
1. 2. 3. 4. 5.
5 Sottolinea il termine corretto tra i due proposti.
a. Il dominio degli eubatteri comprende organismi procarioti/eucarioti e unicellulari.
b. Molti batteri possiedono piccole appendici dette flagelli/pili.
c. I batteri aerobi/anaerobi sfruttano il processo di fermentazione per produrre energia.
6 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. Gli eubatteri sono detti anche estremofili.
b. Gli archeobatteri sono stati probabilmente la prima forma di vita sul nostro pianeta.
c. I batteri si riproducono per scissione binaria.
d. Le endospore rappresentano una risposta di sopravvivenza a condizioni ambientali sfavorevoli.
7 Scegli la soluzione corretta.
a. Gli eubatteri sono organismi:
1 eucarioti unicellulari.
2 eucarioti pluricellulari.
3 procarioti unicellulari.
4 procarioti pluricellulari.
b. Negli eubatteri è un organo deputato al movimento:
1 la capsula.
2 la parete cellulare.
3 il DNA.
4 il flagello.
c. Quale dei seguenti gruppi di batteri non si riferisce alla loro capacità di produrre energia?
1 Batteri fotosintetici.
2 Batteri aerobi.
3 Batteri anaerobi.
4 Batteri anaerobi facoltativi.
3 LEZIONE IL REGNO DEI PROTISTI
8 Sottolinea il termine corretto tra i due proposti.
a. I protisti antenati degli animali sono i protofiti/protozoi.
b. I protofiti sono autotrofi/eteretrofi
c. I saprofiti sono organismi autotrofi/ decompositori.
d. Le alghe sono organismi unicellulari /coloniali.
9 Completa le frasi con i termini corretti.
a. Tutti gli organismi, unicellulari e pluricellulari, formati da cellule eucariote, fanno parte del dominio degli
b. Le euglene sono caratterizzate da due flagelli.
c. Molti sono luminescenti.
d. Le muffe d’acqua vivono in ambienti d’acqua dolce dove i resti di piante e animali.
e. Le alghe sono organismi pluricellulari molto semplici.
10 Indica a quale regno appartengono gli organismi rappresentati nelle fotografie.
11 Scegli la soluzione corretta.
a. Il termine “protofita” in greco significa:
1 primo animale.
2 primo vegetale.
3 primo decompositore.
4 primo batterio.
b. I sarcodici:
1 si muovono grazie ai flagelli.
2 nuotano grazie al movimento delle ciglia.
3 utilizzano gli pseudopodi per spostarsi.
4 non sono in grado di spostarsi.
INTERPRETARE E COMMENTARE UN MODELLO
1 Osserva il disegno e inserisci accanto a ogni termine il numero corrispondente.
a. Fibre
b. Capside
c. Acido nucleico
d. Coda
METTERE IN ORDINE E SPIEGARE UN FENOMENO
2 Metti nella sequenza corretta le fasi del ciclo riproduttivo del batteriofago.
Rispondi alle domande.
a. In che modo il virus si ancora alla membrana del batterio?
b. In quale fase il virus inietta il materiale genetico all’interno della cellula batterica?
c. Che cosa accade all’interno del batterio dopo l’iniezione del DNA virale?
d. Quando la cellula batterica si rompe? Che cosa accade dopo?
INDIVIDUARE CARATTERISTICHE E SPIEGARE
3 Osserva le immagini.
a. Scrivi una didascalia che spieghi le relazioni tra le due fotografie.
b. A quale gruppo di microrganismi appartiene quello rappresentato nella fotografia?
4 Il fenomeno rappresentato nella fotografia è la formazione di un’endospora.
Rispondi alle domande.
a. In quale situazione i batteri formano le endospore?
b. Per quanto tempo possono sopravvivere in questa condizione?
5 Scrivi le definizioni dei tre tipi di batteri e rispondi alle domande.
Batteri anaerobi
Batteri aerobi
Batteri anaerobi facoltativi
Rispondi alle domande.
a. Quale criterio è usato per classificare questi batteri?
b. Quale processo è sfruttato dai batteri quando l’ossigeno scarseggia?
INTERPRETARE E TRARRE INFORMAZIONI DA UN TESTO
7 Leggi il brano.
BATTERI MANGIA PLASTICA
RIFLETTERE E SPIEGARE
6 Rispondi alle domande.
a. Perché i virus sono parassiti obbligati?
b. Perché i batteri sono gli organismi più diffusi sulla Terra?
È stato scoperto un batterio in grado di degradare completamente il PET, il polietilene tereftalato, la plastica usata per produrre tonnellate di bottiglie e contenitori. Il batterio Ideonella sakaiensis è stato presentato sulle pagine della rivista Science da parte di un gruppo di ricercatori di Kyoto, guidati da Shosuke Yoshida, che lo ha scovato in mezzo ad alcuni rifiuti di bottiglie pronte per il riciclaggio. Grazie a tecniche di biochimica e di genetica, i ricercatori sono riusciti a scoprire che il batterio riesce a mangiarsi la plastica grazie a una speciale coppia di enzimi, delle sostanze in grado di attaccare i polimeri costituenti il PET e di ridurli in molecole a base di carbonio di cui il batterio si ciba. Un altro batterio, Pseudomonas putida, sarebbe in grado di digerire i solventi organici che spesso sono i responsabili delle contaminazioni ambientali, fornendo risposte concrete anche ad alcuni problemi legati all’inquinamento ambientale, plastiche comprese. Di fatto, il batterio Pseudomonas putida è utilizzato per una grande varietà di scopi, ma soprattutto per la produzione di poliidrossialcanoati (Pha), un gruppo di polimeri con i quali si possono produrre sostanze termoplastiche, che possono essere facilmente riciclate, o gomme biodegradabili.
(Tratto e adattato da treccani.it e greenplanner.it)
c. Qual è la differenza tra alghe verdi, alghe rosse e alghe brune? Come si distribuiscono nelle acque dolci e salate?
d. Quale sistema del corpo umano è attaccato dal virus HIV?
Rispondi alle domande e svolgi le attività proposte, da solo o in gruppo con i tuoi compagni.
a. Quali sono i batteri descritti nell’articolo?
b. Perché sono così importanti nella lotta all’inquinamento da plastica?
c. Come agiscono i due batteri?
d. Quali caratteristiche hanno in comune le termoplastiche e le gomme biodegradabili?
DIGITAL SKILLS
e. Quando una persona diventa sieropositiva?
Svolgi ricerche in rete sull’obiettivo 12 dell’Agenda 2030 con particolare attenzione ai traguardi 12.4 e 12.5.
THE IMPORTANCE OF PROTISTS FOR THE ENVIRONMENT
Protists are a diverse collection of organisms. While exceptions exist, they are primarily microscopic and unicellular. The cells of protists are highly organized with a nucleus and specialized cellular machinery called organelles. Protists play an important role in the environment. Nearly 50 percent of photosynthesis on Earth is carried out by algae. Protists act as decomposers and help in recycling nutrients through ecosystems
In addition, protists in various aquatic environments, including the open water, waterworks and sewage disposal systems feed upon, and control bacterial populations. «If you took all the protists out of the world, the ecosystem would collapse really quickly», said a biologist.
Euglena spirogyra is a species of algae. It feeds by photosynthesis in the light, but uses its flagellum to move about in search of food in the dark.
Foraminifera typically produce a shell, commonly made of calcium carbonate.
lossario
ECOSYSTEM ecosistema
WATERWORKS acquedotto
SEWAGE DISPOSAL SYSTEMS sistema di smaltimento delle acque reflue
CALCIUM CARBONATE carbonato di calcio
Amoeba are common in both salt and freshwater as well as soil, moss and leaf litter.
COMPREHENSION EXERCISES
Answer the following questions.
a. Why are protists so important for the environment?
Trentepohlia aurea is a species of terrestrial green alga. It grows on rocks, old walls and the trunks and branches of trees.
LE PIANTE, ALLEATE CONTRO IL RISCALDAMENTO GLOBALE
Il riscaldamento globale è la conseguenza dell’aumento continuo delle emissioni di gas serra nell’atmosfera. Da decenni il mondo scientifico esorta istituzioni e popolazione ad agire per ridurre le cause del loro incremento. Come sarebbe bello avere a nostra disposizione una tecnologia potente ed efficace, in grado di risolvere questo gravissimo problema! Stefano Mancuso, uno degli scienziati più famosi nel mondo per la sua attività di ricerca sulle piante, afferma che questa tecnologia è già a nostra disposizione: sono le piante. Si tratta di una tecnologia basata sulla vita, in quanto le piante, per la loro capacità di assorbire anidride carbonica per il processo di fotosintesi, sono la soluzione concreta al problema del riscaldamento globale e del cambiamento climatico che ne deriva. Lo scienziato è uno dei sostenitori più convinti della necessità di piantare mille miliardi di alberi entro il 2030. Sembrerebbe una cifra enorme, ma, se si pensa che negli ultimi due secoli sono stati abbattuti duemila miliardi di alberi, ripiantarne un miliardo non sembra una cosa impossibile!
Parole per capire
Gas serra • Insieme di gas che comprende anidride carbonica, metano, ossidi di azoto e vapore acqueo. Sono in grado di intercettare e riflettere le radiazioni infrarosse, responsabili del riscaldamento dell’atmosfera, proprio come fanno i vetri di una serra.
Cambiamento climatico • Si intendono i cambiamenti a lungo termine delle temperature e dei modelli meteorologici. Sono conseguenze del cambiamento climatico eventi meteorologici estremi come siccità intense, scarsità d’acqua, incendi, innalzamento del livello del mare, inondazioni, fusione dei ghiacci polari, tempeste catastrofiche e riduzione della biodiversità.
Casa Editrice G. Principato
1 LEZIONE IL REGNO DEI FUNGHI
LAB STEM
UNA COLTIVAZIONE DI MUFFE
Una muffa verdastra, che si sviluppa con facilità sulla superficie dei frutti, è all’origine della produzione di una famosa sostanza antibatterica, la penicillina Prova anche tu a coltivare la più famosa delle muffe, il Penicillum notatum
■ REALIZZA L’ESPERIMENTO
MATERIALI
• due arance
• batuffoli di cotone idrofilo
• due limoni
• due sacchetti di plastica trasparenti microforati
• una ciotola
• un microscopio ottico
PROCEDIMENTO
1. Strofina le arance e i limoni sul pavimento della stanza e mettili nella ciotola, lasciandoli esposti all’aria per un giorno.
2. In ognuno dei due sacchetti metti un’arancia e un limone, insieme a un batuffolo di cotone idrofilo imbevuto d’acqua.
3. Richiudi accuratamente i sacchetti.
4. Metti un sacchetto in frigorifero e l’altro in un luogo caldo e buio per circa due settimane. Durante questo periodo esegui osservazioni giornaliere sulla frutta, senza aprire i sacchetti.
■ OSSERVA E RISPONDI
1. Quali differenze noti confrontando i frutti conservati in frigorifero e quelli esposti all’aria?
2. Preleva una piccola quantità di muffa dalla superficie dei frutti e osservala al microscopio. Realizza un disegno di quello che vedi.
3. Come hanno fatto le muffe ad arrivare sulla superficie della frutta?
4. Perché i sacchetti devono essere microforati?
5. Che ruolo ha la temperatura ambientale nello sviluppo delle muffe?
6. Scrivi la relazione dell’esperimento.
1 NÉ PIANTE NÉ ANIMALI
Il regno dei funghi comprende organismi molto diversi tra loro per aspetto e dimensione. Appartengono allo stesso regno i funghi pluricellulari, come quelli dalla tipica struttura a cappello o come le muffe che si formano sulla superficie del formaggio e sulla buccia della frutta, e i funghi unicellulari, come il lievito che viene aggiunto all’impasto del pane per farne aumentare il volume.
Per quanto diversi tra loro, i funghi hanno però in comune il modo di nutrirsi. Sono tutti organismi eterotrofi, come gli animali, perché le loro cellule non contengono la clorofilla, perciò non sono in grado di produrre sostanze nutritive attraverso la fotosintesi, ma le devono assorbire da altri organismi. I funghi, però, presentano anche delle caratteristiche che li rendono simili alle piante: non si muovono, perché sono ancorati al substrato di cui si nutrono, e possiedono dei filamenti, simili a radici, con i quali assorbono le sostanze nutritive e l’acqua. Non potendo essere classificati né come animali né come piante, è stato necessario creare una categoria tassonomica a parte che li comprendesse tutti: il regno dei funghi In base al loro modo di procurarsi le sostanze nutritive, i funghi sono divisi in tre gruppi: i funghi saprofiti, i funghi parassiti e i funghi simbionti
I funghi saprofiti ricavano le sostanze nutritive dalla decomposizione di resti vegetali o animali. Per esempio, i funghi a mensola che si sviluppano sugli alberi caduti decompongono le sostanze che formano il tronco 1 a
I funghi simbionti vivono in stretta associazione con una determinata specie di organismi ed entrambi ne traggono reciproco vantaggio. La grande maggioranza dei funghi vive in stretta relazione con gli alberi: ricavano dal terreno i sali minerali utili alla pianta e ricevono in cambio gli zuccheri prodotti dalla pianta con la fotosintesi 1 b . La scienza ha osservato che le foreste più rigogliose sono quelle più ricche di funghi. I funghi parassiti si nutrono esclusivamente del materiale contenuto nelle cellule di altri organismi vivi. Per esempio, i funghi chiamati “chiodini” sono parassiti di alcune piante 1 c .
2 I FUNGHI A CAPPELLO
I funghi che tutti conosciamo, quelli che crescono nei boschi e nei prati, sui ceppi degli alberi, sulle foglie morte o sui resti di vegetali e animali, sono funghi simbionti. Le cellule dei funghi, come quelle delle alghe, non sono differenziate e non formano dei tessuti; sono disposte l’una dopo l’altra a formare dei sottili filamenti, le ife. In genere questi funghi sono costituiti da una parte sotterranea, il micelio, formato da un groviglio di ife, che è l’organo che provvede ad assorbire le sostanze nutritive. La parte che spunta dal terreno è il corpo fruttifero, che svolge la funzione di organo riproduttore, a sua volta formato da un gambo e da un cappello. Sotto il cappello, in strutture a forma di lamelle o di sottili tubuli, maturano le spore. Quando una spora cade in un luogo favorevole, germina, cioè dà origine a un nuovo micelio, da cui si sviluppa un nuovo corpo fruttifero 2 spore
1 Come si nutrono i funghi.
gambo corpo fruttifero micelio
ife che formano il micelio
La struttura di un fungo a cappello.
cappello
3 Ife e sporangi di una muffa cresciuta sulla
3 LE MUFFE E I LIEVITI
4 Un lichene sulla corteccia di un albero.
La muffa del pane.
Le muffe sono funghi pluricellulari parassiti, di dimensioni microscopiche. Quando si sviluppano sulla superficie del pane o sulla buccia di un agrume, le muffe hanno un aspetto polveroso; se invece le osserviamo al microscopio appaiono formate da catenelle di cellule tenute insieme, le ife. All’estremità le ife terminano con lo sporangio, una formazione tondeggiante nella quale si sviluppano le spore, proprio come nel corpo fruttifero dei funghi a cappello 3 .
Alcune specie di muffe sono parassite di piante e di animali e spesso provocano malattie indicate con il termine di micosi
Esistono però anche muffe utili: alcune sono sfruttate per migliorare le caratteristiche di alcuni cibi, per esempio di formaggi come il gorgonzola o il camembert. Dalle muffe, infine, è stato ricavato il primo antibiotico, la penicillina; oggi invece gli antibiotici sono sintetizzati in laboratorio.
lieviti sono funghi unicellulari che traggono energia dalle sostanze organiche, soprattutto zuccheri, attraverso il processo di fermentazione. Negli ambienti dove la quantità di ossigeno è ridotta, i lieviti trasformano gli zuccheri in alcol e anidride carbonica. Per questa loro proprietà i lieviti vengono utilizzati nella produzione di bevande alcoliche, come il vino e la birra, e nella panificazione, dove la fermentazione dell’amido contenuto nella farina di grano fa lievitare, cioè gonfiare, la pasta e la rende più soffice e digeribile.
4 I LICHENI
I licheni sono una simbiosi fra un’alga, cioè un organismo autotrofo, e un fungo, cioè un organismo eterotrofo, che vivono insieme scambiandosi sostanze nutritive. Si tratta di organismi pionieri, capaci di colonizzare ambienti in cui le condizioni di vita sono particolarmente difficili, come le rocce, i muri, le cortecce degli alberi 4 . L’alga, poiché svolge la fotosintesi, produce gli zuccheri di cui si nutre anche il fungo; da parte sua il fungo rifornisce l’alga di acqua e sali minerali che assorbe dalla superficie su cui poggia.
5 LA CLASSIFICAZIONE DEI FUNGHI
I funghi sono suddivisi in tre gruppi in base al tipo di riproduzione e al corpo fruttifero.
• Gli zigomiceti comprendono organismi formati da un’unica ifa che contiene numerosi nuclei cellulari. Normalmente si riproducono asessualmente attraverso le spore prodotte negli sporangi. Tuttavia, in condizioni ambientali avverse possono riprodursi sessualmente. In questi casi le ife che contengono le spore sessuate si allungano le une verso le altre fino a unirsi e a formare una nuova cellula. Comprendono alcune muffe, come la muffa del pane 5
• Gli ascomiceti possiedono particolari strutture a forma di sacco, gli aschi, all’interno delle quali sono prodotte le spore. Gli ascomiceti si possono riprodurre anche per semplice divisione cellulare e per gemmazione. Appartengono agli ascomiceti i lieviti, i tartufi e molte delle muffe colorate che ricoprono i cibi in decomposizione o attaccano i raccolti di frutta.
• Il gruppo dei basidiomiceti comprende gli organismi che vengono denominati “funghi” anche nel linguaggio comune: i funghi commestibili, i funghi velenosi, le vesce dal caratteristico corpo globoso e i funghi a mensola 6 . Nei basidiomiceti le spore sono prodotte all’interno dei basidi, sacche a forma di clava che si trovano nella parte inferiore del cappello.
6 Il porcino (a) è un basidiomicete commestibile; l’Amanita phalloides (b) invece è un basidiomicete velenoso.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Abbina i termini con la definizione corretta.
1 Saprofiti
2 Micelio
3 Lieviti
4 Licheni
5 Ascomiceti
6 Zigomiceti
SI DICE CHE…
I tartufi provocano malattie agli alberi. L’associazione simbiotica tra le radici di un albero e un fungo prende il nome di micorriza e non costituisce un pericolo per i vegetali.
I tartufi sono funghi ascomiceti del genere Tubor che si attaccano alle radici di un albero, da cui assorbono le sostanze organiche che questo ha fabbricato. Questa simbiosi radice-fungo ha una grande importanza per il benessere degli alberi: ne migliora la capacità di assorbire le sostanze nutritive, rende le piante più resistenti alla siccità perché le micorrize aumentano l’assorbimento dell’acqua da parte delle radici, protegge le piante dalle malattie provocate da funghi patogeni e le difende dall’attacco dei vermi. Ma c’è di più: gli scienziati hanno scoperto che, circa 400 milioni di anni fa, furono probabilmente le micorrize a facilitare la conquista delle terre emerse da parte delle piante terrestri.
a Funghi unicellulari che attivano il processo della fermentazione.
b Simbiosi fra un fungo e un’alga.
c Funghi dotati di particolari strutture a sacco all’interno delle quali sono prodotte le spore.
d Funghi che ricavano le sostanze nutritive dalla decomposizione di resti organici.
e Organo del fungo che provvede ad assorbire le sostanze nutritive.
f Comprendono organismi formati da un’unica ifa che contiene numerosi nuclei cellulari.
1: 2: 3: 4: 5: 6:
VERSO LE COMPETENZE
Ricerca in rete il significato della parola fermentazione e individua quali organismi, oltre i lieviti, la attuano. Si tratta solo di organismi unicellulari o anche di organismi pluricellulari? In quali processi utili all’uomo vengono utilizzati? Si tratta solo di processi in campo alimentare o anche in campo industriale?
2 LEZIONE IL REGNO DELLE PIANTE
FLIPPED CLASSROOM
Esplora l’oggetto interattivo e scrivi le risposte sul quaderno.
L’evoluzione delle piante
1. Quali organismi sono i progenitori delle piante attualmente presenti sul nostro pianeta?
2. In che cosa si differenziano le cellule dei funghi rispetto a quelle delle piante?
3. Che cosa significa “organismi con il corpo a tallo”? E “organismi con il corpo a cormo”? Fai un esempio per ciascun gruppo.
4. Quali gruppi di piante non dipendono dall’ambiente acquatico per la loro riproduzione? Quali adattamenti hanno evoluto?
1 LE PIANTE E LE LORO CARATTERISTICHE
1
Le piante usano l’energia del Sole per produrre glucosio.
L’erba dei prati, gli alberi di una foresta, le siepi, gli alberi da frutto, il muschio del sottobosco sono tutti delle piante: ciò che accumuna questi organismi è la fotosintesi, il processo chimico che avviene nelle foglie e nelle loro parti verdi.
Utilizzando la luce del Sole come fonte di energia, e sostanze semplici, cioè l’acqua, i sali minerali e l’anidride carbonica gassosa, le cellule autotrofe delle piante producono lo zucchero glucosio e altre sostanze nutritive necessarie alla loro sopravvivenza 1 . Il processo è di fondamentale importanza per tutte le forme di vita sulla Terra. Le piante, infatti, sono i produttori alla base di tutte le catene alimentari, perché costituiscono la fonte primaria di cibo per tutti gli animali, esseri umani compresi. Inoltre, come sostanza di rifiuto del processo di fotosintesi, le piante producono ossigeno, il gas fondamentale per la respirazione dei viventi e delle piante stesse.
Le piante sono organismi pluricellulari formati da cellule eucariote e autotrofe.
2 PIANTE CON IL CORPO A TALLO
Il lento passaggio che portò i vegetali acquatici ad adattarsi a vivere sulla terraferma è iniziato circa 500 milioni di anni fa. L’ambiente terrestre offriva notevoli opportunità per i primi organismi autotrofi: non esistevano altre forme di vita con le quali entrare in competizione, l’atmosfera era ricca di anidride carbonica e la luce molto più
intensa di quella filtrata dalle acque. C'erano, però, molti nuovi problemi da risolvere: l'aria non forniva alcun sostegno agli organismi e favoriva la perdita di acqua per evaporazione. Le prime piante che cercarono di adattarsi a queste difficili condizioni ambientali furono le briofite .
Le briofìte sono piante di piccole dimensioni, nelle quali si può distinguere una parte basale che si ancora al substrato, il rizoide, e una parte apicale fornita di numerose espansioni verdi. Il corpo è ancora a tallo, perché non sono presenti veri e propri tessuti.
Le briofite sono piante terrestri molto primitive, di piccole dimensioni e con corpo a tallo.
Il phylum delle briofite è suddiviso in due classi: i muschi e le epatiche. I muschi ricoprono i terreni nelle zone fresche e ombreggiate e le epatiche vivono in ambienti umidi 2
Sebbene rappresentino il primo tentativo delle piante di rendersi indipendenti dall’ambiente acquatico, le briofite dipendono ancora dall’acqua per riprodursi 3
3 Il ciclo vitale del muschio.
1. Sulle piante femminili si sviluppa lo sporofito che sorregge una capsula piena di spore.
capsula spore
2 Le epatiche possiedono espansioni simile a foglie.
2. Quando cadono sul terreno umido, le spore germinano e originano nuove piantine.
5. Dall’unione dei gameti si forma uno zigote, che darà origine a un nuovo sporofito.
sporofito
rizoide
gametofiti
3 PIANTE CON IL CORPO A CORMO
3. Le piantine di muschio, dette gametofiti, producono i gameti maschili e i gameti femminili in strutture particolari situate all’apice delle piante.
4. I gameti maschili raggiungono i gameti femminili.
Le briofite furono le prime piante a conquistare le terre emerse, ma riuscirono a occupare solo spazi ristretti vicini all’acqua. Per conquistare il resto degli ambienti terrestri, le piante hanno dovuto mettere in atto altre strategie, specialmente per trattenere l’acqua e farla arrivare a tutte le parti del corpo in modo più efficiente. A tale scopo, le cellule delle piante si sono via via specializzate, formando diversi tipi di tessuti per il sostegno, il rivestimento e il trasporto dei liquidi. In particolare, nelle piante terrestri si sono sviluppati i tessuti per il trasporto, chiamati tessuti vascolari.
Le piante con tessuti specializzati per il trasporto dei liquidi sono dette piante vascolari, o tracheofite
Che cosa succede se…
4 Classificazione generale delle piante.
Le tracheofite possiedono un corpo a cormo, cioè dotato di organi specializzati: le radici, per l’ancoraggio e l’assorbimento, il fusto, per il sostegno e il trasporto dei fluidi, le foglie, per la fotosintesi. Comprendono il phylum delle pteridofite e il phylum delle spermatofite, divise a loro volta in gimnosperme e angiosperme 4 .
BRIOFITE
6 Le pteridofite.
SPERMATOFITE ANGIOSPERME
4 LE PTERIDOFITE, LE PRIME PIANTE VASCOLARI
Le pteridofite furono le prime piante di una certa dimensione che riuscirono a conquistare le terre emerse grazie ai vasi conduttori di cui sono dotate. Hanno un fusto sotterraneo dal quale si sviluppano radici e foglie; sono piante primitive, perché dipendono ancora dall’acqua per la riproduzione, che avviene mediante spore 5
Sono pteridofite le felci, i licopodi e gli equiseti. Le felci vivono negli ambienti umidi e ombrosi. Le loro foglie, chiamate fronde, sono ampie e finemente suddivise 6 a . I licopodi possiedono foglie piccole, a forma di squame e disposte a spirale attorno al fusto 6 b . Gli equiseti, o “code di cavallo”, hanno foglie sottili disposte a raggiera ai nodi del fusto 6 c .
5 Il ciclo vitale della felce.
4. Dalla fusione dei gameti si forma uno zigote che darà origine a una nuova piantina (lo sporofito).
gamete femminile
1. Lo sporofito produce, sulla pagina inferiore delle foglie, dei corpuscoli tondi di colore giallo, i sori, all’interno dei quali maturano le spore.
sporofito
3. Il protallo è il gametofito e produce i gameti maschili e i gameti femminili.
spore sori
gameti maschili
protallo
gametofito
2. Le spore, germinando, originano una laminetta verde a forma di cuore, il protallo
5 LE SPERMATOFITE, LE PIANTE CON SEMI
Le spermatofite hanno la caratteristica di riprodursi attraverso i semi. Il seme è formato da un rivestimento rigido che protegge l’embrione della nuova piantina, insieme a una riserva di sostanze nutritive indispensabili per la sua sopravvivenza.
La particolare struttura del seme ha permesso alle spermatofite di diventare le piante più adatte alla vita sulla terraferma e di resistere alle condizioni ambientali più difficili, per esempio l’assenza di acqua.
Le spermatofite si dividono in due gruppi: le gimnosperme e le angiosperme.
• Il termine gimnosperma significa “pianta a semi nudi”: queste piante, infatti, non possiedono frutti che proteggono i semi, ma delle strutture legnose, chiamate pigne o coni, simili a fiori primitivi. Le squame che costituiscono i coni sostengono i semi senza racchiuderli al loro interno. Le gimnosperme più diffuse sono le conifere, come gli abeti, i pini, i larici e i cipressi.
• Il termine angiosperma significa “pianta con semi racchiusi”. Le angiosperme, infatti, producono semi racchiusi all’interno del frutto. Il seme ha origine dall’ovulo fecondato che si sviluppa nell’ovario, all’interno della struttura adibita alla riproduzione, il fiore
Tutte le angiosperme sono piante con fiori; comprendono non solo i vegetali con i fiori appariscenti, ma anche la maggior parte dei grandi alberi, tutte le piante da frutto, le verdure, le piante erbacee 7 .
Le angiosperme sono le piante più diffuse (oltre 250 000 specie) e sono presenti in quasi tutti gli ambienti della Terra.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. Il corpo a tallo è formato da tessuti specializzati.
2. Le briofite sono piante vascolari molto semplici.
3. Le pteridofite sono piante con fiori.
7 Angiosperme, piante di successo.
4. Le angiosperme sono piante di piccole dimensioni che vivono in ambienti molto umidi.
5. Le gimnosperme si riproducono grazie a strutture legnose detti coni o pigne.
6. Le pteridofite sono piante vascolari.
7. Le felci sono angiosperme.
VERSO LE COMPETENZE
Indica a quale phylum appartengono le piante rappresentate nelle immagini.
Il regno delle
visual ECO
LA DEFORESTAZIONE
la deforestazione è uno dei più gravi problemi ambientali della nostra epoca: il taglio massiccio di alberi, a un ritmo più veloce rispetto al tempo necessario perché le piante possano ricrescere, altera e, nei casi più gravi, distrugge, gli habitat delle piante e degli animali che vivono in quell’ecosistema.
In passato la deforestazione, o diboscamento 1 , è stata praticata per diversi motivi: ottenere legna da ardere o legname da costruzione, ricavare cellulosa, che è la materia prima con cui si produce la carta, creare nuovi terreni da destinare alle colture.
Oggi la deforestazione è praticata principalmente nei paesi in via di sviluppo, per rispondere alle richieste dei mercati dei paesi più ricchi come Europa e Stati Uniti, dove sono molto apprezzati i legni pregiati e alcuni prodotti agricoli come tè, caffè e cacao, coltivati nell’America del Sud, in Africa e in Asia. Questi prodotti rappresentano per le popolazioni locali un’importante fonte di reddito e per questo motivo, nelle aree a clima tropicale, le foreste spesso vengono bruciate: la cenere infatti è un buon fertilizzante per il suolo, ma l’effetto è solo temporaneo e dopo pochi anni il terreno viene abbandonato 2
A che cosa ci porterà tutto questo?
Le foreste hanno un ruolo biologico importantissimo per la vita sulla Terra: la composizione dell’aria e il clima dell’intero pianeta dipendono dalla loro salute. Modificare e ridurre la superficie coperta dalle foreste vuol dire creare uno squilibrio che coinvolge tutto il pianeta! Attraverso la fotosintesi le piante producono
1 Effetti della deforestazione nella foresta amazzonica.
2 Foto da satellite dello “Slash and Burn”, letteralmente “taglia e brucia”, metodo con cui viene diboscata la foresta amazzonica.
CAUSE DI IERI... E DI OGGI
LE CONSEGUENZE DELLA DEFORESTAZIONE
ossigeno e assorbono anidride carbonica, mantenendo l’equilibrio atmosferico tra questi due gas. Ogni albero produce in media 25 litri di ossigeno al giorno e questo spiega perché la foresta pluviale è spesso chiamata il “polmone del mondo”.
Anche il ciclo dell’acqua è controllato dalle foreste: attraverso la traspirazione, le piante immettono vapore acqueo, che condensa e forma le nuvole dalle quali si originano le precipitazioni 3 . Il taglio indiscriminato delle foreste distrugge questa “fabbrica delle nuvole” provocando cambiamenti nel clima e aumentando la concentrazione di anidride carbonica nell’aria.
La mancanza di copertura forestale lascia il suolo senza protezione e lo rende poco compatto; così, quando le piogge sono particolarmente intense, possono avvenire alluvioni, frane e smottamenti.
AFFRONTIAMO IL PROBLEMA TUTTI INSIEME
Durante la COP26 che si è tenuta nel 2022, è stata firmata dai rappresentanti di 110 paesi la Dichiarazione dei Leader di Glasgow sulle Foreste e l’Uso del Suolo. I paesi firmatari del documento si sono impegnati a fermare la deforestazione entro il 2030. Nella dichiarazione si legge: “Proteggere la nostra foresta non è solo una linea d’azione per affrontare il cambiamento climatico, ma anche per un futuro più prospero”. Per questi motivi i leader si
sono impegnati a rafforzare i loro sforzi per conservare le foreste e per accelerare gli interventi di ripristino di tutti gli ecosistemi terrestri, oltre che a facilitare le politiche di sviluppo economico e di commercio sostenibili, a livello internazionale e nazionale. La dichiarazione ha, inoltre, lo scopo di attuare politiche e programmi agricoli per ridurre la fame e favorire l’ambiente. Anche noi, ciascuno nella propria vita quotidiana, possiamo contribuire al raggiungimento di questi obiettivi, peraltro già presenti nel goal 13 dell’Agenda 2030.
Scegliamo prodotti con la certificazione FSC, Forest Stewardship Council 4 , che garantisce la provenienza di cellulosa da foreste e piantagioni autorizzate e controllate. Preferiamo i prodotti in carta riciclata, in modo da consumare meno carta ed aiutare le foreste a crescere.
Ma soprattutto raccontiamo a chi ci è vicino quello che abbiamo imparato sulle foreste. Si ama e si protegge più facilmente ciò che si conosce!
4 Logo FSC.
BOOK
PASQUA
3 Le foreste influenzano il clima.
3 LEZIONE LA RADICE E IL FUSTO
LAB STEM
FIORI CHE CAMBIANO COLORE
Acqua e sali minerali sono indispensabili per la vita delle piante. Dal suolo, questi composti devono percorrere le radici e il fusto, e raggiungere le foglie, che sono i “laboratori chimici” della pianta dove viene prodotto il nutrimento. Come riesce l’acqua a compiere il lungo percorso dalle radici alle foglie? Con questa semplice esperienza potrai renderti conto del passaggio di fluidi attraverso il corpo di una pianta vascolare.
MATERIALI
• forbici
• bottiglie di plastica
• coloranti alimentari di diversi colori
• fiori con petali bianchi
■ REALIZZA L’ESPERIMENTO
PROCEDIMENTO
1. Usa le forbici per tagliare la parte alta delle bottiglie di plastica, in modo da ottenere dei contenitori.
2. Riempi d’acqua i contenitori e versa in ciascuno qualche goccia dei diversi coloranti.
3. Con le forbici, taglia in diagonale i gambi dei fiori.
4. Disponi qualche fiore in ogni bottiglia e lascia che assorbano l’acqua per almeno 12 ore.
■ OSSERVA E RISPONDI
1. Come appaiono i petali dei fiori dopo 12 ore?
2. Che cosa è accaduto all’interno dei gambi dei fiori?
3. Come pensi che avvenga la risalita dei fluidi all’interno del fusto?
4. Scrivi la relazione dell’esperimento.
1 LA RADICE
In una pianta le strutture di sostegno sono due: la radice e il fusto
Le radici svolgono molteplici funzioni:
• fissano la pianta al suolo, impedendo che il vento, la pioggia o il suo stesso peso la abbattano;
• assorbono dal terreno l’acqua e i sali minerali che costituiscono la linfa grezza;
• in alcune piante accumulano delle sostanze di riserva, in particolare l’amido; sono radici di questo tipo le carote, le rape e i ravanelli.
La radice è l’organo che àncora la pianta al terreno, assorbe acqua e sali minerali indispensabili per la fotosintesi, accumula sostanze di riserva.
L’insieme di tutte le radici di una pianta forma il suo sistema radicale che può essere a fittone, fascicolato o avventizio. I sistemi radicali a fittone, come quello della pianta di carota, sono formati da una parte centrale grossa e robusta dalla quale si sviluppano piccole radici laterali 1 a . I sistemi radicali fascicolati, come quello della pianta del mais, sono formati da fasci di radici più o meno della stessa lunghezza 1 b . I sistemi radicali avventizi, come quelli dell’edera e di tutti i rampicanti che si accrescono attaccandosi ai muri e ad altre piante, si sviluppano alla base del fusto e lungo i rami 1 c . Nella maggior parte delle piante le radici si sviluppano sotto terra, ma esistono anche radici che emergono dal terreno per sostenere meglio il fusto.
1 Sistemi radicali a confronto.
2 LE PARTI DELLA RADICE
SI DICE CHE…
La mangrovia è un albero che cresce nei paesi tropicali
La mangrovia è una formazione vegetale formata da piante che crescono lungo le coste basse e sabbiose dei mari tropicali, nelle lagune salmastre e negli estuari costieri. Le mangrovie sono fondamentali per l’intero pianeta, perché sono in grado di assorbire l’anidride carbonica dall’atmosfera e di conservarla per secoli nel terreno umido. Studi recenti dimostrano che le mangrovie sono capaci di trattenere fino a 10 volte la quantità di anidride carbonica per ettaro rispetto alle foreste terrestri.
Nella foresta di mangrovie
Nella radice è possibile distinguere tre parti che svolgono diverse funzioni: l’apice radicale, la zona di assorbimento e la zona di accrescimento 2 .
linfa grezza
linfa elaborata
L’apice radicale è la parte finale, formata da cellule che si riproducono di continuo permettendo alla radice di penetrare nel terreno. È rivestito dalla cuffia, un cappuccio di cellule che produce sostanze lubrificanti e favorisce la penetrazione delle radici nel terreno.
pelo radicale
apice radicale
2 La struttura della radice.
zona di assorbimento
zona di accrescimento
cellule della cuffia
La zona di assorbimento è ricca di sottili prolungamenti, i peli radicali, che assorbono acqua e sali minerali. Queste sostanze costituiscono la linfa grezza e vengono convogliate verso il cilindro centrale dove si trovano i vasi conduttori.
La zona di accrescimento è formata da cellule generate nell’apice radicale che si sviluppano in lunghezza, facendo accrescere le radici.
3 Rappresentazione e foto al microscopio di una sezione trasversale di radice.
Se sezioniamo una radice, possiamo osservare i diversi tipi di tessuti che la formano 3 . All’esterno si trova l’epidermide, il tessuto di rivestimento dal quale si sviluppano i peli radicali; sotto l’epidermide c’è la corteccia, formata da diversi strati di cellule nelle quali si accumulano le sostanze di riserva. Nella parte più interna si trova il cilindro centrale formato dai vasi conduttori: i vasi legnosi e i vasi cribrosi.
• I vasi legnosi hanno il compito di trasportare l’acqua e i sali minerali, cioè la linfa grezza o linfa ascendente, dalle radici alle foglie. Essi sono formati da cellule morte, di forma cilindrica e vuote all’interno, disposte le une sopra le altre in modo da formare dei tubicini, di diametro inferiore al millimetro, che collegano le radici alle foglie.
• I vasi cribrosi trasportano le sostanze nutritive prodotte dalle foglie, cioè la linfa elaborata o linfa discendente, dall’alto verso il basso. Essi hanno un diametro che va dai 20 agli 80 µm; sono formati da cellule vive, disposte le une sopra le altre, che comunicano tra loro attraverso una parete bucherellata. È attraverso i forellini di questo “colino”, che la linfa elaborata scende nelle diverse parti della pianta, sino alle radici.
3 IL FUSTO
Il fusto ha la funzione di sorreggere il carico dei rami e delle foglie; inoltre trasporta la linfa grezza dalle radici alle foglie e la linfa elaborata dalle foglie alle diverse parti della pianta. I fusti possono essere pieni, come quelli degli alberi, cavi, come quelli del bambù e del grano, erbacei, cioè verdi e flessibili come gli steli e i gambi delle piante erbacee, legnosi, come quelli robusti ma privi di clorofilla verde che formano gli arbusti. Il fusto è composto da un asse principale, a forma di cono, che termina con la gemma apicale: è formata da cellule destinate a differenziarsi in tessuti adulti, che permettono la crescita del fusto in altezza. Il fusto presenta numerose altre zone di crescita in corrispondenza delle gemme laterali, da cui hanno origine nuovi rami, e delle gemme ascellari, da cui si sviluppano le foglie e i fiori 4
pelo radicale epidermide
vasi legnosi
corteccia
Le parti del fusto.
apicale
gemma ascellare
ramo laterale
gemma
In alcuni casi, il fusto si modifica e funziona da organo di riserva, diventando bulbo oppure tubero
Se sezioniamo trasversalmente il fusto di un albero possiamo distinguere diversi strati sovrapposti 5 .
La corteccia protegge il fusto dagli sbalzi di temperatura e dai parassiti. È formata dal sughero, un tessuto costituito da cellule morte e piene d’aria. L’epiderma è lo strato più esterno, formato da cellule impermeabili. Nei fusti legnosi è ispessito e costituisce la corteccia.
Il cambio divide il legno dal libro. Le cellule del cambio, dividendosi, producono nuovi vasi legnosi verso l’interno e nuovi vasi cribrosi verso l’esterno, determinando l’accrescimento in larghezza del fusto.
FISSA
5 Gli strati del fusto.
Il cilindro centrale è composto verso l’esterno dai vasi cribrosi e da cellule fibrose che costituiscono il libro, e verso l’interno dai vasi legnosi e da fibre di sostegno che formano il legno
Il midollo è formato da un tessuto che immagazzina le sostanze di riserva.
I CONTENUTI ESSENZIALI
Abbina i termini con la definizione corretta.
1 Radici
2 Peli radicali
3 Vasi legnosi
4 Fusto
5 Bulbo
a Ha la funzione di sorreggere il carico dei rami e delle foglie.
b Hanno il compito di trasportare la linfa grezza.
c Ancorano la pianta al suolo.
d Fusto trasformato in organo di riserva.
e Sottili prolungamenti nella zona di assorbimento.
1: 2: 3: 4: 5:
VERSO LE COMPETENZE
L’immagine rappresenta la sezione del tronco di una pianta: sono visibili degli anelli concentrici chiari e scuri. Anno dopo anno il tronco della pianta si è accresciuto in larghezza aggiungendo un anello chiaro (in primavera e in estate) e un anello scuro (in autunno e in inverno). Gli studiosi del clima utilizzano l’esame degli anelli dei tronchi per raccogliere informazioni sulle stagioni del passato. Ricerca in rete il significato dei termini dendrocronologia e dendroclimatologia e spiega con parole tue di che cosa si occupano queste due discipline.
midollo
legno
cambio
libro
corteccia
l a radIce e Il fusto
4 LEZIONE LA FOGLIA
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
A ogni albero la sua foglia
1. Quali sono i criteri di classificazione delle foglie?
2. Elenca tutte le forme che possono avere le foglie.
3. Pensa alle piante che conosci: che forma hanno le foglie?
4. Che cosa pensi che siano le nervature della foglia?
5. Ritieni possa esistere una relazione fra nervatura e forma della foglia?
6. Elenca i tipi di margini che possono avere le foglie.
COME È FATTA LA FOGLIA
picciolo a
nervature
lamina fogliare
La maggior parte delle foglie è piatta e sottile, in modo da poter esporre meglio alla luce del Sole i cloroplasti, gli organuli cellulari che compiono il processo di fotosintesi.
Le foglie sono gli organi della pianta in cui avvengono la fotosintesi, la traspirazione e la respirazione.
Osservando una foglia si può notare che essa è costituita da diversi elementi 1 a : il picciolo, un sottile cilindro che la sorregge e la inserisce nel ramo; al suo interno passano i vasi legnosi e i vasi cribrosi che provengono dal fusto. Alcune foglie sono prive di picciolo e si inseriscono direttamente sul fusto; la lamina fogliare, una superficie ampia e sottile; si distinguono due facce, la pagina superiore (di colore verde intenso) e la pagina inferiore (di colore più chiaro); le nervature , un insieme di sottili canali che percorrono tutta la foglia; sono le ramificazioni dei vasi legnosi e dei vasi cribrosi del fusto. A seconda dell’ambiente di vita, le piante hanno sviluppato particolari adattamenti che si possono osservare anche nella struttura delle loro foglie.
Per esempio, la pianta acquatica Victoria amazonica possiede foglie enormi che possono raggiungere i 3 m di diametro. La pagina inferiore è ricoperta di spine che difendono la pianta dai pesci, mentre la fitta e robusta rete di nervature consente di accumulare aria e mantenere a galla le grandi foglie 1 b
I REGNI DEI FUNGHI E DELLE PIANTE
L’epidermide superiore riveste e protegge la foglia. L’ampia superficie favorisce il processo di fotosintesi, ma aumenta la perdita di acqua per evaporazione. Per questa ragione l’epidermide è coperta a sua volta da una cuticola cerosa che la rende impermeabile.
Se esaminiamo al microscopio la sezione di una lamina fogliare possiamo individuare diversi strati di cellule: l’epidermide superiore, il tessuto a palizzata, il tessuto lacunoso e l’epidermide inferiore 2 .
nervatura
L’epidermide inferiore è provvista di piccole aperture, gli stomi, attraverso i quali passano l’anidride carbonica, l’ossigeno e il vapore acqueo. Gli stomi si possono aprire o chiudere secondo le condizioni atmosferiche e le necessità della pianta, regolando così gli scambi gassosi tra la foglia e l’ambiente esterno.
2 LA FOTOSINTESI
Dentro la foglia.
epidermide superiore
epidermide inferiore
tessuto a palizzata
tessuto lacunoso
La parte interna della foglia è costituita da due strati di tessuti: il tessuto a palizzata, a contatto con la pagina superiore, è formato da cellule allungate e ricche di cloroplasti; il tessuto lacunoso, a contatto con la pagina inferiore, è costituito da cellule di forma irregolare e con spazi vuoti in cui circola l’aria.
La foglia funziona come un “laboratorio” nel quale viene pro dotto il nutrimento della pianta, utilizzando come energia la luce del Sole, e come materie prime l’acqua e l’anidride car bonica. La pianta assorbe l’acqua del terreno grazie alle ra dici e introduce l’anidride carbonica dell’aria attraverso gli stomi 3
La fotosintesi è l’insieme delle reazioni che portano l’anidride carbonica e l’acqua a combinarsi tra loro per formare molecole di glucosio e ossigeno.
stomi
luce ossigeno
anidride carbonica linfa elaborata
acqua e sali minerali
linfa grezza
3 La fotosintesi.
4
Cloroplasti nelle cellule vegetali.
Questo processo avviene nei cloroplasti, che sono ricchi di clorofilla, un pigmento verde che cattura l’energia del Sole, indispensabile per dare l’avvio alla reazione 4
La fotosintesi si compone di diverse reazioni chimiche che sono raggruppate in due fasi:
• la prima è chiamata fase luminosa perché richiede la presenza della luce solare;
• la seconda è chiamata fase oscura perché può svolgersi anche senza la luce.
Durante la fase luminosa la pianta cattura l’energia luminosa del Sole grazie alla clorofilla e la utilizza per scindere le molecole di acqua in idrogeno e ossigeno. L’ossigeno esce dalla foglia e si libera nell’atmosfera.
Durante la fase oscura l’idrogeno si combina con l’anidride carbonica per formare glucosio, una sostanza che è la base del nutrimento della piante 5 . Il glucosio entra a far parte della linfa elaborata ed è trasportato a tutte le cellule della pianta.
Il glucosio è formato da 6 atomi di carbonio, 12 atomi di idrogeno e 6 atomi di ossigeno; la sua formula è C6H12O6. Per formare una molecola di glucosio sono necessarie 6 molecole di acqua (H2O) e 6 di anidride carbonica (CO2).
5 Schema della reazione della fotosintesi.
La fotosintesi
3 FOTOSINTESI E RESPIRAZIONE, DUE PROCESSI TRA LORO DIPENDENTI
Le piante, come tutti gli organismi viventi, respirano perché hanno bisogno di energia per il funzionamento delle proprie cellule.
La respirazione è il processo opposto a quello della fotosintesi: mentre la fotosintesi richiede energia per attivarsi, la respirazione è un processo che libera energia 6
La respirazione è l’insieme delle reazioni che portano il glucosio a combinarsi con l’ossigeno, formando acqua e anidride carbonica e liberando energia.
6 Schema della reazione della respirazione.
SKILL BOOK
LAB STEAM
LA STAMPA SOLARE
La respirazione avviene in tutte le cellule vive della pianta (in quelle delle foglie, del fusto e delle radici), perché tutte le cellule hanno bisogno di energia per compiere le loro funzioni, riprodursi e accrescersi. Nelle foglie gli scambi dei gas coinvolti nella respirazione avvengono attraverso gli stomi; nelle radici e nei fusti attraverso le lenticelle, piccole aperture presenti sull’epidermide di questi due organi. Durante le ore di luce, i processi di fotosintesi e di respirazione avvengono contemporaneamente nella cellula, anche se prevale la fotosintesi; durante la notte invece prevale la respirazione.
4 LA TRASPIRAZIONE
Le piante assorbono dal terreno grandi quantità d’acqua ma solo l’1-2% viene utilizzata nella fotosintesi: il resto è in eccesso e viene eliminato nell’aria, sotto forma di vapore acqueo, attraverso gli stomi delle foglie, il fusto e le radici. Questo processo, detto traspirazione, può variare d’intensità a seconda delle condizioni ambientali. Gli stomi si aprono e si chiudono grazie alle cellule che li delimitano, le cellule di guardia. Quando la temperatura aumenta, le cellule di guardia si riempiono d’acqua e lo stoma si apre per aumentare la traspirazione. È quello che avviene nei climi caldo-umidi, dove le foreste traspirano giornalmente enormi quantità d’acqua sotto forma di vapore. Quando, invece, l’aria è secca, le cellule di guardia sono povere d’acqua, si afflosciano e chiudono gli stomi, impedendo la traspirazione e permettendo alla pianta di trattenere l’acqua all’interno della foglia 7
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Segna con una crocetta se è vero (V) o falso (F).
1. All’interno del picciolo si trovano solo vasi legnosi.
2. La cuticola rende la foglia impermeabile.
3. Gli stomi si trovano sull’epidermide superiore.
4. La fotosintesi produce glucosio e libera ossigeno.
5. Le cellule di guardia regolano l’apertura e la chiusura degli stomi.
VERSO LE COMPETENZE
Esegui l’esperimento.
Materiali
� due piante da appartamento o da orto
� due sacchetti di plastica trasparente e due elastici
Esecuzione
1. Ricopri ogni pianta con un sacchetto di plastica trasparente.
2. Avvolgi bene tutte le foglie e usa l’elastico per chiudere il sacchetto nella parte inferiore.
3. Dopo qualche ora controlla che cosa è successo.
Osserva e rispondi.
4. Che cosa osservi sulla superficie interna dei sacchetti?
5. Quale processo è avvenuto nelle foglie delle piante?
7 La regolazione degli stomi.
di guardia
stoma chiuso stoma aperto
6. Pensi che la temperatura dell’ambiente abbia qualche relazione con il fenomeno che osservi?
7. Noti qualche differenza nei processi avvenuti nelle due piante?
cellule
SKILL BOOK
SCIENZE
5 LEZIONE FIORI , FRUTTI E SEMI
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
Tecniche di riproduzione
1. Che cos’è la riproduzione vegetativa?
2. Quali tecniche sono state sviluppate per far riprodurre alcune piante in modo efficiente?
3. Quale tecnica utilizzeresti per far riprodurre un geranio e avere di anno in anno un balcone sempre più fiorito?
ORA FERMA L’IMMAGINE!
Metti in pausa il video nei seguenti punti.
4. Indica per ciascuna pianta la tecnica usata per la riproduzione.
Polloni di tiglio.
2 Riproduzione vegetativa della fragola.
1 LA RIPRODUZIONE DELLE PIANTE
Le piante possono riprodursi in due diversi modi: per riproduzione asessuata e per riproduzione sessuata.
• Nella riproduzione asessuata, detta anche riproduzione vegetativa, nuove piante si originano da alcune parti della “pianta madre”.
• Nella riproduzione sessuata avviene la fusione di due gameti, le cellule specializzate per la riproduzione; i gameti sono prodotti nel fiore.
Molte piante sono in grado di riprodursi in entrambi i modi: il tiglio, per esempio, è una pianta con fiori che produce semi dai quali si sviluppano nuove piante, ma i nuovi germogli che spuntano ai piedi dell’albero in primavera, i polloni, si generano direttamente dal fusto e dalle radici per riproduzione vegetativa 1
2 LA RIPRODUZIONE VEGETATIVA
Nella riproduzione vegetativa, cellule non specializzate per la riproduzione si dividono ripetutamente, dando origine a una nuova pianta identica a quella di partenza. I nuovi organismi possono originarsi da parti diverse della pianta. La fragola, per esempio, produce rami lunghi e sottili, gli stoloni, che nascono alla base del fusto; da ciascuno dei nodi dello stolone si sviluppano radici e gemme, che danno origine a nuove piantine che in seguito si staccano dalla pianta madre 2 .
stolone
Alcune specie di piante possiedono un rizoma, un fusto sotterraneo nel quale accumulano sostanze di riserva per sopravvivere durante la stagione invernale; i rizomi più gonfi e carnosi prendono il nome di tuberi
Dai rizomi e dai tuberi, come quelli della patata e del topinambur, si sviluppano nuove pianticelle che crescono utilizzando le sostanze immagazzinate, soprattutto amido. Lo stesso avviene per i bulbi, che sono grosse gemme sotterranee ricoperte da foglie molto spesse, nelle quali la pianta accumula sostanze nutritive. L’aglio e la cipolla sono esempi di bulbi commestibili.
3 IL FIORE
Il fiore è la struttura della pianta specializzata per la riproduzione sessuata. Contiene gli stami, gli organi riproduttivi maschili che producono il polline, e i pistilli, gli organi riproduttivi femminili che producono gli ovuli
I fiori unisessuali, come quelli del salice, hanno solo stami (fiori maschili) 3 a oppure solo pistilli (fiori femminili) 3 b ; i fiori ermafroditi, come quelli del castagno, invece possiedono sia stami sia pistilli 3 c In natura esistono fiori di ogni forma, colore e dimensione; piccoli e poco appariscenti oppure grandi e profumati. Tuttavia, malgrado queste diversità, la struttura di base del fiore si ripete sempre uguale 4
3 Fiori unisessuali e fiori ermafroditi.
4 Le parti del fiore. b c
La corolla, protetta dal calice, è formata da foglie colorate che costituiscono i petali.
petali
stimma
stilo
antera
Il pistillo è l’organo riproduttore femminile. È costituito dall’ovario che contiene gli ovuli, dallo stilo che sporge verso l’alto e dallo stimma che accoglie i granuli di polline. Ogni ovulo contiene un gamete femminile.
ovario con ovuli
Il peduncolo è il gambo verde che collega il fiore alla pianta. Il peduncolo si allarga alla sommità formando il ricettacolo, dove si inseriscono le varie parti del fiore.
Gli stami formano l’organo riproduttore maschile. Sono lunghi filamenti al cui apice si trova un sacchettino, l’antera, che contiene i granuli di polline; all’interno del polline si trovano i gameti maschili
Il calice è composto dai sepali, foglioline verdi che racchiudono il fiore quando è in boccio e lo proteggono.
stame
sepali
filamento
peduncolo
5 Impollinazione anemofila ed entomofila.
4 L’IMPOLLINAZIONE E LA FECONDAZIONE
La prima tappa del processo di riproduzione sessuata è l’impollinazione.
L’impollinazione è il trasporto del polline dall’antera allo stimma di un fiore della stessa specie.
Questo trasporto può avvenire a opera del vento (impollinazione anemofila), dell’acqua (impollinazione idrofila), degli insetti (impollinazione entomofila) o di altri animali (impollinazione zoofila). Le piante a impollinazione anemofila possiedono fiori poco appariscenti e producono granuli di polline piccoli e numerosi 5 a .
Le piante a impollinazione entomofila possiedono fiori colorati e spesso profumati. Possiedono un liquido zuccherino, il nettare, per attirare gli insetti. L’animale si sporca il corpo di polline e in seguito lo trasporta su altri fiori della stessa specie, impollinandoli 5 b
Giunto allo stimma, il granulo di polline emette il tubetto pollinico, che penetra nello stilo fino a raggiungere un ovulo e a fondersi con esso: è avvenuta la fecondazione 6 .
La fecondazione è la fusione del gamete maschile con il gamete femminile.
Da questa fusione si forma una cellula, lo zigote, che inizia a dividersi per mitosi dando origine all’embrione. Poco dopo i sepali e i petali seccano e si staccano, mentre le pareti dell’ovario si ispessiscono e s’ingrossano trasformandosi in frutto. All’interno del frutto sono racchiusi e protetti i semi che contengono l’embrione.
Il seme è la struttura protettiva che contiene l’embrione della pianta.
6 La fecondazione.
stimma
granulo di polline
In genere i semi sono piuttosto secchi perché durante la loro maturazione si disidratano, cioè perdono acqua. Sono avvolti esternamente da un involucro sottile, protettivo, chiamato tegumento; al loro interno si trova l’embrione, costituito dalle strutture in miniatura che formeranno l’individuo adulto: i cotiledoni, che contengono le sostanze nutritive che alimenteranno l’embrione, un fusticino e una radichetta 7 . Protetti all’interno dei semi, gli embrioni possono interrompere il loro sviluppo anche per lunghissimi periodi, in modo da affrontare e superare condizioni ambientali avverse. I semi possono contenere un solo cotiledone oppure due: questa caratteristica permette di distinguere le monocotiledoni dalle dicotiledoni. Sono monocotiledoni le piante erbacee, i cereali e molte piante ornamentali, come i gigli e le orchidee; le dicotiledoni invece comprendono la maggior parte delle piante con i fiori.
7 Le parti del seme.
tubetto pollinico
zigote
fusticino
radichetta
cotiledone
5 LA DISSEMINAZIONE E LA GERMINAZIONE
I frutti permettono la disseminazione, cioè la diffusione dei semi lontano dalla “pianta madre”.
La disseminazione può avvenire grazie al vento, all’acqua e agli animali: lo scopo è che le nuove piantine si possano sviluppare senza entrare in competizione con la pianta madre per la luce, l’acqua e i sali minerali.
Quando i semi trovano le condizioni adatte di temperatura e umidità, inizia la fase della germinazione.
Il tegumento che riveste il seme si lacera e da esso fuoriesce una radichetta principale, che si allunga nel terreno alla ricerca di acqua e sali minerali.
Il fusticino spunta dal terreno e si sviluppano le prime foglie 8 .
Con la germinazione dall’embrione si sviluppa una nuova pianta.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
8 La germinazione.
Sottolinea il termine corretto tra i due proposti.
1. La riproduzione vegetativa è un tipo di riproduzione asessuata/sessuata
2. Il pistillo è l’organo riproduttivo maschile/femminile.
3. Il calice è composto dai sepali/petali.
4. I semi sono avvolti da un involucro protettivo detto embrione/tegumento
5. La disseminazione avviene tramite i frutti/le radici.
VERSO LE COMPETENZE
I disegni mostrano i gradi di simmetria che possono presentare i fiori in base alla loro corolla.
Ricerca in rete la foto dei fiori indicati in tabella.
Completa la tabella inserendo il tipo di corolla di ciascun fiore.
fiore piani di simmetria tipo di corolla
Lilium candidum 3 + 3 piani
Helleborus niger 5 piani
Dictamnus albus 0 piani
Eruca vesicaria 2 + 2 piani
Anemone nemorosa 6 piani
Viola calcarata 1 piano
Delphinium pictum 0 piani
Ophrys 1 piano
corolla attinomorfa (2 o più piani di simmetria)
corolla zigomorfa (un solo piano di simmetria)
corolla asimmetrica (nessun piano di simmetria)
corolla attinomorfa (2 o più piani di simmetria)
corolla zigomorfa (un solo piano di simmetria)
corolla asimmetrica (nessun piano di simmetria)
corolla zigomorfa piano di simmetria)
corolla asimmetrica (nessun piano di simmetria)
RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI
CON LA MAPPA
1 Completa la mappa con le parole chiave mancanti.
4. tessuti specializzati quando non possiedono quando possiedono organi specializzati
come
si possono riprodurre per
10. riproduzione
11. riproduzione sessuata
che prevede la fusione di
12. maschili e femminili
contenuti in strutture all’interno del
2 Inserisci accanto a ogni definizione il numero che corrisponde alla parola chiave usata nella mappa.
a. Svolge la funzione di sostegno della pianta.
b. È composto da petali, sepali, peduncolo, stami e pistilli.
c. Dà origine a nuove piantine a partire da cellule specializzate per la riproduzione.
d. Sono piante dotate di tessuti vascolari.
3. cormo
5. muschi
8. fusto 2.
1. LE PIANTE
6.
CON LA SINTESI
1 LEZIONE IL REGNO DEI FUNGHI
I funghi sono organismi eterotrofi, unicellulari e pluricellulari e si classificano in base alle modalità con cui si nutrono.
I funghi saprofiti ricavano sostanze nutritive dalla decomposizione di resti vegetali; i funghi parassiti, si nutrono del materiale contenuto in altre cellule; i funghi simbionti vivono in associazione con altri organismi.
I funghi a cappello sono formati da cellule non differenziate tenute insieme da sottili filamenti, le ife, che penetrano nel terreno formando il micelio, l’organo che assorbe le sostanze nutritive. La parte che spunta dal terreno è il corpo fruttifero formato da un gambo e da un cappello, l’organo riproduttore dove maturano le spore. Le muffe sono funghi pluricellulari parassiti dalle dimensioni microscopiche. I lieviti sono funghi unicellulari che vivono grazie alla fermentazione; sono usati nella lievitazione del pane e nella produzione di vino e birra.
2 LEZIONE IL REGNO DELLE PIANTE
Le piante sono organismi pluricellulari autotrofi.
Le prime piante che si sono adattate a vivere sulla terraferma sono state le briofite. Sono briofite i muschi e le epatiche, che hanno il corpo a tallo, cioè privo di tessuti specializzati, e vivono in ambienti umidi.
Le piante vascolari, o tracheofite, possiedono un corpo a cormo, con tessuti e organi specializzati: le radici per l’assorbimento, il fusto per il sostegno e per il trasporto dei liquidi e le foglie per la fotosintesi.
Le tracheofite comprendono le pteridofite e le spermatofite, che sono divise in gimnosperme e angiosperme
Le gimnosperme proteggono i semi all’interno delle pigne.
Le angiosperme, le piante con fiori, proteggono i semi all’interno del frutto.
3 LEZIONE LA RADICE E IL FUSTO
La radice è l’organo che ancora la pianta al terreno e assorbe acqua e sali minerali indispensabili per la fotosintesi.
Nella radice si distinguono l’apice radicale, dove le cellule si riproducono continuamente, la zona di accrescimento, che fa allungare le radici, e la zona di assorbimento ricca di peli radicali.
La radice è formata dal tessuto di rivestimento, l’epidermide, dalla corteccia e dal cilindro centrale, dove si trovano i vasi conduttori che trasportano la linfa grezza, dalle radici alle foglie, e la linfa elaborata, dalle foglie alle radici. Il fusto sorregge i rami e le foglie e contiene i vasi di trasporto. I fusti possono essere pieni, come quelli degli alberi, cavi, come quelli del bambù, erbacei, come gli steli dell’erba, legnosi, come quelli degli arbusti. In alcuni casi il fusto si modifica e funziona da organo di riserva, diventando bulbo o tubero.
4 LEZIONE LA FOGLIA
La foglia è costituita dal picciolo, che la sorregge e la inserisce nel ramo, e dalla lamina fogliare, che è attraversata dalle nervature, le ramificazioni dei vasi conduttori che provengono dal fusto. Nelle foglie avvengono i processi di fotosintesi, traspirazione e respirazione. La fotosintesi è l’insieme delle reazioni che trasformano l’anidride carbonica e l’acqua in molecole di glucosio e ossigeno. Questo processo avviene nei cloroplasti che contengono la clorofilla, il pigmento verde che cattura l’energia del Sole e attiva la reazione. Il glucosio prodotto entra a far parte della linfa elaborata e l’ossigeno esce dalla foglia attraverso gli stomi
La respirazione, che avviene in tutte le cellule della pianta, trasforma il glucosio e l’ossigeno in acqua e anidride carbonica e libera energia.
La traspirazione è il processo con cui le piante eliminano l’acqua non utilizzata per la fotosintesi sotto forma di vapore acqueo.
5 LEZIONE FIORI, FRUTTI E SEMI
Le piante possono riprodursi per riproduzione vegetativa, o asessuata, quando le nuove piantine si originano dai fusti o dalle radici della pianta madre, o per riproduzione sessuata, quando le nuove piantine si originano dalla fusione di due gameti Il fiore è la struttura specializzata per la riproduzione sessuata: contiene gli organi riproduttori maschili, gli stami, che producono il polline, e gli organi riproduttori femminili, i pistilli, che producono gli ovuli. Quando il polline raggiunge gli ovuli avviene la fecondazione e il fiore si trasforma in un frutto che contiene i semi. Il seme è la struttura protettiva che contiene l’embrione della nuova pianta. Quando le condizioni ambientali sono adatte inizia la germinazione del seme.
LEZIONE IL REGNO DEI FUNGHI
1
1 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. Il regno dei funghi comprende organismi unicellulari e pluricellulari.
b. I licheni sono un’associazione tra un fungo e un alga.
c. Le ife sono formate da cellule disposte una dopo l’altra in sottili filamenti.
d. Le muffe sono funghi unicellulari parassiti.
e. Al gruppo dei basidiomiceti appartengono i funghi commestibili.
2 Scegli la soluzione corretta.
a. I funghi parassiti:
1 sono unicellulari.
2 vivono in stretta relazione simbiotica con gli alberi.
3 si nutrono esclusivamente del materiale contenuto in cellule di altri organismi vivi.
4 sono una simbiosi tra un fungo e un’alga.
b. I funghi a cappello si riproducono tramite:
1 le spore.
2 i fiori.
3 il micelio.
4 le ife.
3 Osserva il disegno e inserisci accanto a ogni termine il numero corrispondente.
4 Completa le frasi con i termini corretti.
a. Le ife delle muffe terminano con una struttura detta , nella quale si sviluppano le spore.
b. Nel gruppo dei basidiomiceti le spore sono prodotte all’interno dei .
2 LEZIONE IL REGNO DELLE PIANTE
5 Abbina i termini con la definizione corretta.
1. Corpo a tallo
2. Corpo a cormo
3. Briofite
4. Pteridofite
a Piante di piccole dimensioni che vivono in ambienti molto umidi.
b Piante vascolari molto semplici.
c Corpo delle piante privo di tessuti specializzati.
d Corpo delle piante dotato di organi specializzati.
1. 2. 3. 4.
6 Sottolinea il termine corretto tra i due proposti.
a. Il corpo a tallo è tipico delle briofite/angiosperme.
b. I licopodi appartengono al phylum delle pteridofite/spermatofite.
c. Le gimnosperme si riproducono tramite spore/fiori
7 Completa le frasi con i termini corretti.
a. Le furono le prime piante di una certa dimensione che riuscirono a conquistare le emerse grazie ai di cui sono dotate.
Gambo Cappello Ife Spore Corpo fruttifero Micelio
b. Tutte le sono piante con fiori; comprendono non solo i vegetali con i fiori appariscenti, ma anche la maggior parte dei grandi , tutte le piante da frutto, le verdure, le piante .
3
LEZIONE LA RADICE E IL FUSTO
8 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. La pianta assorbe acqua dal terreno grazie alle radici.
b. Le piante rampicanti hanno sistemi radicali a fittone.
c. L’apice radicale è rivestito da una struttura detta cuffia.
d. I vasi cribrosi trasportano la linfa grezza.
e. I fusti delle piante possono essere cavi.
9 Scegli la soluzione corretta.
a. Quale delle seguenti funzioni non è svolta dalle radici?
1 Fissano la pianta al suolo, impedendo che il vento, la pioggia o il suo stesso peso la abbattano.
2 Assorbono dal terreno l’acqua e i sali minerali che costituiscono la linfa grezza.
3 Possono accumulare sostanze di riserva come l’amido.
4 Trasportano la linfa elaborata.
b. L’insieme di tutte la radici di una pianta forma:
1 il pollone.
2 il sistema radicale.
3 l’apice radicale.
4 la zona di assorbimento.
4 LEZIONE LA FOGLIA
10 Osserva il disegno e inserisci il numero corrispondente alle molecole coinvolte nella reazione.
11 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. Nelle foglie avviene solo la reazione di fotosintesi.
b. La lamina fogliare presenta la pagina superiore e la pagina inferiore.
c. Gli stomi sono posizionati nella pagina superiore.
d. Le cellule di guardia aprono e chiudono gli stomi.
e. Il tessuto lacunoso è ricco di cloroplasti.
f. Le nervature della foglia sono le ramificazioni dei vasi cribrosi e legnosi.
5 LEZIONE
FIORI,
FRUTTI E SEMI
12 Abbina i termini con la definizione corretta.
1. Riproduzione vegetativa
2. Polline
3. Frutto
4. Seme
5. Cotiledoni
a È prodotto dagli organi riproduttori maschili.
b Contengono le sostanze nutritive che alimentano l’embrione.
c Tipo di riproduzione asessuata.
d Organo derivato dalle pareti dell’ovario.
e Struttura protettiva che contiene l’embrione della pianta.
1. 2. 3. 4. 5.
13 Scegli la soluzione corretta.
a. L’impollinazione per mezzo del vento è detta impollinazione: 1 entomofila. 2 idrofila. 3 anemofila. 4 zoofila.
Glucosio
Acqua
Ossigeno
b. La diffusione dei semi lontano dalla pianta si chiama: 1 disseminazione. 2 fecondazione. 3 impollinazione. 4 germinazione.
INTERPRETARE E COMMENTARE UN MODELLO
1 Attribuisci il titolo alle immagini che mostrano diversi tipi di funghi.
Rispondi alle domande.
a. Come ricavano le sostanze nutritive i funghi del gruppo a?
RIFLETTERE E SPIEGARE
2 Osserva l’immagine e rispondi alle domande.
a. Il corpo della pianta di carota è a tallo o a cormo?
b. A quale gruppo di piante appartiene la carota?
c. La carota è un ortaggio: quale parte delle piante è commestibile?
d. Descrivi le caratteristiche della parte della pianta rappresentata nella fotografia.
3 Elenca quali vantaggi hanno avuto le piante nella conquista della terraferma:
a.
b.
c.
4 Osserva l’immagine e rispondi alle domande.
a. Che cosa passa nei vasi cribrosi? Da dove proviene?
b. Che cosa passa nei vasi legnosi? Da dove proviene?
b. Come ricavano le sostanze nutritive i funghi del gruppo b? Perché sono considerati benefici per gli alberi?
c. Quali sono le differenze tra corteccia e epidermide?
c. Spiega che cosa sono le ife.
5 Osserva il disegno e metti in sequenza le fasi del processo di fotosintesi a partire da quello che accade a livello delle radici.
INTERPRETARE E TRARRE INFORMAZIONI DA UN TESTO
6 Leggi il brano.
FRUTTI VERI E FRUTTI FALSI
Si fa presto a dire frutti, ma di frutti ce ne sono di tanti tipi! I frutti veri sono quelli che si formano grazie allo sviluppo dell’ovario, mentre i frutti falsi derivano dall’ingrossamento anche di altri organi del fiore.
I frutti vengono classificati in: frutti veri carnosi, frutti veri secchi, frutti falsi.
I frutti veri carnosi sono in genere dolci e succulenti, fatti apposta per essere un alimento prelibato per gli animali che, mangiandoli, digerendoli e disperdendo i semi con le feci, favoriscono la disseminazione. Sono frutti di questo tipo l’uva, la pesca e il melone.
I frutti veri secchi hanno una polpa piuttosto dura e oleosa e sono meno appetitosi per gli animali; per questo le piante che li producono hanno escogitato altri sistemi di disseminazione, per esempio il vento. Sono frutti di questo il grano, il fagiolo e il nocciolo.
La linfa ricca di glucosio è trasportata verso tutte le parti della pianta.
Le radici assorbono dal terreno acqua e sali minerali.
All’interno delle foglie avviene la produzione di glucosio a partire da acqua e anidride carbonica.
d. La linfa ricca di acqua e sali minerali risale dalle radici a tutte le parti della pianta.
e. L’ossigeno gassoso fuoriesce dagli stomi delle foglie.
f. La luce solare fornisce l’energia per attivare la reazione di fotosintesi. Spiega con le tue parole come avviene il processo di fotosintesi.
Sembra strano, ma mele, pere e fichi, che normalmente compaiono sulle nostre tavole, non sono veri frutti! Ad esempio nella mela e nella pera il vero frutto è il torsolo; nel fico i veri frutti sono i semini; nella fragola i veri frutti sono i semini gialli sulla superficie.
(Tratto e adattato da wwf.it)
Rispondi alle domande e svolgi le attività proposte, da solo o in gruppo con i tuoi compagni.
a. Come si formano i frutti veri secchi? Che cosa li distingue da quelli veri carnosi?
b. A quale categoria di frutti appartengono quelli che consumiamo più frequentemente?
c. Quali parti della fragola e del fico sono i veri frutti?
DIGITAL SKILLS
I frutti veri carnosi sono divisi in bacche, drupe e peponidi: ricerca in rete il significano di questi termini e le categorie usate per classificare i frutti veri secchi e i falsi frutti. Costruisci un’animazione sull’argomento in coding con Scratch o altri programmi.
luce
ossigeno
anidride carbonica
linfa elaborata
acqua e sali minerali
linfa grezza
THE QUALITIES OF MUSHROOMS
Engineers, medical researchers, and designers are utilizing the natural abilities of various fungi for antibiotics, building materials, water filtration, toxic waste cleanup, textiles, and other purposes. Researchers keep discovering surprising ways fungi boost human health
A recent study showing that two common antioxidants in some mushrooms have the potential to help ward off diseases that come with aging, such as heart disease and Alzheimer’s.
Some species are famous for their hallucinogenic properties. Others not only are appreciated by chefs but also show therapeutic value. Perhaps in the future, superfoods won’t be just plants but also fungi.
COMPREHENSION EXERCISES
Answer the following questions.
a. Why are fungi so important?
b. For which diseases can fungi be uesd?
c. Complete the picture with the following words. cap ● fruiting body ● hyphae ● mycelium ● stem
Funghi in un bosco.
BOST HUMAN HEALT migliorare la salute umana ANTIOXIDANTS antiossidanti WARD OFF allontanare lossario
La “transizione ecologica” interessa anche l’agricoltura. Il modello convenzionale di agricoltura prevede l’uso di macchine agricole e l’impiego di fertilizzanti, diserbanti e antiparassitari prodotti nei laboratori chimici con lo scopo di coltivare velocemente grandi quantità di piante destinate direttamente all’alimentazione umana o all’allevamento del bestiame. Questo tipo di agricoltura altera in maniera grave gli ecosistemi naturali, rendendo i terreni agricoli sempre meno fertili e produttivi. Accanto a questo modo di coltivare oggi esistono l’agricoltura biologica e l’agricoltura integrata, che hanno come scopo il miglioramento della qualità della produzione agricola avendo cura degli equilibri degli ecosistemi, anzi partendo da essi. Infatti l’impiego di insetti antagonisti è un esempio di sistema ecologico impiegato in questi tipi di agricoltura. L’introduzione controllata negli spazi coltivati di coccinelle, vespe e persino formiche, che si nutrono di specifici parassiti, permette di ridurre l’uso dei pesticidi e di proteggere gli insetti impollinatori, come api, bombi e farfalle, che hanno una funzione insostituibile all’interno degli ecosistemi.
Parole per capire
Agricoltura biologica • Metodo di coltivazione che riduce lo sfruttamento eccessivo del suolo, dell’acqua e dell’aria, ammette solo l’impiego di sostanze naturali ed esclude l’utilizzo di concimi, diserbanti e insetticidi di sintesi chimica.
Agricoltura integrata • Forma di agricoltura intermedia tra l’agricoltura convenzionale e quella biologica. Prevede la riduzione per almeno il 50% di pesticidi, insetticidi ed erbicidi a favore di metodi naturali.
Insetti impollinatori • Tutti gli insetti che trasportano polline sul loro corpo garantendo l’impollinazione delle angiosperme.
Casa Editrice G. Principato
1 LEZIONE SOSTEGNO , MOVIMENTO , RISPOSTA AGLI STIMOLI
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
L’evoluzione degli animali
1. Quali sono le caratteristiche tipiche degli animali?
2. Quali sono i due grandi gruppi in cui sono suddivisi gli animali?
3. In quale ambiente sono comparsi i primi animali?
4. Per quale motivo si sono sviluppati gli organi di senso, il sistema nervoso e gli organi di movimento?
Metti in pausa il video nel seguente punto.
5. Scrivi un breve testo che descriva la figura e spieghi il significato dei termini riportati nel disegno.
1 CHE COS’È UN ANIMALE
Il regno degli animali comprende organismi formati da numerose cellule eucariote. A differenza degli organismi coloniali, le cellule degli animali sono specializzate a compiere diverse funzioni e sono organizzate in tessuti e organi. Grazie a questa specializzazione, nel corso dell’evoluzione il corpo degli animali si è adattato alle più diverse condizioni ambientali, prima nell’acqua e in seguito sulle terre emerse.
Gli animali sono organismi pluricellulari eucarioti; sono tutti eterotrofi e per questa ragione dipendono dagli organismi autotrofi.
apparato/sistema funzione
Sistema scheletrico, sistema muscolare Sostegno e movimento
Apparato digerente Nutrizione e digestione
Apparato respiratorio Scambio dei gas respiratori
Apparato circolatorio Trasporto dei gas, delle sostanze nutritive e di scarto
Apparato escretore Eliminazione dei rifiuti
Apparato riproduttore Riproduzione
Sistema nervoso Sensibilità e coordinamento
Nella maggior parte degli animali, oltre a tessuti e organi specializzati, sono presenti anche sistemi e apparati con compiti specifici 1 Tab.
Gli animali sono suddivisi in due grandi gruppi: gli invertebrati, ovvero tutti gli animali senza colonna vertebrale, e i vertebrati, che hanno una colonna vertebrale.
2 LA SIMMETRIA
Un’importante conseguenza degli adattamenti degli animali ai diversi ambienti è stata, insieme all’aumento della complessità della struttura corporea, la comparsa di una simmetria: le diverse parti del corpo sono disposte in modo simmetrico rispetto a un asse.
ORA FERMA L’IMMAGINE!
Negli animali più semplici, come le spugne, le parti del corpo sono disposte in maniera casuale; di conseguenza questi animali non hanno alcuna simmetria. Tutti gli altri animali marini che vivono ancorati a una superficie o che si muovono poco presentano invece una simmetria raggiata, che permette loro di controllare l’ambiente a 360° e di difendersi o attaccare in ogni direzione.
Negli animali a simmetria raggiata esistono numerosi piani passanti per il centro del corpo, che lo dividono in due metà simmetriche, e non è possibile distinguere un’estremità anteriore e un’estremità posteriore 1 Per gli animali che devono muoversi in una direzione precisa per procurarsi il cibo, è necessario che il corpo presenti un’estremità anteriore, il capo, e un’estremità posteriore, la coda. Il capo è la prima parte del corpo che viene a contatto con l’ambiente quando l’animale si muove, e quindi è qui che si localizza la maggior parte degli organi di senso e il cervello, l’organo che coordina il sistema nervoso. Un’organizzazione di questo tipo si chiama simmetria bilaterale. Negli animali a simmetria bilaterale esiste un solo piano, passante per il capo e per la coda, che divide il corpo in due metà simmetriche 2
3 IL CELOMA
In generale, il corpo degli animali può essere descritto come un tubo, il canale digerente, collocato all’interno di un altro tubo, la parete esterna. Nei vermi, tra il tubo interno e il tubo esterno non c’è nessuna cavità: tutti gli organi formano una massa compatta. Negli animali più complessi, per esempio nei lombrichi, è presente invece una cavità tra la parete esterna del corpo e il tubo interno, chiamata celoma: nel celoma gli organi interni, sostenuti e mantenuti nella loro posizione da particolari tessuti, possono funzionare indipendentemente gli uni dagli altri e in maniera più efficace 3
4 MOVIMENTO E STRUTTURE DI SOSTEGNO
La forma, la struttura e le funzioni del corpo degli animali sono direttamente legate al loro modo di muoversi e alimentarsi.
La locomozione è la capacità degli animali di muoversi per cercare cibo, sfuggire ai predatori, esplorare l’ambiente. Il movimento è reso possibile dai muscoli, che formano il sistema muscolare, e dallo scheletro, un sostegno che può essere esterno o interno all’organismo. Tutti gli animali hanno la necessità di possedere un sostegno del corpo, in particolare se vivono sulla terraferma, dove la spinta esercitata dall’aria per sostenere il corpo è molto minore rispetto a quella dell’acqua. Gli invertebrati sono privi di scheletro interno; tuttavia, nei lombrichi è presente l’idroscheletro, un sistema idraulico interno composto da anelli pieni di liquido del celoma che sostiene l’animale.
1 L’anemone di mare, che vive ancorato al fondo marino, presenta simmetria raggiata.
2 L’aragosta, che si muove sul fondo marino, presenta simmetria bilaterale.
3 Sezione di un lombrico in cui si vedono il celoma e alcuni organi interni.
celoma
4 La conchiglia delle vongole è formata da due pezzi.
L’idroscheletro permette anche il movimento grazie all’azione della muscolatura sul liquido: in questo modo l’animale regola il diametro e la lunghezza del corpo riuscendo ad avanzare tra le asperità del suolo o a strisciare sui fondali marini. Un sostegno rigido, però, è molto più efficiente per muoversi, specialmente su superfici accidentate: può essere esterno, come la conchiglia dei molluschi 4 , o come l’esoscheletro che protegge gli insetti e i crostacei.
La conchiglia è un’ottima protezione meccanica per l’organismo e lo preserva dalla disidratazione; tuttavia è piuttosto pesante e non offre vantaggi per il movimento. L’esoscheletro, al contrario, è leggero e robusto, ma non può accrescersi mentre l’animale aumenta di dimensioni e, pertanto, deve essere sostituito attraverso la muta 5 .
Ricci di mare e stelle marine possiedono un dermascheletro superficiale calcareo, costituito da carbonato di calcio, che si trova sotto l’epidermide e che quindi non può essere considerato un esoscheletro 6 .
5 La muta di una cicala.
7 L’elefante è sostenuto dall’endoscheletro.
6 Nei ricci di mare il dermascheletro forma una vera e propria corazza.
I vertebrati possiedono un endoscheletro capace di crescere insieme all’animale, senza costituire un limite per le dimensioni del suo corpo; per questa ragione gli animali più grandi che vivono sulla Terra sono vertebrati. L’endoscheletro, oltre a sostenere il corpo, protegge gli organi interni più delicati: per esempio, le ossa della scatola cranica racchiudono il cervello, le costole proteggono il cuore e i polmoni 7 .
5 SENSIBILITÀ E COORDINAMENTO
Gli animali percepiscono segnali dall’ambiente in cui vivono e avvertono anche stimoli provenienti dal loro corpo. Questi stimoli sono raccolti da particolari cellule, i recettori, che in molti animali sono riunite in appositi organi di senso. Altre cellule specializzate, i neuroni, elaborano gli stimoli e inviano una risposta adeguata agli organi interessati.
La sensibilità è la capacità degli animali di avvertire gli stimoli esterni e interni. Il coordinamento delle reazioni appropriate è affidato a una rete di neuroni o a un vero e proprio sistema nervoso
Per esempio, le meduse hanno una rete di neuroni diffusa in tutto il corpo che funziona in modo semplice: uno stimolo esercitato in un punto qualsiasi dell’animale si diffonde in tutte le direzioni. Negli altri animali i neuroni si riuniscono in piccoli gruppi, i gangli, facilitando il passaggio delle informazioni da una cellula nervosa all’altra. Nei vertebrati il sistema nervoso è costituito dall’encefalo, formato dal cervello e dal cervelletto, e dal midollo spinale 8
encefalo macchia oculare
rete nervosa
IDRA (cnidari)
cordoni nervosi
PLANARIA (platelminti)
catena gangliare ventrale gangli
SANGUISUGA (anellidi) encefalo
encefalo
8 Sistemi nervosi di alcuni animali a confronto.
catena gangliare ventrale gangli encefalo
INSETTO (artropodi)
catena gangliare ventrale gangli encefalo
INSETTO (artropodi)
CALAMARO (molluschi) gangli encefalo
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Segna con una crocetta se è vero(V) o falso (F).
1. Esistono animali unicellulari.
2. Gli animali si muovono grazie ai muscoli e allo scheletro.
3. Tutti gli animali acquatici hanno simmetria bilaterale.
midollo spinale gangli nervosi
SALAMANDRA (vertebrati)
4. Il celoma è una cavità tra il tubo digerente e la parete esterna.
5. La conchiglia dei molluschi è un tipo di dermascheletro.
6. I gangli sono raggruppamenti di neuroni.
Commenta la frase.
Gli animali acquatici fissi sul fondale o dotati di pochi movimenti propri sono avvantaggiati dalla simmetria raggiata.
Ti trovi d’accordo? Motiva la tua risposta.
2 LEZIONE NUTRIZIONE , RESPIRAZIONE , CIRCOLAZIONE E RIPRODUZIONE
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
Gli adattamenti all’ambiente subaereo
1. Quali sono stati i primi organismi a vivere in ambiente subaereo?
2. Quali sono i principali adattamenti che hanno attuato gli animali per poter vivere fuori dall’acqua?
3. Quali adattamenti specifici dei vertebrati hanno permesso loro di raggiungere ragguardevoli dimensioni?
ORA FERMA L’IMMAGINE!
Metti in pausa il video nei seguenti punti.
4. Dai un titolo alle immagini e scrivi sul quaderno una didascalia per ciascuna foto (max due righe).
1 NUTRIZIONE E DIGESTIONE
Con la nutrizione gli animali assumono il cibo. In base al loro tipo di nutrizione, gli animali possono essere:
• erbivori, se si nutrono esclusivamente di vegetali;
• carnivori, se si nutrono di altri animali;
• onnivori, se si nutrono sia di vegetali sia di animali;
• filtratori, se assorbono l’acqua e se trattengono le sostanze organiche presenti in essa 1
Negli invertebrati acquatici molto primitivi, come le spugne, ogni singola cellula ingerisce frammenti di cibo e li digerisce autonomamente. Nelle meduse è presente la bocca, una cavità da cui entra il cibo che viene digerito dai succhi prodotti dalle cellule che rivestono internamente l’animale. I vermi e gli altri invertebrati possiedono un apparato digerente più o meno complesso, costituito essenzialmente da un lungo tubo digerente dotato di due aperture: la bocca e l’ano. Nei vertebrati sono presenti anche vari organi specializzati.
La digestione è l’insieme dei processi che riducono il cibo in sostanze semplici che possono essere assorbite dalle cellule del corpo.
Possedere un tubo digerente con due aperture è vantaggioso: consente all’animale di dedicare più tempo alla nutrizione, perché può contemporaneamente introdurre cibo
1 La balena è un animale filtratore.
ed eliminare le sostanze di rifiuto. Nel corso dell’evoluzione il tubo digerente si è sempre più specializzato: si sono sviluppati organi per la cattura e la triturazione del cibo, ghiandole per aiutare la digestione e l’assorbimento dei nutrienti.
In funzione del tipo di alimentazione si sono modificate la lunghezza e la struttura del tubo digerente. Per esempio, gli erbivori ruminanti come le mucche o le pecore, masticano più volte il cibo per ricavare il maggior numero possibile di sostanze nutritive; per questa ragione hanno un intestino molto lungo e con diverse espansioni dove conservare temporaneamente il cibo prima di una nuova masticazione 2 .
2 RESPIRAZIONE
Gli animali hanno una vita molto attiva che richiede grandi quantità di energia, che essi ricavano dalle sostanze semplici prodotte dalla digestione. Perché questo processo possa avvenire è necessario ossigeno Con la respirazione esterna, gli animali scambiano con l’ambiente esterno i gas coinvolti nella respirazione cellulare: assumono ossigeno dall’aria o dall’acqua ed eliminano anidride carbonica e acqua sotto forma di vapore. Con la respirazione cellulare (o interna), che avviene in ogni cellula dell’organismo, più precisamente nei mitocondri, gli zuccheri si combinano con l’ossigeno liberando energia, anidride carbonica e acqua.
La respirazione è il processo che, grazie all’ossigeno, permette all’organismo di ricavare energia dal cibo digerito.
Negli animali più semplici, come spugne, meduse e vermi piatti, l’ossigeno e l’anidride carbonica diffondono da una cellula all’altra per tutto il corpo. Anche in alcuni gruppi di animali complessi lo scambio di gas con l’am biente esterno avviene direttamente attraverso la superficie del corpo, come nel caso degli anfibi 3 . Negli animali più grandi e complessi, invece, esistono delle strutture spe cifiche per la respirazione: le trachee, le branchie
Negli insetti terrestri la respirazione avviene attraverso le trachee, sottili tubi che si aprono all’esterno attraverso piccoli fori (gli stigmi). Le trachee arrivano in prossimità di tutte le cellule, rifornendole di ossigeno. Le branchie, presenti negli animali acquatici, sono costituite da una serie di filamenti attraversati da nu merosi vasi sanguigni che trasportano ossigeno e anidride carbonica. Quando l’acqua bagna le branchie, l’ossigeno in essa disciolto passa nel sangue che cir cola nei filamenti branchiali, mentre l’anidride carbo nica passa dal sangue all’acqua, dove si scioglie
Tutti gli animali terrestri respirano con i polmoni, or gani interni dotati di un’ampia superficie respiratoria, bagnata da capillari sanguigni, in cui possono avveni re rapidamente gli scambi gassosi tra l’ambiente e le cellule.
2 Le pecore hanno una digestione molto lunga.
3 La rana riesce ad assorbire ossigeno anche attraverso la pelle, molto sottile e priva di rivestimento.
Il flusso dell’acqua nelle branchie.
ACQUA IN ENTRATA
ACQUA IN USCITA
branchia
3 CIRCOLAZIONE ED ESCREZIONE
L’ossigeno e i prodotti della digestione devono essere assorbiti e portati a tutte le cellule; a loro volta le cellule devono poter eliminare le sostanze di scarto, in particolare l’anidride carbonica prodotta dalla respirazione cellulare.
La circolazione è il processo che trasporta l’ossigeno e le sostanze nutritive a tutte le cellule del corpo e allontana le sostanze di scarto che esse producono.
Se l’animale è costituito da poche cellule, o è molto piccolo, il trasporto di sostanze in tutto il corpo avviene per diffusione da una cellula all’altra. Quando il numero di cellule apparato circolatorio: le sostanze sono disciolte in un liquido (il sangue o l’emolinfa) che scorre in una serie di tubi, i
5 Gli apparati circolatori degli animali.
Tra gli invertebrati, gli insetti possiedono un vero e proprio apparato circolatorio aperto, costituito da un tubo e da vasi; il liquido che scorre nei vasi prende il nome di spinge l’emolinfa nei vasi che si aprono nelle cavità del corpo e negli spazi tra gli organi. Da qui l’emolinfa ritorna al cuore.
I vertebrati possiedono un apparato circolatorio chiuso formato da un cuore e da due tipi di vasi (le vene e le arterie) che formano un circuito chiuso al cui interno scorre il sangue. Il cuore spinge il sangue nelle arterie che si diramano in tutto il corpo fino alle cellule. Da qui il sangue si raccoglie nelle vene e ritorna al cuore.
arterie vene cuore
L’escrezione è il processo che convoglia i prodotti di rifiuto all’esterno del corpo.
Negli animali più semplici, i prodotti di rifiuto sono eliminati attraverso la superficie corporea. Negli animali più complessi, sono presenti organi specializzati che costituiscono l’apparato escretore Il funzionamento dei diversi apparati escretori è quello di riuscire a espellere le sostanze di rifiuto trattenendo nell’organismo l’acqua e i sali minerali che servono.
4 RIPRODUZIONE
Gli animali, quando raggiungono la maturità, sono in grado di riprodursi.
Con la riproduzione gli animali generano individui simili a se stessi.
La riproduzione può essere asessuata, quando da un solo organismo hanno origine organismi identici al genitore, oppure sessuata, quando un organismo ha origine dall’unione di due cellule riproduttive, i gameti, generate da un individuo maschio e da un individuo femmina.
La riproduzione per gemmazione e quella per rigenerazione sono due tipi di riproduzione asessuata presenti tra gli invertebrati. Gli animali più complessi, che si riproducono sessualmente, possiedono organi specializzati per la riproduzione, le gonadi: la femmina possiede le ovaie, che producono cellule uovo, i maschi hanno i testicoli, che producono spermatozoi. Perché avvenga la fecondazione occorre che i gameti (cioè le cellule uovo e gli spermatozoi) si incontrino e si uniscano.
• Nella fecondazione esterna, l’unione tra i gameti avviene nell’ambiente esterno, in particolare nell’acqua 6 a
• Nella fecondazione interna, l’unione avviene all’interno del corpo della femmina 6 b .
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Abbina i termini alla definizione corretta.
1 Trachee
2 Gemmazione
3 Apparato escretore
VERSO LE COMPETENZE a b
b Organi respiratori degli insetti.
4 Tubo digerente a Riproduzione asessuata tipica degli invertebrati.
6 I pesci si riproducono con la fecondazione esterna, le libellule con la fecondazione interna.
c Sistema di organi che provvede all’eliminazione delle sostanze di rifiuto. d È dotato di bocca e ano.
1: 2: 3: 4:
Metti a confronto gli apparati circolatori degli animali. Prepara una tabella che riassuma le principali somiglianze e differenze.
3 LEZIONE PORIFERI E CNIDARI
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
Le caratteristiche degli invertebrati
1. Perché alcuni invertebrati acquatici riescono a raggiungere dimensioni notevoli mentre gli attuali invertebrati terrestri no?
2. Come riescono a proteggersi dall’ambiente esterno?
3. Quali strategie adottano per avere un’elevata capacità riproduttiva?
4. In che cosa consiste il processo di metamorfosi?
ORA FERMA L’IMMAGINE!
Metti in pausa il video nei seguenti punti.
5. Attribuisci a ciascuna foto la caratteristica dei vertebrati che rappresenta e spiega perché costituisce un vantaggio per questi animali (max due righe).
1 GLI INVERTEBRATI
Oltre il 90% degli animali appartiene al gruppo degli invertebrati.
Gli invertebrati sono animali che non hanno la colonna vertebrale.
Sono invertebrati i poriferi, i celenterati, i platelminti, i nematodi, gli anellidi, i molluschi, gli artropodi e gli echinodermi.
2 PORIFERI
Poriferi è il nome del phylum a cui appartengono le spugne. Sono animali acquatici molto primitivi, con il corpo a forma di sacco perforato da moltissimi pori (da cui il nome del gruppo). Nella parte superiore hanno un’apertura di dimensioni maggiori, l’osculo 1 . L’acqua entra nella spugna dai pori e fuoriesce dall’osculo.
Le spugne sono organismi pluricellulari, ma presentano ancora caratteristiche tipiche degli organismi coloniali: infatti le loro cellule riescono a vivere anche quando sono staccate dal resto del corpo.
I poriferi sono per la maggior parte marini e si trovano a tutte le profondità, dalla zona litorale a quella abissale. Inoltre sono animali sessili, cioè vivono ancorati a una roccia o ad altri oggetti del fondale, perciò non sono in grado di muoversi.
Il continuo passaggio dell’acqua attraverso il corpo poroso della spugna è indispensa-
1 Come è fatta una spugna.
La superficie esterna è rivestita da cellule appiattite. La cavità interna è chiamata spongocele ed è tappezzata da cellule flagellate, i coanociti Muovendo i loro flagelli, i coanociti spingono l’acqua verso l’osculo favorendo l’ingresso di altra acqua attraverso i pori.
osculo
flusso d’acqua
coanociti pori spicole
Tra la superficie esterna e la cavità interna è posto uno strato gelatinoso, la mesoglea, dove si trovano le cellule ameboidi che svolgono diverse funzioni: digeriscono le sostanze nutritive e le distribuiscono a tutto l’organismo, possono produrre gameti e secernono le spicole Le spicole sono strutture rigide simili a spine che servono a sostenere l’organismo. Possono essere calcaree, silicee o cornee (come quelle delle spugne “da bagno”).
bile per la sopravvivenza dell’animale: l’acqua trasporta i microrganismi di cui la spugna si nutre, permette la respirazione perché contiene ossigeno e consente l’eliminazione delle sostanze di rifiuto; inoltre, facilita la riproduzione, perché il flusso di acqua in uscita porta con sé le cellule uovo e gli spermatozoi.
I poriferi non possiedono un sistema nervoso e la loro sensibilità si limita a quella delle singole cellule di cui sono costituiti.
La riproduzione delle spugne è prevalentemente asessuata e può avvenire per gemmazione o per frammentazione.
• Nella riproduzione per gemmazione, sul corpo della spugna si forma un piccolo gruppo di cellule, la gemma, che in seguito si stacca e si sviluppa in modo autonomo.
• Nella riproduzione per frammentazione, da qualsiasi frammento dell’organismo, anche molto piccolo, si riforma un nuovo individuo identico al genitore.
3 CNIDARI O CELENTERATI
Meduse, polipi, coralli, idra e anemoni di mare sono animali acquatici, prevalentemente marini, che appartengono al phylum degli cnidari 2 . Sono anche chiamati celenterati poiché il corpo è dotato di una cavità interna, il celenteron
SI DICE CHE…
I termini polipo e polpo indicano lo stesso organismo Questi due termini indicano due organismi che appartengono a phylum diversi e distanti evolutivamente. I coralli della barriera corallina australiana sono il risultato dell’attività di numerosissimi polipi che crescono uno vicino all’altro e che costruiscono, alla loro base, una sorta di scheletro di carbonato di calcio; gli anemoni di mare invece sono polipi solitari. I polpi invece appartengono al phylum dei molluschi e sono sempre liberi di muoversi.
2 Anemone di mare.
3 Organizzazione del corpo di polipo e medusa.
I celenterati mostrano due diverse forme di organizzazione del corpo 3 :
• il polipo è a forma di imbuto, vive fissato al fondale marino o a una roccia, con l’apertura verso l’alto;
• la medusa ha forma a ombrello ed è libera di spostarsi con lenti movimenti o di farsi trasportare dalla corrente.
BUONE NOTIZIE per il futuro!
Conoscere le caratteristiche dell’ambiente di vita dei coralli e il loro ciclo vitale può essere il primo passo per sensibilizzarci a sostenere tutte le iniziative di conservazione che vengono realizzate in varie parti del mondo. La scienza è riuscita a “trapiantare” milioni di larve di corallo in aree dei fondali oceanici dove la barriera era stata danneggiata. La nuova tecnologia è stata applicata con successo in uno studio pilota condotto dalla Southern Cross University nella Grande Barriera corallina australiana.
In entrambe le forme è presente il celenteron, che è dotato di una bocca ed è circondato da tentacoli.
Il livello di organizzazione corporea di questi animali è più ordinato e complesso di quello dei poriferi: il corpo dei celenterati presenta simmetria raggiata e veri e propri tessuti, tra cui una primitiva rete di cellule nervose che coordina le attività dell’organismo, e un tessuto che permette al corpo di contrarsi.
A partire dai celenterati si sono evoluti recettori in grado di percepire stimoli interni ed esterni, e nelle meduse sono addirittura presenti organi sensibili alla radiazione luminosa.
Lo strato esterno dell’animale, chiamato ectoderma, è formato da un tessuto di rivestimento che protegge il corpo dell’animale. Lo strato interno, detto endoderma, ricopre il celenteron ed è formato da cellule con il compito di digerire le prede catturate con i tentacoli.
Tra l’ectoderma e l’endoderma si trova uno strato gelatinoso, la mesoglea, privo di cellule o contenente cellule provenienti dai due strati adiacenti.
I tentacoli sono provvisti di particolari cellule, gli cnidoblasti, che servono all’animale per la difesa e per paralizzare le prede. Ogni cnidoblasto è munito di un filamento acuminato, pieno di una sostanza urticante simile a quella prodotta dalle ortiche. Non appena un animale (preda o predatore) sfiora lo cnidoblasto, il filamento viene estroflesso come una molla e inietta il liquido urticante nel malcapitato.
polipo
medusa
Alcuni celenterati presentano una sola delle due forme per tutta la vita (o polipo o medusa), mentre per altri, polipi e meduse sono due fasi successive del ciclo vitale. I celenterati si riproducono sia per via sessuata sia per via asessuata. Nel ciclo vitale di una medusa si alternano una fase sessuata e una fase asessuata 4 .
5. Quando la colonia è matura, il polipo più in alto si stacca, si “gira” e diventa una medusa libera che si riproduce sessualmente con un’altra medusa, cominciando un nuovo ciclo.
4. Il polipo si divide per gemmazione e dà origine a una colonia di polipi impilati l’uno sull’altro.
4 Il ciclo vitale della medusa.
1. Due meduse producono i gameti: le cellule uovo e gli spermatozoi.
2. Con la fecondazione ha origine una piccola larva cigliata.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Completa le frasi con i termini corretti.
3. La larva si fissa sul fondale e cresce in un individuo sessile a forma di polipo.
1. Il corpo dei celenterati presenta simmetria e veri e propri tessuti, tra cui una primitiva rete di cellule nervose.
2. Nella riproduzione per , da qualsiasi frammento dell’organismo si riforma un nuovo individuo identico al genitore.
3. Le spugne sono organismi pluricellulari, ma presentano ancora caratteristiche tipiche degli organismi
4. La medusa ha forma a ombrello mentre il ha forma a imbuto.
VERSO LE COMPETENZE
Osserva il disegno.
1. Che cosa rappresenta?
2. Che cosa succede nel piede?
3. Che cosa può avere generato questa situazione?
4 LEZIONE VERMI E MOLLUSCHI
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
Molluschi in vetrina
La planaria.
1. Che cosa contraddistingue i nudibranchi dagli altri molluschi?
2. Perché alcune specie di bivalvi, come per esempio la tridacna gigante, riescono a raggiungere ragguardevoli dimensioni?
3. Quale strategia ha evoluto il nautilo per riuscire a nuotare agilmente nonostante l’ingombrante conchiglia?
4. Quali sono le caratteristiche dei cefalopodi?
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Metti in pausa il video nel seguente punto.
5. Quale particolare adattamento ha evoluto questo mollusco?
1 I PLATELMINTI
I platelminti sono detti anche “vermi piatti” per la forma appiattita del loro corpo. Possono essere acquatici o terrestri, condurre vita libera o essere parassiti di altri animali.
Il phylum dei platelminti comprende vermi con il corpo piatto e allungato, con una simmetria bilaterale.
Nei platelminti i tessuti svolgono funzioni ben precise e sono organizzati in veri e propri organi. Tuttavia i platelminti hanno ancora un apparato digerente con una sola apertura, attraverso cui aspirano i microrganismi di cui si nutrono ed espellono le sostanze di rifiuto. La respirazione non richiede organi specializzati perché gli scambi gassosi tra l’animale e l’ambiente avvengono attraverso l’intera superficie del corpo: per questo si parla di respirazione cutanea. Il sistema nervoso, molto primitivo, è costituito da un ammasso di cellule nervose (gangli) che si concentrano nella regione del capo, dove si trovano anche organi di senso molto semplici.
I platelminti si riproducono sessualmente e sono in genere ermafroditi, cioè ogni individuo possiede sia gli organi riproduttivi maschili sia quelli femminili. La riproduzione può anche essere asessuata, grazie alla spiccata capacità di rigenerazione: il corpo di alcuni platelminti può frammentarsi in più parti, ciascuna delle quali è in grado di riprodurre la porzione mancante. Un platelminta molto comune è la planaria, che vive nelle acque dolci e fredde di stagni e torrenti 1 . Esistono anche platelminti parassiti, per esempio la tenia, conosciuta come “verme solitario” che può infettare anche l’uomo 2
2 La tenia.
2 I NEMATODI
I nematodi, chiamati anche “vermi cilindrici”, hanno un corpo lungo e sottile rivestito da una cuticola resistente ed elastica. Alcuni conducono vita libera nelle acque o nel terreno (in una manciata di terra se ne possono trovare più di 100 000), ma la maggior parte di essi sono parassiti di piante e animali 3 .
Il phylum dei nematodi comprende vermi con il corpo cilindrico provvisto di due aperture distinte, una bocca e un ano, poste alle estremità opposte del corpo.
I nematodi possiedono organi più evoluti rispetto ai platelminti: hanno dei muscoli e l’apparato digerente è costituito da un tubo con una bocca, per introdurre il cibo, e un ano per eliminare le sostanze non digerite. La respirazione avviene attraverso la superficie del corpo. I nematodi si riproducono sessualmente e presentano un dimorfismo sessuale, cioè una netta differenza tra maschi e femmine.
3 GLI ANELLIDI
Il nome anellidi deriva dal latino e significa “piccolo anello”: la caratteristica principale degli anellidi, infatti, è la suddivisione del corpo in una serie di segmenti (gli “anelli”) che si ripetono sempre uguali con l’eccezione del primo e dell’ultimo. Tali segmenti sono chiamati metàmeri
Appartengono a questo phylum il lombrico, animali acquatici come i policheti e parassiti come la sanguisuga 4
Il phylum degli anellidi comprende vermi con celoma e con il corpo diviso in metàmeri. a b
4
3 Gli ascaridi sono nematodi parassiti dei mammiferi.
a. Alcuni policheti strisciano sul fondo dei mari, altri scavano gallerie nella sabbia e nel fango, altri ancora vivono all’interno di tubi che loro stessi costruiscono.
b. Le sanguisughe si nutrono del sangue di altri animali. Sono provviste di due ventose alle estremità del corpo: una circonda la bocca ed è usata per fissare l’animale alla pelle dell’ospite.
5 Come è fatto un lombrico.
Il corpo è rivestito da una cuticola, resistente ed elastica, provvista di setole nella parte inferiore.
Ogni metamero presenta la stessa struttura e contiene gli stessi organi: due gangli, due organi escretori, muscoli e vasi sanguigni 5 . Nelle specie terrestri lo scambio di gas avviene per diffusione attraverso la superficie del corpo; le specie acquatiche invece respirano con le branchie. Gli anellidi si riproducono sessualmente; alcuni sono ermafroditi.
L’apparato circolatorio è di tipo chiuso. Piccoli cuori pompano il sangue in una rete di minuscoli vasi.
Il corpo è suddiviso in metameri.
cordone nervoso metameri
L’apparato escretore è costituito da piccoli fori presenti in ciascun metamero, attraverso cui i prodotti di rifiuto sono riversati all’esterno.
cuori tubo digerente bocca ano
Il sistema nervoso è formato da una catena di gangli e da un cordone nervoso che percorre tutto il corpo dell’animale.
L’apparato digerente, provvisto di bocca e ano, attraversa tutto il corpo.
4 I MOLLUSCHI
I molluschi sono animali dal corpo “molle” (da cui il loro nome) spesso protetto da una conchiglia. Comprendono specie dall’aspetto assai diverso, come le chiocciole, le lumache, le vongole, le seppie e il polpo.
Il phylum dei molluschi comprende animali invertebrati con il corpo molle, dotati di celoma e privi di metameri.
6 Come è fatta una chiocciola.
Il capo è provvisto di bocca e di organi di senso.
Il corpo dei molluschi è suddiviso in due parti: il capo e il tronco, in cui si trovano il piede, il sacco dei visceri e il mantello 6
Il piede è un organo muscolare e permette il movimento dell’animale.
Il sacco dei visceri contiene gli organi degli apparati circolatorio, digerente, escretore e riproduttore.
La conchiglia, formata da carbonato di calcio, protegge e sostiene il corpo.
Il mantello riveste il sacco viscerale, estendendosi ai lati e posteriormente come una piega cutanea. Produce la conchiglia.
setole
I molluschi sono prevalentemente marini; alcune specie vivono in acqua dolce, altre sulla terraferma. Le specie acquatiche respirano per mezzo delle branchie, le specie terrestri invece con un polmone rudimentale. I molluschi si riproducono sessualmente; alcune specie hanno sessi separati, altre sono ermafrodite. I molluschi sono suddivisi in tre classi principali: gasteropodi, bivalvi e cefalopodi 7
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
I gasteropodi hanno la conchiglia formata da un unico pezzo, ma in alcune specie può mancare. Il piede è ben sviluppato ed è adatto a strisciare. La bocca è provvista della radula, una lamina munita di dentelli con la quale i gasteropodi raschiano i vegetali. Appartengono a questa classe le chiocciole di terra, di mare e le lumache.
I cefalopodi sono generalmente privi di conchiglia o ne possiedono una molto ridotta e interna (“osso di seppia”). Il piede si è spostato vicino al capo ed è suddiviso in tentacoli, disposti intorno alla bocca, che l’animale usa per catturare le prede. I cefalopodi si muovono espellendo l’acqua da un tubo muscoloso, il sifone. Comprendono seppie, calamari e polpi.
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. La tenia è un verme parassita che appartiene al gruppo dei nematodi.
2. La chiocciola è un gasteropode.
3. Il lombrico appartiene al phyum degli anellidi.
4. I nematodi si riproducono asessualmente.
VERSO LE COMPETENZE
7 Le principali classi dei molluschi.
I bivalvi hanno la conchiglia formata da due pezzi, le valve, che azionano grazie a potenti muscoli. Vivono ancorati agli scogli o ad altre superfici. Si procurano il cibo filtrando l’acqua in cui sono immersi. Sono bivalvi le vongole, le cozze e le ostriche.
Spesso non è possibile riconoscere la specie esaminando solamente la conchiglia, tuttavia la forma e la struttura delle conchiglie permettono di riconoscere la classe di appartenenza del mollusco.
Osserva le conchiglie e scrivi per ciascuna la lettera corrispondente alla classe di molluschi a cui appartiene.
a. Gasteropode
b. Bivalve
c. Cefalopode
5 LEZIONE ARTROPODI ED ECHINODERMI
FLIPPED CLASSROOM
Sfoglia la galleria di immagini e scrivi le risposte sul quaderno.
Artropodi da record
1 Gli artropodi rappresentano il 75% di tutte le specie animali conosciute.
1. Perché gli artropodi hanno avuto un così grande successo evolutivo?
2. Qual è l’insetto più forte? Che cosa è in grado di fare?
3. Dove puoi incontrare un Archispirostreptus giga? Quali dimensioni può raggiungere?
4. Prova a descrivere l’habitat di Munidopsis polimorfa basandoti sulle sue peculiari caratteristiche.
1 UN GRUPPO DI SUCCESSO
Il gruppo animale più numeroso sulla Terra è quello degli artropodi : si conoscono oltre un milione di specie, ma si pensa che sulla Terra ve ne siano molte di più 1 ! L’enorme diffusione è possibile grazie soprattutto allo scheletro esterno, l’esoscheletro, che ricopre tutto il corpo. L’esoscheletro ha numerose funzioni:
• protegge gli organi interni;
• sostiene la muscolatura;
• permette l’inserimento di numerose e diverse appendici;
• isola il corpo dall’ambiente esterno;
• riduce la disidratazione, cioè le perdite di acqua per evaporazione.
L’esoscheletro è composto da chitina, una sostanza dura ma molto flessibile. Negli artropodi marini, che devono sopportare pressioni molto forti, l’esoscheletro è impregnato di sali di calcio, che lo rendono più rigido e duro come le piastre di una corazza 2 artropodi altri invertebrati vertebrati artropodi altri invertebrati vertebrati
2 Un esoscheletro duro come una corazza.
L’esoscheletro non può svilupparsi insieme all’organismo; per questo motivo gli artropodi sono costretti ad abbandonarlo periodicamente e a costruirne uno nuovo, adatto alle nuove dimensioni, attraverso un processo chiamato muta. ll nuovo esoscheletro è inizialmente molle, ma ben presto si indurisce a contatto con l’aria.
L’esoscheletro è formato da segmenti che si articolano fra loro per permettere all’animale di muoversi con facilità su qualsiasi superficie. In corrispondenza delle articolazioni la chitina è più sottile e si possono inserire delle coppie di appendici articolate con diverse funzioni: permettere all’animale di muoversi, difendersi, afferrare il cibo e percepire gli stimoli esterni 3 . È questa caratteristica che dà il nome al phylum: artropode significa, infatti, “animale dotato di arti articolati”.
Il phylum degli artropodi comprende animali dotati di esoscheletro e appendici articolate.
Gli artropodi sono divisi in quattro classi: miriapodi, aracnidi, crostacei e insetti.
2 LE CARATTERISTICHE GENERALI DEGLI ARTROPODI
Gli artropodi comprendono animali molto differenti tra loro, come i millepiedi, gli insetti, i ragni e i granchi, ma tutti hanno alcune caratteristiche in comune. Il corpo degli artropodi è suddiviso in metameri. Il loro numero è inferiore a quello degli anellidi perché alcuni metameri si sono fusi; inoltre si sono modificati per formare strutture specializzate. Negli insetti il corpo è suddiviso in tre parti: il capo, il torace e l’addome 4 . Negli artropodi più primitivi, come ragni e crostacei, sono fusi anche il capo e il torace, così i segmenti sono solo due: il cefalotorace e l’addome Il capo protegge il sistema nervoso che è piuttosto sviluppato: è formato da un primitivo cervello collegato a un cordone nervoso ventrale e agli organi di senso.
Gli occhi sono gli organi di senso più evoluti: possono essere occhi semplici, come nei ragni, oppure occhi composti ti da migliaia di piccoli occhi semplici riuniti insieme. Ogni occhio “registra” solo una piccola porzione dello spazio e il cervello poi unisce tutte le immagini parziali in un’uni ca immagine d’insieme 5
4 Le parti del corpo di un insetto e di un crostaceo.
3 Le formiche sono dotate di zampe articolate e utilizzano le antenne per percepire gli odori.
5 Gli occhi composti degli insetti.
cefalotorace zampe articolate addome
chele occhi
antenna
capo
Un insetto sotto la lente
6
Come è fatta una cavalletta.
ano
Gli artropodi acquatici respirano per mezzo delle branchie, mentre quelli terrestri possiedono le trachee, che si aprono all’esterno attraverso piccoli fori dell’esoscheletro, gli stigmi. Alcuni artropodi terrestri, come i ragni, respirano mediante particolari polmoni, i polmoni a libro, che funzionano come delle branchie interne.
Tutti gli artropodi hanno un apparato digerente formato da un tubo che percorre l’intero corpo dell’animale e che ha due aperture, la bocca e l’ano 6
L’apparato circolatorio è aperto: una serie di piccoli cuori contrattili, situati nella parte dorsale del corpo, spinge un liquido simile al sangue, l’emolinfa, in una cavità chiamata emocele, dove l’emolinfa bagna direttamente gli organi interni.
L’eliminazione delle sostanze di rifiuto è affidata a un primitivo apparato escretore, formato da minuscoli tubuli che si aprono all’esterno.
Nella maggior parte degli artropodi i sessi sono separati e la fecondazione avviene all’interno del corpo della femmina. In alcune specie nascono animali simili ai genitori, in altre si originano delle larve che subiscono la metamorfosi, cioè successive trasformazioni che le fanno diventare insetti adulti 7
cuori dorsali intestino
antenne
esofago
cordone nervoso ventrale bocca stomaco
zampe articolate
occhi composti
7 La metamorfosi della farfalla.
Dall’uovo esce la larva o bruco. I bruchi divorano grandi quantità di cibo e compiono la muta diverse volte per accrescersi.
Al termine della metamorfosi l’adulto fuoriesce dal bozzolo e comincia la sua nuova vita.
A un certo punto il bruco si avvolge in un bozzolo protettivo e diventa pupa. La pupa non si muove e non mangia, ma si trasforma progressivamente nell’individuo adulto.
3 GLI ECHINODERMI
Il termine echinoderma significa “pelle spinosa” ed è attribuito ad animali acquatici molto particolari, come stelle marine, ricci di mare e oloturie. Il loro corpo è ricoperto da un dermascheletro, un insieme di piastre calcaree incluse nello spessore della pelle.
Il phylum degli echinodermi comprende animali con il corpo dotato di dermascheletro.
Nel dermascheletro sono inseriti aculei e spine 8 . Inoltre, il dermascheletro è costellato da piccoli fori da cui escono dei tubicini, i pedicelli ambulacrali, con i quali gli animali si spostano e afferrano le prede 9
Gli echinodermi non hanno un vero apparato circolatorio e nemmeno un apparato escretore. Anche il loro sistema nervoso e gli organi di senso sono scarsamente sviluppati. L’apparato digerente inizia con la bocca, che si trova sulla faccia ventrale dell’animale (cioè la faccia che poggia sul fondale marino) ed è munita di un apparato masticatore; termina con l’ano che si trova sulla faccia opposta.
Gli echinodermi si riproducono sessualmente. Dall’unione di un ovulo con uno spermatozoo si origina una larva che presenta caratteristiche diverse rispetto all’animale adulto: ha simmetria bilaterale e possiede una corda, ovvero un cordoncino di cartilagine che sostiene il corpo e permette all’animale di muoversi più facilmente. Queste caratteristiche scompaiono nell’animale adulto: infatti stelle marine, ricci e oloturie presentano una simmetria raggiata e non possiedono nessuna struttura di sostegno interna all’organismo.
La comparsa della corda nelle larve degli echinodermi è la prova che questo phylum ha preceduto, nel corso della storia della vita sulla Terra, la comparsa dei cordati, il phylum al quale appartengono tutti gli animali vertebrati, compresa la specie umana.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Abbina i termini alla definizione corretta.
1 Chitina
2 Cefalotorace
3 Stigmi
4 Metamorfosi
5 Pedicelli ambulacrali
8 I ricci di mare hanno spine particolarmente vistose.
9 Come è fatta una stella marina.
pedicelli ambulacrali
a Metamero tipico degli artropodi primitivi in cui il capo e il torace sono fusi insieme.
b Serie di trasformazioni che portano alla trasformazione da una larva a un insetto adulto.
c Sostanza dura ed elastica che compone l’esoscheletro.
d Appendici mobili che permettono il movimento degli echinodermi.
e Piccoli fori che permettono la respirazione negli artropodi terrestri.
1: 2: 3: 4: 5:
braccia
visual
LE CLASSI DEGLI ARTROPODI
Il phylum degli artropodi comprende quattro classi: i miriapodi, gli aracnidi, i crostacei e gli insetti.
I MIRIAPODI
I miriapodi hanno il corpo allungato, suddiviso in numerosi metameri, ognuno dei quali è provvisto di uno o due paia di zampe. Sono tutti terrestri: vivono sotto la corteccia degli alberi o sotto i sassi, in luoghi piuttosto umidi.
Comprendono i centopiedi e i millepiedi.
I centopiedi (a) sono carnivori, i millepiedi (b) si nutrono di resti di altri organismi.
GLI ARACNIDI
Il corpo degli aracnidi è formato dal cefalotorace, che comprende il capo e il torace fusi insieme, e dall’addome. Sul cefalotorace si trovano sei paia di appendici articolate: le prime due sono in relazione con la bocca e sono i cheliceri, che servono per la cattura del cibo perché consentono di iniettare nella preda un veleno che la paralizza; le altre due sono i pedipalpi, organi del tatto e dell’odorato. Le altre quattro paia di appendici sono le zampe e servono per la locomozione. A questa classe appartengono ragni, zecche, acari e scorpioni.
Nella parte inferiore dell’addome hanno le ghiandole della seta, che emettono sottilissimi fili con cui
L’addome degli scorpioni termina con un aculeo in cui sboccano le ghiandole velenifere.
GLI INSETTI
I CROSTACEI
I crostacei sono protetti da un esoscheletro duro, il carapace, formato da chitina e carbonato di calcio; hanno il corpo suddiviso in cefalotorace e addome. Il capo è provvisto di due paia di antenne, sensibili alle vibrazioni sonore, e di un paio di occhi, a volte peduncolati. Il cefalotorace ha in genere cinque paia di zampe, di cui il primo termina con un paio di grosse pinze, le chele, che servono per afferrare il cibo e per la difesa. Alcuni segmenti dell’addome portano appendici articolate, che l’animale usa per nuotare e durante la riproduzione.
I crostacei sono prevalentemente marini; i più noti sono quelli commestibili, come l’aragosta, l’astice,
Costituiscono la più vasta classe di artropodi e il gruppo più ricco di animali oggi esistente sulla Terra. Il capo è munito di occhi composti, di un paio di antenne e di un apparato boccale che assume varie forme, secondo il tipo di alimentazione delle diverse specie. Il torace ha tre paia di zampe e, in alcune specie, uno o due paia di ali. L’addome è spesso dotato di appendici che servono per la riproduzione. In genere lo sviluppo degli insetti avviene mediante la metamorfosi
Gli insetti includono diversi ordini, tra cui quello dei lepidotteri (farfalle), dei ditteri (mosche), dei coleotteri e quello degli ortotteri (coccinelle).
RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI
CON LA MAPPA
1 Completa la mappa con le parole chiave mancanti. conchiglia – dermascheletro – insetti – meduse – poriferi – vermi
1. GLI INVERTEBRATI
2.
3. celenterati a cui appartengono le
4. sono suddivisi in
5. molluschi
6. artropodi a cui appartengono gli
7. echinodermi
sono animali dotati di una come
10. struttura di sostegno esterna 12. esoscheletro 13.
11.
2 Inserisci accanto a ogni definizione il numero che corrisponde alla parola chiave usata nella mappa.
a. Phylum che comprende gli animali con corpo molle.
b. Phylum che comprende gli animali dotati di appendici articolate.
c. Phylum che comprende stelle marine e ricci di mare.
d. Phylum che comprende animali con caratteristiche di organismi coloniali.
8.
Casa Editrice G. Principato
CON LA SINTESI
1
LEZIONE SOSTEGNO, MOVIMENTO, RISPOSTA
AGLI STIMOLI
Gli animali sono organismi eucarioti pluricellulari eterotrofi e comprendono gli invertebrati e i vertebrati. Una conseguenza degli adattamenti degli animali ai diversi ambienti è stata la comparsa di una disposizione simmetrica delle diverse parti rispetto a un asse.
Gli animali marini che vivono ancorati a una superficie hanno simmetria raggiata, gli animali che si muovono hanno simmetria bilaterale.
Il corpo degli animali può essere descritto come un tubo, il canale digerente, collocato all’interno della parete esterna. Negli animali più complessi è presente il celoma, una cavità tra la parete esterna del corpo e il tubo interno, dove si trovano gli organi interni.
Il movimento degli animali è reso possibile dal sistema muscolare e dallo scheletro, che può essere esterno (esoscheletro), tipico degli invertebrati, o interno (endoscheletro), il sostegno dei vertebrati.
I segnali che provengono dall’ambiente e gli stimoli interni al corpo sono raccolti da particolari cellule, i recettori, che in molti animali sono riunite in appositi organi di senso. Altre cellule specializzate, i neuroni, elaborano gli stimoli e inviano una risposta adeguata agli organi interessati.
2 LEZIONE NUTRIZIONE, RESPIRAZIONE, CIRCOLAZIONE E RIPRODUZIONE
Gli animali, che assumono il cibo con la nutrizione, possono essere erbivori, carnivori, onnivori o filtratori e possiedono organi per la digestione.
Con la respirazione esterna gli organismi immettono ossigeno nell’organismo ed eliminano anidride carbonica; con la respirazione interna le cellule producono energia. Negli animali più semplici, ossigeno e anidride carbonica diffondono da una cellula all’altra; negli anfibi avviene anche attraverso la superficie del corpo; gli animali acquatici respirano con le branchie, quelli terrestri con le trachee e i polmoni.
L’apparato circolatorio trasporta l’ossigeno e i prodotti della digestione a tutte le cellule del corpo. Le sostanze di rifiuto sono eliminate attraverso l’apparato escretore.
Gli animali, quando raggiungono la maturità, sono in grado di riprodursi. La riproduzione può essere asessuata o sessuata.
LEZIONE PORIFERI E CNIDARI
3
Il phylum dei poriferi comprende le spugne, animali acquatici sessili con il corpo a forma di sacco. L’acqua, che trasporta ossigeno e microrganismi, entra dai pori ed esce attraverso un’apertura più grande, l’osculo. La riproduzione è asessuata e può avvenire per gemmazione o per frammentazione
Il phylum degli cnidari comprende meduse e coralli. I celenterati hanno due diverse forme del corpo: il polipo, a forma di imbuto, che vive fisso al fondale, e la medusa, a forma di ombrello, che è libera di muoversi. Il corpo dei celenterati è formato da un tessuto esterno, l’ectoderma, da una cavità interna, il celenteron, che contiene le cellule per la digestione, e da un tessuto interno, l’endoderma. La riproduzione dei celenterati avviene sia per via sessuata sia per via asessuata.
4
LEZIONE VERMI E MOLLUSCHI
I platelminti sono i vermi con il corpo piatto e allungato: hanno simmetria bilaterale e un apparato digerente con una sola apertura. I nematodi sono i vermi cilindrici, per lo più parassiti, con il corpo rivestito da una cuticola elastica. Hanno un apparato digerente con due aperture: la bocca da cui entra il cibo e l’ano per eliminare le sostanze di rifiuto. Gli anellidi sono vermi, terrestri e acquatici, con il corpo diviso in segmenti a forma di anelli, i metameri, che si ripetono lungo tutto il corpo e contengono gli stessi organi. I molluschi sono animali dal corpo molle, spesso protetto da una conchiglia. I molluschi acquatici respirano con le branchie, quelli terrestri con polmoni primitivi. I molluschi sono suddivisi in gasteropodi, come le chiocciole, bivalvi, come le vongole e cefalopodi, come le seppie.
5 LEZIONE ARTROPODI ED ECHINODERMI
Il phylum degli artropodi comprende miriapodi, aracnidi, crostacei e insetti. Il corpo degli artropodi è protetto da un esoscheletro di chitina, che non cresce con l’organismo ma è periodicamente sostituito con la muta. Nell’esoscheletro si inseriscono le appendici articolate, che permettono il movimento.
Gli echinodermi sono animali acquatici con il corpo coperto da piastre calcaree che formano il dermascheletro, dove sono inseriti aculei e spine. Il movimento avviene attraverso i pedicelli ambulacrali. La riproduzione è sessuata; la larva ha una simmetria bilaterale e una corda che sostiene il corpo. Queste caratteristiche scompaiono nell’adulto.
1 LEZIONE SOSTEGNO, MOVIMENTO, RISPOSTA AGLI STIMOLI
1 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. Gli animali sono organismi eterotrofi.
b. La locomozione è legata all’apparato escretore.
c. L’idroscheletro è tipico dei molluschi.
d. Un animale senza capo e coda ha simmetria raggiata.
e. I lombrichi possiedono il celoma.
2 Scegli la soluzione corretta.
a. Gli animali sono:
1 unicellulari.
2 procarioti.
3 autotrofi.
4 eterotrofi.
b. La conchiglia è un esempio di:
1 idroscheletro.
2 esoscheletro.
3 endoscheletro.
4 dermascheletro.
c. Il movimento degli animali è reso possibile:
1 dal sistema muscolare e scheletrico.
2 dal celoma.
3 dal sistema nervoso.
4 dall’apparato circolatorio.
2 LEZIONE NUTRIZIONE,
RESPIRAZIONE, CIRCOLAZIONE E RIPRODUZIONE
3 Sottolinea il termine corretto tra i due proposti.
a. Nella riproduzione asessuata/sessuata da un solo organismo ne hanno origine altri identici al genitore.
b. I gameti sono gli organi tipici della riproduzione asessuata/sessuata.
c. La gemmazione è un tipo di riproduzione degli invertebrati/dei vertebrati.
d. Le ovaie sono gli organi che fanno parte delle gonadi dei maschi/delle femmine
4 Abbina i termini con l’apparato corretto.
1. Bocca
2. Trachee
3. Vene
4. Superficie corporea
5. Gonadi
a Apparato riproduttore
b Apparato escretore
c Apparato circolatorio
d Apparato digerente
e Apparato respiratorio 1. 2. 3. 4. 5.
5 Completa il brano con i termini corretti.
I vertebrati possiedono un apparato formato da un
e da due tipi di vasi (le vene e le ) che formano un circuito al cui interno scorre il .
3 LEZIONE PORIFERI E CNIDARI
6 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. Il nome comune dei poriferi è coralli.
b. Attraverso l’osculo l’acqua entra nella spugna.
c. I poriferi sono organismi sessili.
d. Il celenteron è la cavità interna del corpo dei celenterati.
e. Nei celenterati esiste una primitiva rete di cellule nervose.
7 Osserva il disegno e inserisci accanto a ogni termine il numero corrispondente.
4
LEZIONE VERMI E MOLLUSCHI
8 Scegli la soluzione corretta.
a. La definizione di vermi piatti è tipica del phylum dei:
1 platelminti.
2 nematodi.
3 anellidi.
4 molluschi.
b. I nematodi:
1 respirano con le branchie.
2 sono ermafroditi.
3 presentano dimorfismo sessuale.
4 hanno i metameri.
c. I policheti appartengono al phylum:
1 dei platelminti.
2 dei nematodi.
3 degli anellidi.
4 dei molluschi.
9 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. Tutti i molluschi sono protetti da una conchiglia esterna.
b. I bivalvi sono molluschi.
c. La bocca dei gasteropodi è provvista di radula.
d. I molluschi acquatici hanno le branchie.
e. Le seppie si riproducono asessualmente.
10 Osserva il disegno e inserisci accanto a ogni termine il numero corrispondente.
5 LEZIONE ARTROPODI ED ECHINODERMI
11 Sottolinea le parole sbagliate presenti nel brano.
Negli artropodi marini, che devono sopportare pressioni molto deboli, l’endoscheletro è impregnato di sali di calcio che lo rendono più elastico e duro come le piastre di una corazza.
12 Osserva il disegno e inserisci accanto a ogni termine il numero corrispondente.
Cuori dorsali
Intestino
Antenne Bocca Occhi composti Zampe articolate
13 Abbina i termini con la definizione corretta.
1. Cefalotorace
2. Occhi composti
3. Corda
4. Pedicelli ambulacrali
5. Dermascheletro
a Cordoncino di cartilagine che sostiene il corpo.
b Insieme di piastre calcaree incluse nello spessore della pelle.
c Tubicini con i quali gli echinodermi si spostano e afferrano le prede.
d Parte del corpo degli artropodi primitivi.
e Organi visivi degli insetti. 1. 2. 3. 4. 5.
Ano Setole Cuori Cordone nervoso
LEGGERE UN GRAFICO IN MODO CRITICO
1 Osserva il grafico e rispondi alle domande.
RIVARE INFORMAZIONI DALLE IMMAGINI RICERCARE INFORMAZIONI IN RETE
4 Scrivi in corrispondenza di ciascuna foto di quale insetto si tratta.
a. Che cosa rappresenta il grafico?
b. Qual è il phylum di animali più numeroso?
c. Sai calcolare all’incirca la percentuale totale degli invertebrati?
d. Sai spiegare le ragioni di questa distribuzione degli animali?
RIFLETTERE E SPIEGARE
2 Spiega la frase seguente.
Gli animali acquatici che vivono ancorati ai fondali sono avvantaggiati dalla simmetria raggiata.
INDIVIDUARE CARATTERISTICHE E SPIEGARE
3 Spiega la differenza tra esoscheletro e dermascheletro.
Abbina il disegno di ogni apparato boccale con 1. 2. 3.
Rispondi alle domande.
a. Quale apparato è più adatto a triturare frammenti di vegetali?
b. Quale apparato è adatto a succhiare il nettare?
c. Quale apparato è adatto a pungere e succhiare?
INTERPRETARE E COMMENTARE UN MODELLO
5 Come si definisce la circolazione?
artropodi altri invertebrati vertebrati
Confronta i modelli dell’apparato circolatorio aperto e di quello chiuso
8 Leggi il brano.
GIORNATA MONDIALE DELLE API
RICAVARE INFORMAZIONI DALLE IMMAGINI
7 Osserva il disegno che rappresenta il corpo di una spugna e rispondi alle domande.
a. In che direzione si muove il flusso dell’acqua nell’animale?
Il 20 dicembre 2017, l’Assemblea generale delle Nazioni Unite ha dichiarato il 20 maggio di ogni anno la Giornata mondiale delle api, perché sempre più impollinatori in tutto il mondo sono sull’orlo dell’estinzione. Le cause sono molteplici e concatenate: distruzione, degradazione e frammentazione degli habitat, inquinamento (in particolare da pesticidi), cambiamenti climatici e diffusione di specie aliene invasive, parassiti e patogeni. Lo scopo della risoluzione è portare all’attenzione l’importanza delle api e in generale di tutti gli impollinatori per la sicurezza alimentare, la sussistenza di centinaia di milioni di persone e per il funzionamento degli ecosistemi e la conservazione degli habitat. Gli impollinatori sono animali che, visitando i fiori alla ricerca di nettare e polline, s’imbrattano di polline. Visitando i fiori di altre piante, trasferiscono il polline sullo stigma. Attraverso lo stigma il polline giunge poi a fecondare l’ovario, permettendo così la riproduzione della pianta. Circa il 70% delle colture agrarie mondiali beneficia dell’impollinazione animale. In Europa la produzione di circa l’80% delle coltivazioni dipende dall’attività degli insetti impollinatori.
(Tratto e adattato dal sito ISPRA ambiente)
Rispondi alle domande e svolgi le attività proposte, da solo o in gruppo con i tuoi compagni.
b. Che cosa sono i coanociti?
c. Quale funzione svolgono?
d. Che cosa sono le spicole?
e. Quali cellule producono le spicole?
Come avviene l’impollinazione?
Per quali ragioni le api e tutti gli impollinatori sono importanti per l’ambiente?
Quali fenomeni stanno mettendo a rischio la loro sopravvivenza?
d. Quale percentuale di colture agrarie è connessa con l’attività degli impollinatori?
DIGITAL SKILLS
Ricerca in rete in quali modi è possibile salvare le api dall’estinzione. Prepara una presentazione digitale sull’argomento oppure costruisci un’animazione in coding con scratch o altri programmi.
CLIL
MOLLUSCS
Molluscs are invertebrates. They have a soft body that is often protected by a hard shell. Snails, slugs, clams, cuttlefish and octopuses are all molluscs. Some species live in fresh water and others on land, but most molluscs live in the sea. Water molluscs breathe through gills while land molluscs have a simple lung They reproduce sexually.
■ The classes of molluscs
There are three main classes of molluscs: gastropods, cephalopods and bivalves.
GASTROPODS
This class includes snails and slugs, living both on the earth and in water. They have a large ventral foot that they use to crawl. They also have a radula, a type of tongue with built-in teeth. It helps them to scrape plants. Some gastropods do not have a shell, or they have a very small one. Some of them have very beautiful shells that have a spiral or cone shape.
BIVALVES
This class includes clams, mussels, and oysters Their shell is divided into two parts called valves. Many bivalves must attach to rocks or other surfaces to live. Some live on the sandy seabed. Their foot is shaped like a scythe and they make small jumps if they want to move. They eat by filtering the water in their habitat.
COMPREHENSION EXERCISES
Read the information about molluscs and tick the characteristics for each class in the table below.
Listening
Gastropods
Bivalves
Cephalopods
CEPHALOPODS
This class includes cuttlefish, squids and octopuses. They have strong tentacles and a mouth with a hard beak. They swim using their tentacles or by blowing out water from a muscular tube called a siphon. They also use their tentacles to pick up food and put it in their mouth. They do not usually have a shell but sometimes they have a very delicate bone inside their body.
ventral scythe tentacles swim crawl small jumps scrape plants block their food filter water
GILLS branchie LUNG polmone
lossario
snail
clam
oyster
octopus
squid
slug
IL REGNO DEGLI ANIMALI: I VERTEBRATI
BUONE NOTIZIE per il futuro!
PESCA RESPONSABILE
Per rispondere alle richieste del mercato, la pesca è diventata un’attività intensiva e indiscriminata, come l’agricoltura. La pesca a strascico eseguita con una larga rete trainata da una barca calata fino al fondale, raccoglie tutto ciò che incontra, comprese le specie non commestibili, come coralli, delfini e tartarughe marine. Questa tecnica causa la distruzione dei fondali e danneggia la biodiversità marina spesso in modo irreversibile. Rispettare l’ecosistema, proteggere la biodiversità e lasciare in mare abbastanza pesci da permettere alla specie di riprodursi, sono gli scopi della pesca sostenibile. In termini più semplici significa prelevare dal mare solo ciò che serve e usare attrezzi artigianali a basso impatto sull’ambiente e sulla fauna marina.
L’acquacoltura praticata nelle fish farm rappresenta una valida alternativa alla pesca intensiva, anche perché il pesce allevato ha le stesse proprietà nutrizionali di quello pescato. Anche noi consumatori possiamo contribuire alla pesca responsabile, per esempio controllando che sull’etichetta del pesce che acquistiamo sia riportato il nome completo dell’esemplare, l’origine, se è pescato o allevato e se è fresco o decongelato.
Acquacoltura • Pratica di allevamento di pesci, molluschi, crostacei e alghe che può essere realizzata in acque salate, salmastre o dolci.
Pesca intensiva • Consiste nel prelevare troppi pesci dal mare, superando la naturale capacità di ricrescita di alcune specie in determinate zone. Se questo problema si ripete, anno dopo anno, quella specie è a rischio estinzione.
Parole per capire
1 LEZIONE I PESCI
FLIPPED CLASSROOM
Esplora l’oggetto interattivo e scrivi le risposte sul quaderno.
Il Parco Nazionale Arcipelago Toscano
1 La posizione della corda dorsale negli urocordati, nei cefalocordati e nei vertebrati.
tubo neurale corda
tubo neurale corda
1. Quali sono le caratteristiche del parco?
2. Quali sono le caratteristiche delle specie vegetali che vi crescono?
3. Quali sono i vertebrati che vivono sulle isole?
4. Quali tipi di organismi marini sono descritti nelle immagini?
5. Che cos’è un endemismo? Perché è importante tutelare le specie endemiche?
ORA FERMA L’IMMAGINE!
Dai un titolo e scrivi una didascalia per ogni immagine.
1 I CORDATI
2 Da adulti le ascidie sono animali sessili e dalla forma a sacco.
UROCORDATO
CEFALOCORDATO
VERTEBRATO
Tutti gli animali che ci sono più familiari appartengono al phylum dei cordati: cani, gatti, pesci, lucertole, rane e piccioni, ma anche gli esseri umani, hanno tutti in comune un’importante caratteristica anatomica, quella di possedere una struttura di sostegno, la corda dorsale Grazie alla corda dorsale, i cordati hanno potuto compiere uno straordinario balzo evolutivo, riuscendo a occupare i più diversi tipi di ambienti.
Il phylum dei cordati comprende animali dotati, almeno in una fase della loro vita, di una corda dorsale per sostenere il corpo.
Tutti i cordati hanno simmetria bilaterale e possiedono un tubo neurale, cioè un cordone cavo di tessuto nervoso, posto sopra la corda dorsale, che si dilata nella testa per formare il cervello. Corda dorsale e tubo neurale si estendono dorsalmente, mentre gli organi dell’apparato circolatorio, respiratorio e digerente sono posti nella zona ventrale. Nei cordati si distinguono tre raggruppamenti: urocordati, cefalocordati e vertebrati 1
Gli urocordati sono i cordati più primitivi; la corda dorsale, che è presente solo nelle larve, è limitata alla coda. Sono organismi marini, come l’ascidia, un animale molto semplice che conduce vita libera allo stadio larvale e da adulto si fissa al fondo perdendo sia la coda sia la corda dorsale 2 .
Nei cefalocordati la corda dorsale si estende per tutta la lunghezza del corpo e rimane per tutta la vita. Il cefalocordato più studiato è l’anfiosso 3 , un animale con il corpo simile a quello di un pesce ma che vive affondato nel fango e nella sabbia.
2 LE CARATTERISTICHE DEI VERTEBRATI
I vertebrati formano il gruppo più numeroso e diversificato dei cordati. La corda dorsale, che si estende dalla coda fino al cervello, è presente solo nell’embrione: nell’adulto è sostituita dalla colonna vertebrale formata da ossa articolate tra loro, le vertebre I vertebrati si dividono in cinque classi: pesci, anfibi, rettili, uccelli e mammiferi.
I vertebrati sono animali molto diversi tra loro, ma tutti con una caratteristica comune: possiedono la colonna vertebrale. Vediamo quali sono le altre loro caratteristiche generali.
• La colonna vertebrale è l’asse portante dell’endoscheletro, una struttura scheletrica interna in grado di sostenere il corpo e facilitarne i movimenti. Lo scheletro è formato da due tipi di tessuto: il tessuto osseo, rigido, e il tessuto cartilagineo, meno rigido ma più flessibile.
• Il corpo ha simmetria bilaterale.
• La superficie del corpo è protetta dalla pelle, un organo formato da un tessuto di rivestimento piuttosto sottile che avvolge tutto il corpo dell’animale. Per aumentare la protezione esterna, sulla pelle vi sono diversi tipi di formazioni: scaglie nei pesci 4 a , squame nei rettili 4 b , penne negli uccelli 4 c e peli nei mammiferi 4 d . La pelle degli anfibi invece non ha strutture protettive: per questo si dice che è nuda.
3 Un anfiosso.
4 La pelle dei vertebrati.
• Il sistema circolatorio è chiuso e il cuore provvede a spingere il sangue in tutto il corpo.
• I vertebrati acquatici respirano l’ossigeno disciolto nell’acqua attraverso le branchie 5 , quelli terrestri respirano attraverso i polmoni
• I pesci, gli anfibi e i rettili regolano la temperatura corporea con quella dell’ambiente: questi vertebrati sono definiti eterotermi o a “sangue freddo”. Gli uccelli e i mammiferi invece sono in grado di mantenere costante la temperatura del loro corpo indipendentemente dalle condizioni ambientali: sono detti omeotermi, o a “sangue caldo”.
• La riproduzione è sessuata e i sessi sono separati; la fecondazione può essere interna o esterna secondo l’ambiente.
In base alle modalità di sviluppo dell’embrione, i vertebrati vengono distinti in tre gruppi: ovipari, ovovivipari e vivipari. Negli animali ovipari la femmina depone numerose uova protette dal guscio e l’embrione si sviluppa grazie alle sostanze nutritive contenute nell’uovo. Sono ovipari i pesci, gli anfibi, i rettili, gli uccelli e alcuni mammiferi (l’echidna e l’ornitorinco).
5 Come sono fatte le branchie.
6 Come è fatto un pesce.
Negli animali ovovivipari l’uovo fecondato rimane nel corpo della femmina; al termine dello sviluppo embrionale, la femmina depone l’uovo e alla schiusa esce il piccolo completamente formato. Appartengono a questo gruppo le vipere.
Negli animali vivipari l’embrione si sviluppa nel corpo della femmina, che lo nutre attraverso la placenta. Terminato lo sviluppo dell’embrione, la femmina partorisce il piccolo. La maggior parte dei mammiferi è vivipara.
3 I PESCI
I pesci sono animali eterotermi esclusivamente acquatici 6 .
L’apparato digerente è composto dalla bocca munita di denti, dall’esofago, dallo stomaco e dall’intestino che termina con l’ano. branchie
La respirazione avviene attraverso le branchie poste ai lati del capo.
cuore
Il sistema scheletrico è formato dal cranio e dalla colonna vertebrale, chiamata lisca
Anatomia di un pesce osseo
Anatomia di un pesce cartilagineo
cuore con 2 cavità branchie tessuti
L’apparato circolatorio è di tipo chiuso e semplice: il sangue rimane sempre all’interno dei vasi sanguigni e passa una sola volta per il cuore, che è diviso in due cavità (un atrio e un ventricolo).
Sono divisi in due sottoclassi: i pesci cartilaginei, che hanno lo scheletro formato da cartilagine, e i pesci ossei, che hanno lo scheletro di tessuto osseo. Gli organi di senso più sviluppati sono la linea laterale e le narici. La linea laterale, ben visibile sui fianchi dei pesci ossei, è costituita da una serie di pori che comunicano con un canale interno. In questo canale sono presenti delle cellule nervose capaci di rilevare i cambiamenti di pressione dell’acqua circostante. Grazie alla linea laterale i pesci si accorgono dell’avvicinarsi di una preda o della presenza di un ostacolo. Le narici, dove ha sede l’olfatto, permettono ai pesci di percepire l’odore del cibo.
I pesci possiedono diversi adattamenti per vivere e muoversi nell’acqua:
• il corpo ha forma idrodinamica, cioè affusolata, adatta a ridurre la resistenza dell’acqua; esternamente è rivestito di scaglie, piccole placche sovrapposte come le tegole di un tetto, che favoriscono lo scorrimento dell’acqua sul corpo;
• si muovono grazie a organi specializzati, le pinne, che si distinguono in pari e impari: pari sono le due coppie poste sul petto e sul ventre, impari sono la pinna anale, la pinna dorsale e la pinna caudale 7
• la pelle è viscida, perché ricoperta da muco secreto da particolari ghiandole che riduce l’attrito con l’acqua.
Nei pesci la fecondazione è esterna: le uova sono fecondate dagli spermatozoi sparsi che il maschio libera all’esterno del corpo della femmina. La maggior parte dei pesci è ovipara e le uova sono avvolte in un involucro gelatinoso 8 . Esistono tuttavia alcune specie di squali e torpedini che sono vivipare.
Squali, razze e torpedini sono pesci cartilaginei: hanno la bocca ventrale, la pinna caudale divisa in due parti disuguali e le scaglie sono dentellate per favorire il movimento nell’acqua.
Durante la respirazione, l’acqua entra attraverso gli spiracoli, particolari aperture poste vicino agli occhi, e fuoriesce dalle fessure branchiali, che si aprono direttamente all’esterno.
Salmoni, trote e gran parte dei pesci marini sono pesci ossei: la bocca è terminale e la pinna caudale è divisa in due parti uguali. Inoltre, i pesci ossei possiedono la vescica natatoria, una sacca piena di gas che permette ai pesci di regolare il galleggiamento: riempiendola di gas, il pesce si sposta verso la superficie; svuotandola, scende verso il fondo.
Durante la respirazione, l’acqua entra dalla bocca ed esce dalle fessure branchiali, che sono coperte da una specie di coperchio, l’opercolo, che i pesci cartilaginei non hanno.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. La principale caratteristica dei cordati è la presenza della corda dorsale.
2. I cordati più antichi sono gli urocordati.
3. Tutti i vertebrati hanno simmetria raggiata.
4. La maggior parte dei pesci respira attraverso i polmoni.
5. Tutti i pesci possiedono la vescica natatoria.
VERSO LE COMPETENZE
Spiega il significato dei termini evidenziati nel brano.
7
8 Il gattuccio è una specie di squalo che depone le uova e le àncora ai rami delle gorgonie.
«Nei pesci la fecondazione è esterna: le uova sono fecondate dagli spermatozoi sparsi che il maschio libera all’esterno del corpo della femmina. La maggior parte dei pesci è ovipara e le uova sono avvolte in un involucro gelatinoso. Alcuni pesci, come gli squali e le torpedini, sono vivipari».
Pinne con diverse funzioni.
pinna dorsale
pinna anale
linea laterale
pinna ventrale
pinna pettorale
pinna caudale
2 LEZIONE GLI ANFIBI E I RETTILI
FLIPPED CLASSROOM
Esplora la galleria di immagini e scrivi le risposte sul quaderno.
1. Spiega perché è stato dato il titolo “Pesci fuor d’acqua”.
2. Quali soluzioni hanno adottato gli animali descritti per poter respirare anche fuori dall’acqua?
3. Quali sono le caratteristiche del pesce di terra? Che cosa lo differenzia dal saltatore del fango?
4. Quali pesci hanno sviluppato polmoni primitivi?
5. Perché alcuni pesci possono spiegare in che modo gli anfibi discendono dai pesci?
1 GLI ANFIBI
Rane, rospi, tritoni e salamandre appartengono alla classe degli anfibi. Questo termine, che significa “doppia vita”, specifica che il ciclo vitale degli anfibi attraversa due diverse fasi: la prima in acqua, la seconda sulla terraferma 1 . Le uova vengono deposte e fecondate nell’acqua, dove i giovani anfibi vivono fino a quando diventano adulti. Solo allora escono dall’acqua per vivere sulla terraferma, ma restano sempre in zone umide, in prossimità di fiumi, laghi e stagni.
1 Il ciclo vitale della rana.
1. La femmina depone nell’acqua molte uova microscopiche protette da un involucro gelatinoso
2. Alla schiusa delle uova, fuoriescono piccole larve simili a pesci, i girini.
4. I girini subiscono una lunga metamorfosi: la coda si accorcia, si modifica la forma del corpo, si sviluppano le zampe e i polmoni
3. I girini vivono per tre mesi nell’acqua, respirando con le branchie, nuotando per mezzo dei movimenti della coda e cibandosi di alghe e di piccoli crostacei.
Pesci fuor d’acqua
Gli anfibi si riproducono sessualmente e sono ovipari; depongono nell’acqua una grande quantità di uova che vengono fecondate all’esterno del corpo della femmina. Sono animali eterotermi. D’inverno, quando le temperature si abbassano, molte specie di anfibi scavano buche nel terreno, vicino ai corsi d’acqua, e lì si riparano entrando in uno stato di ibernazione, durante il quale le funzioni vitali sono ridotte al minimo. Il corpo degli anfibi è rivestito da una pelle sottile e nuda, cioè priva di formazioni cornee protettive, ma tenuta costantemente viscida dal muco prodotto dalle ghiandole. La respirazione è sia polmonare sia cutanea. Il muco della pelle, infatti, trattiene l’acqua dalla quale gli animali ricavano l’ossigeno 2
Gli anfibi possiedono quattro zampe; quelle posteriori hanno dita palmate, cioè unite tra loro da membrane di pelle che facilitano il nuoto.
2 Come è fatto un anfibio.
Gli anfibi hanno il cuore diviso in tre cavità: due atri e un ventricolo. La circolazione sanguigna è doppia (il sangue passa due volte nel cuore) e incompleta (il sangue ossigenato proveniente dai polmoni e quello ricco di anidride carbonica proveniente dal resto del corpo si mescolano tra loro nel ventricolo).
Gli anfibi sono classificati in tre ordini: gli (senza coda), che comprendono le rane, le raganelle e i rospi (con coda), che comprendono le salamandre e i tritoni 3 b ; gli apodi
3 Gli ordini degli anfibi.
4 Come è fatto un rettile.
cervello
cervello
2 I RETTILI
I rettili sono stati i primi vertebrati terrestri a svincolarsi completamente dall’acqua grazie ad alcune caratteristiche che li rendono particolarmente adatti a vivere sulla terraferma 4
polmoni
colonna vertebrale
colonna vertebrale
stomaco
gonade
rene
polmone
cuore
polmoni
5 L’uovo dei rettili.
liquido amniotico
sacco amniotico
camera d’aria
tuorlo
fegato gonade stomaco
rene
intestino
La respirazione avviene attraverso i polmoni. La circolazione del sangue è doppia e, nella maggior parte delle specie, incompleta. Il cuore presenta tre cavità (due atri e un ventricolo) in cui il sangue ricco di ossigeno si mescola con quello carico di anidride carbonica. Solo nei coccodrilli il cuore ha due ventricoli e la circolazione è completa.
cuore con 3 cavi
cuore con 3 cavità
tessuti
La pelle è protetta, a seconda delle specie, da squame cornee, da placche o dal carapace, un guscio osseo. Tutte queste strutture impediscono un’eccessiva perdita di acqua (disidratazione) e proteggono l’animale quando si muove sulle superfici ruvide, come la sabbia e le rocce.
La locomozione di molti rettili, come coccodrilli, lucertole e tartarughe, è resa possibile da due paia di zampe, che permettono agli animali di muoversi anche sui terreni più difficili: sono piuttosto corte, inserite ai lati del corpo e con le dita rivolte verso l’esterno. Altri rettili, come i serpenti, non possiedono zampe ma si muovono strisciando sul terreno.
In tutti i rettili la fecondazione è interna e questo costituisce un vantaggio per la vita terrestre in quanto l’uovo fecondato rimane protetto all’interno del corpo materno.
embrione
albume guscio
allantoide
Le uova sono deposte direttamente a terra perché possiedono un guscio membranoso, resistente e flessibile, che impedisce loro di essiccarsi ma che lascia passare l’aria necessaria alla respirazione dell’embrione. Generalmente i rettili non covano e le uova si schiudono al calore del Sole. Le uova dei rettili contengono il tuorlo, composto da una grande quantità di sostanze nutritive necessarie allo sviluppo dell’embrione. Sono, inoltre, uova amniotiche perché al loro interno si forma una specie di sacco, il sacco amniotico, ripieno di liquido, dove l’embrione si accresce nutrendosi delle sostanze nutritive del tuorlo. Le sostanze di rifiuto sono raccolte in un altro sacco, l’allantoide, ed eliminate 5 .
Fu proprio grazie alle caratteristiche delle loro uova che i rettili del Mesozoico, tra cui i famosi dinosauri, poterono diventare i dominatori indiscussi della Terra per oltre 100 milioni di anni.
Anche i rettili, come gli anfibi, sono eterotermi; si nascondono nella sabbia o sotto i sassi quando fa molto caldo e vanno in ibernazione durante l’inverno.
La classe dei rettili è divisa in tre ordini:
• i cheloni sono rettili protetti da un guscio osseo, il carapace, dentro il quale ritirano la testa e gli arti in caso di pericolo; comprendono le testuggini (terrestri) e le tartarughe (acquatiche) 6 a .
• gli squamati sono rettili con il corpo coperto da squame; comprendono le lucertole, i ramarri e i serpenti 6 b
• i loricati, parola che significa “armatura”, hanno il corpo coperto da placche cornee che formano una specie di corazza: comprendono i coccodrilli e gli alligatori 6 c .
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Completa le frasi con i termini corretti.
6 Gli ordini dei rettili.
1. Rane, rospi, tritoni e salamandre appartengono alla classe degli . 2. Il termine “anfibio” significa “doppia ”, perché il ciclo vitale degli anfibi attraversa due diverse fasi: la prima in acqua, la seconda sulla terraferma.
3. Gli anfibi sono : le uova sono deposte nell’acqua, dove vengono fecondate.
4. Le uova dei rettili sono deposte direttamente a terra perché possiedono un , resistente e flessibile, che impedisce loro di essiccarsi.
VERSO LE COMPETENZE
Fornisci le definizioni dei termini evidenziati nel brano.
«I rettili sono stati i primi vertebrati terrestri a svincolarsi completamente dall’acqua. La pelle è protetta, a seconda delle specie, da squame cornee, da placche o dal carapace, un guscio osseo.»
Descrivi le caratteristiche delle uova di pesci, anfibi e rettili e metti in evidenza le loro differenze.
3 LEZIONE GLI UCCELLI
FLIPPED CLASSROOM
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
Dai dinosauri agli uccelli
1. Quale straordinario fossile è stato ritrovato nel 1861 nei pressi di Solnhofen, in Germania?
2. Archaeopteryx era in grado di volare attivamente? Da che cosa lo si può dedurre?
3. Quale processo ha favorito la comparsa degli uccelli?
4. Perché si ritiene che gli uccelli discendano dai dinosauri?
ORA FERMA L’IMMAGINE! Metti in pausa il video nei seguenti punti.
5. Scrivi un breve testo che metta a confronto le caratteristiche dell’Archaeopteryx e del pappagallo.
1 GLI UCCELLI, VERTEBRATI ADATTI AL VOLO
1 Strategie per il volo.
Lo scheletro è molto leggero, formato da ossa robuste, ma cave all’interno e piene d’aria.
Il cranio piccolo, con la bocca munita di becco, contribuisce alla forma aerodinamica del corpo.
I movimenti delle ali sono resi possibili da muscoli molto robusti, inseriti su una cresta ossea che sporge dallo sterno, la carena
Gli uccelli si distinguono da tutti gli altri vertebrati per la loro capacità di volare, grazie alla quale hanno potuto occupare nuovi ambienti di vita. La struttura corporea aerodinamica, adatta a fendere l’aria, rende gli uccelli particolarmente adatti al volo 1
ala
carena
penne timoniere
penne remiganti
muscoli per il volo
I sacchi aerei, diramazioni dei polmoni, si insinuano nelle ossa cave e alleggeriscono ulteriormente il corpo.
Gli arti anteriori sono trasformati in ali e la loro superficie è resa più ampia dalla presenza delle penne. Le grandi penne delle ali sono chiamate remiganti perché battono l’aria durante il volo come i remi di una barca. Le penne timoniere che ricoprono la coda servono a dare la direzione.
Per mantenere caldo il corpo, occorre anche limitare la quantità di calore che viene disperso: a questo provvedono le piume, morbide e flessibili, che ricoprono il corpo funzionando da isolante termico.
Anche le penne contribuiscono a ridurre la dispersione del calore ma hanno una fun zione preminente nel volo. Le penne sono costituite da una parte infissa nella cute, il calamo, da una parte esterna formata dal rachide, che è la continuazione del calamo, e dal vessillo, che si diparte ai due lati del rachide 2 . Il vessillo è a sua volta formato da filamenti via via più sottili, chiamati barbe e barbule. Le barbule si dipartono ai lati delle barbe e in molte specie presentano, nel tratto ter minale, dei piccoli uncini con i quali si agganciano tra di loro rendendo il vessillo più compatto e le penne più aerodinamiche.
Per volare gli uccelli hanno bisogno di una grande quantità di energia: per questa ragio ne il sistema respiratorio e quello circolatorio devono essere molto efficienti
3 Come è fatto un uccello.
esofago
ingluvie
fegato
pancreas
cloaca ventriglio
intestino
polmoni
cuore con 4 cavità
tessuti
La circolazione del sangue è doppia e completa; il cuore è suddiviso in due atri e due ventricoli e il sangue vi transita due volte. In questo modo il sangue ricco di ossigeno che arriva dai polmoni non si mescola mai con quello carico di anidride carbonica che proviene da tutti i tessuti del corpo.
Gli uccelli cantano soprattutto al mattino
Secondo gli ornitologi, gli scienziati che studiano gli uccelli e i loro comportamenti, gli uccelli prediligono il mattino per dare prova della loro forma fisica. Gli uccelli diurni, infatti, si nutrono durante il giorno e, di conseguenza, al mattino sono più deboli. Cantare all’alba è quindi una tecnica utilizzata dai maschi per dimostrare alle femmine di essere sani e pieni di energia già dal mattino.
vessillo rachide
calamo
SI DICE CHE…
4 Cova di un uovo e nutrimento dei piccoli in due specie di uccelli.
Gli uccelli respirano con i polmoni, ma la loro capacità respiratoria è potenziata dai sacchi aerei dentro i quali si accumula dell’aria aggiuntiva.
L’elevata quantità di calore prodotto dal metabolismo viene conservata dall’organismo. Gli uccelli, infatti, sono animali omeotermi, o a “sangue caldo”: la temperatura del loro corpo si mantiene costante su valori compresi tra 40 e 43 °C, indipendentemente dalle condizioni ambientali.
Per afferrare e introdurre il cibo gli uccelli usano il becco, che ha una forma e dimensioni particolarmente adatte al tipo di alimentazione. L’apparato digerente degli uccelli presenta degli aspetti particolari. Il becco è privo di denti e, pertanto, il cibo non può essere triturato e sminuzzato in bocca; a ciò provvedono due strutture dell’apparato digerente, l’ingluvie e il ventriglio. L’ingluvie, o gozzo, è un’ampia dilatazione dell’esofago, dove il cibo viene immagazzinato e inumidito dai succhi gastrici.
Dall’ingluvie il cibo passa nello stomaco e nel ventriglio, un sacco muscolare che contiene dei piccoli sassi inghiottiti dall’uccello. Quando le sue pareti si contraggono, i sassi schiacciano il cibo che passa successivamente nell’intestino.
L’intestino termina con la cloaca, un’apertura in comune con gli apparati escretore e riproduttore.
Gli uccelli sono ovipari e l’uovo è amniotico, come quello dei rettili. Dopo la fecondazione, che è interna, la femmina depone le uova in un nido e le cova con il calore del corpo: infatti gli embrioni, che sono a “sangue caldo”, morirebbero se la temperatura scendesse eccessivamente 4
La costruzione di un nido e la cova fanno parte delle cure parentali tipiche degli uccelli. Nella maggior parte dei casi questi animali si prendono cura dei loro piccoli anche dopo la nascita: li sfamano, li proteggono, insegnano loro il volo e tutti quei comportamenti indispensabili per la sopravvivenza 5 .
La comunicazione con i propri simili è possibile grazie al canto, una caratteristica tipica degli uccelli. L’emissione dei suoni avviene grazie alla siringe, un organo che si trova all’estremità inferiore della trachea e che funziona come la cassa di risonanza di uno strumento musicale.
5 Una femmina di germano reale con i suoi anatroccoli.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Abbina i termini con la definizione corretta.
1 Piume
2 Amniotico
3 Sacchi aerei
4 Remiganti
5 Ingluvie
a Ampia dilatazione dell’esofago dove il cibo immagazzinato è inumidito dai succhi gastrici.
b Grandi penne delle ali che battono l’aria durante il volo.
c Diramazioni dei polmoni che si trovano nelle ossa cave.
d Contribuiscono alla termoregolazione.
e Uovo dotato di un sacco interno dove si sviluppa l’embrione.
1: 2: 3: 4: 5:
VERSO LE COMPETENZE
Le immagini rappresentano il becco di un’aquila, di un’anatra e di un colibrì.
Analizza la loro forma, descrivila e prova ad attribuire a ognuno di questi uccelli il tipo di alimento di cui si nutre tra quelli sotto rappresentati.
1: 2: 3:
4 LEZIONE I MAMMIFERI
FLIPPED CLASSROOM
Esplora l’oggetto interattivo e scrivi le risposte sul quaderno.
Gli arti dei mammiferi
1. Quali sono le caratteristiche degli arti dei mammiferi? Hanno tutti lo stesso numero di dita?
2. Perché all’interno della classe dei mammiferi si osservano arti dall’aspetto così diverso?
3. Quali tra i mammiferi terrestri hanno gli arti meglio adattati alla corsa?
4. Perché gli arti anteriori dei cetacei assomigliano nell’aspetto alle pinne pettorali dei pesci?
5. Quali sono gli unici mammiferi capaci di volo attivo? Come si sono adattati i loro arti anteriori?
6. Quali mammiferi hanno un arto simile alla nostra mano?
ORA FERMA L’IMMAGINE!
Scrivi un breve testo a commento dell’immagine e spiega il significato di “pollice opponibile”.
1 PERCHÉ SI CHIAMANO MAMMIFERI
I mammiferi sono una classe di vertebrati diffusi in quasi tutti gli ambienti della Terra, in prevalenza terrestri; i pipistrelli hanno conquistato l’ambiente aereo; le balene, i delfini e altri, quello marino.
La principale caratteristica dei mammiferi è la presenza delle ghiandole mammarie, che nelle femmine producono il latte, una soluzione ricca di zuccheri, grassi e proteine, con cui vengono nutriti i cuccioli. Il termine mammifero significa proprio “portatori di mammelle”. Oltre ad allattarli, i mammiferi dedicano molto più tempo degli altri animali alla cura, alla protezione e all’educazione dei piccoli. In questo modo i genitori trasmettono alla prole conoscenze e abilità necessarie per la loro sopravvivenza 1
cura dei cuccioli.
2 LE CARATTERISTICHE DEI
MAMMIFERI
I mammiferi sono animali omeotermi: la loro temperatura corporea si mantiene costante intorno ai 36-40 °C. In base al loro ambiente di vita, la pelle dei mammiferi presenta caratteristiche differenti. Gli orsi sono coperti da peli che formano una vera e propria pelliccia che funziona da isolante termico e permette loro di adattarsi anche ai climi più rigidi 2 a ; rinoceronti ed elefanti hanno la pelle coperta da peli radi o da peluria 2 b ; nell’istrice, nel riccio e nell’echidna i peli sono trasformati in aculei e sono uno strumento di difesa 2 c ; delfini e balene sono completamente privi di peli per meglio adattarsi alla vita nell’acqua 2 d .
La pelle è anche ricca di ghiandole sudoripare che producono il sudore, una soluzione acquosa: quando la temperatura esterna è elevata, il sudore evapora disperdendo il calore del corpo all’esterno.
SI DICE CHE…
Cani e gatti sudano attraverso la lingua
Quando fa caldo, cani e gatti ansimano, cioè respirano a bocca aperta per disperdere il calore in eccesso accumulato dal corpo; anche la dilatazione dei vasi sanguigni a livello delle orecchie e del muso contribuisce ad abbassare la temperatura corporea. Questi animali, tuttavia, sono dotati di ghiandole sudoripare che si concentrano in alcune parti del corpo, per esempio sotto i cuscinetti plantari delle zampe. La prova? Quando fa molto caldo, cani e gatti lasciano sulle superfici lucide delle impronte umidicce di sudore.
Lo scheletro comprende il tronco, quattro arti e il capo, costituito da un cranio che protegge un cervello piuttosto voluminoso. Il sistema nervoso è molto sviluppato, superiore per capacità a quello di qualsiasi altro vertebrato: lo strato superficiale del cervello, la corteccia cerebrale, presenta dei ripiegamenti, detti circonvoluzioni, che sono la sede del ragionamento e dell’apprendimento.
Gli arti sono molto diversificati, secondo le abitudini di vita e l’ambiente in cui gli animali vivono; sono dotati di 4-5 dita, a volte trasformate in zoccolo o provviste di artigli.
2 Il rivestimento dei mammiferi.
3 L’apparato digerente dei ruminanti.
Mucche, pecore, giraffe, cervi brucano una grande quantità di erba, che ingoiano senza masticarla. Il cibo si accumula nel rumine, una specie di sacca dello stomaco; passa poi nel reticolo, dove viene ridotto a una massa pastosa. Quando l’approvvigionamento è sufficiente, gli erbivori richiamano l’erba alla bocca e la triturano con i denti molari. Successivamente ingoiano nuovamente il cibo, che passa in altre due sacche, l’omaso e l’abomaso, dove viene completamente digerito.
4 Appena nati gli agnelli sono in grado reggersi sulle zampe e alimentarsi.
esofago
intestino
L’apparato digerente è formato da esofago, stomaco e intestino; nei mammiferi erbivori ruminanti lo stomaco è diviso in quattro sacche per digerire la cellulosa 3 Il tipo di dentatura dei mammiferi è in relazione con il tipo di dieta. A differenza degli altri vertebrati che hanno denti tutti uguali, i mammiferi possiedono quattro tipi di denti: gli incisivi, per spezzare i cibi più duri, i canini, per incidere e strappare, i premolari e i molari per triturare il cibo.
La circolazione sanguigna è doppia e completa; il cuore è diviso in quattro cavità (due atri e due ventricoli) come negli uccelli.
La respirazione avviene attraverso i polmoni. La funzione respiratoria è migliorata dall’azione di un muscolo, il diaframma, che alzandosi e abbassandosi facilita l’ingresso dell’aria nei polmoni e la successiva espulsione. Il diaframma divide in due parti la cavità del corpo: nella cavità toracica sono contenuti il cuore e i polmoni, mentre nella cavità addominale sono collocati gli altri organi.
Quasi tutti i mammiferi sono vivipari, cioè partoriscono piccoli già formati. La fecondazione è interna: la femmina produce una cellula uovo molto piccola che, una volta fecondata, si annida in un particolare organo, l’utero
All’interno dell’utero l’embrione si sviluppa e cresce; esso è nutrito direttamente dal sangue materno attraverso una membrana che lo circonda, la placenta.
Dopo la gestazione, che ha una durata di tempo diversa nelle differenti specie, la madre partorisce il piccolo a un livello di sviluppo molto avanzato 4
3 I MAMMIFERI SI DIVIDONO IN TRE GRUPPI
I mammiferi si dividono in tre sottoclassi:
• i monotremi sono i mammiferi più primitivi. Sono ovipari, ma allattano i piccoli. Il latte fuoriesce dallo sbocco delle ghiandole mammarie e cola lungo un ciuffo di peli, che i cuccioli leccano. Non hanno denti e possiedono un becco corneo. Gli unici rappresentanti dei monotremi vivono in Australia e sono l’ornitorinco 5 a e l’echidna;
abomaso
reticolo
omaso
bocca
• i marsupiali sono vivipari, ma la gravidanza è molto breve, cosicché i piccoli nascono immaturi e proseguono lo sviluppo nel marsupio, una tasca sulla pancia della madre. Comprendono animali come il canguro 5 b e il koala;
• i placentati comprendono la maggior parte dei mammiferi. Sono tutti vivipari e l’embrione completa il suo sviluppo nell’utero della madre, avvolto dalla placenta, come il cavallo 5 c a b c
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. Il sistema nervoso dei mammiferi è poco sviluppato.
5 Le sottoclassi dei mammiferi.
2. La pelle dei mammiferi ha una copertura differente in funzione dell’ambiente di vita.
3. L’omaso è un organo tipico dei carnivori.
4. La circolazione sanguigna dei mammiferi è doppia e completa.
5. L’embrione dei mammiferi è circondato dal diaframma.
6. I monotremi sono ovipari.
VERSO LE COMPETENZE
Forma e dimensioni dei denti dei mammiferi forniscono informazioni sul modo di nutrirsi degli animali. Osserva le foto dei tre mammiferi e attribuisci a ciascun animale la sua dentatura.
Il castoro si nutre di piante legnose e con i suoi denti può abbattere alberi. La sua dentatura corrisponde alla lettera
Il leone è un predatore in cima alla catena alimentare della savana. La sua dentatura corrisponde alla lettera
Il cervo si nutre di erbe, foglie e germogli. La sua dentatura corrisponde alla lettera
visual
GLI ORDINI DEI MAMMIFERI PLACENTATI
I mammiferi sono raggruppati in numerosi ordini a seconda del tipo di alimentazione, della dentatura e delle caratteristiche degli arti.
INSETTIVORI
Sono i placentati più primitivi. Si nutrono di insetti e altri piccoli invertebrati. Comprendono animali come la talpa, il toporagno e i ricci.
CHIROTTERI
Sono in grado di volare grazie alla presenza di una membrana di pelle (il patagio) sugli arti anteriori. Sono predatori notturni ed emettono ultrasuoni per localizzare le prede. Comprendono i pipistrelli.
SDENTATI
Hanno una dentatura ridotta. Sono ricoperti da una corazza (come l’armadillo) oppure da peli (come il formichiere).
RODITORI
Hanno denti incisivi robusti, ma non hanno i canini. Il loro corpo è ricoperto da pelo (come il topo, lo scoiattolo o i castori) oppure da aculei (come l’istrice).
LAGOMORFI
Hanno denti incisivi molto robusti e lunghi a crescita continua. Il labbro superiore è diviso in due. Il pelo cambia colore a seconda della stagione invernale o estiva. Comprendono il coniglio e le lepri.
CARNIVORI
Hanno denti canini grossi e appuntiti con cui lacerano la carne, ma incisivi poco sviluppati. Sono carnivori il cane, il gatto, la tigre, il leone; alcuni sono adattati al nuoto, come il tricheco e la foca.
CETACEI
Sono mammiferi adattati al nuoto: hanno forma idrodinamica e arti anteriori trasformati in pinne. Alcuni hanno i fanoni, denti sottili e fitti con i quali filtrano l’acqua per trattenere i piccoli organismi di cui si cibano. Comprendono la balena, il capodoglio, l’orca e il delfino.
PROBOSCIDATI
Hanno una lunga proboscide, formata dal labbro superiore e dal naso. Gli incisivi superiori sono trasformati in zanne. Comprendono solo gli elefanti.
ARTIODATTILI
Hanno zampe con quattro dita e camminano appoggiando al suolo la punta del terzo e del quarto dito,
PERISSODATTILI
Camminano poggiando al suolo la punta delle dita (che sono tre) trasformate in zoccolo. Comprendono il cavallo, l’asino, la zebra, il tapiro e il rinoceronte.
PRIMATI
Sono i mammiferi più evoluti, con un cervello molto sviluppato. Hanno arti prensili, alcuni con il pollice opponibile. Sono primati le scimmie e l’uomo.
CITTADINANZA ATTIVA
SPECIE A RISCHIO DI ESTINZIONE
Entro il 2100 il 75% delle specie animali e vegetali presenti sulla Terra scomparirà. Questo fenomeno è chiamato sesta estinzione di massa perché è la sesta estinzione che colpisce il nostro pianeta dal tempo della sua nascita. È chiamato anche estinzione dell’Antropocene, per sottolineare ancora di più come le cause scatenanti siano legate alle attività umane. Un evento di questo tipo è in grado di alterare profondamente l’ecosistema terrestre producendo una serie di reazioni che hanno effetti irreversibili.
1 UNIONE INTERNAZIONALE PER LA CONSERVAZIONE DELLA NATURA
ALCUNE SPECIE
A RISCHIO
NEL MONDO
L’Unione Internazionale per la Conservazione della Natura (IUCN) è un’organizzazione non governativa istituita nel 1948, cui partecipano 1200 membri tra Stati, agenzie governative, non governative e organizzazioni internazionali. La sua missione è di “influenzare, incoraggiare e assistere le società in tutto il mondo a conservare l’integrità e la diversità della natura e di assicurare che ogni utilizzo delle risorse naturali sia equo e ecologicamente sostenibile”. Periodicamente lo IUCN pubblica una Lista Rossa, cioè un censimento delle specie animali e vegetali a rischio estinzione 1 Tab. , in modo da identificare le priorità di conservazione a livello nazionale e per concordare programmi internazionali per la conservazione della natura. Da qualche anno è stata istituita la Green List delle aree protette dell’IUCN (Green List IUCN), che ha lo scopo di riconoscere e promuovere su scala mondiale le aree protette che sono governate in modo equo ed efficace. Attualmente la Green List IUCN conta 46 aree protette in 14 paesi in tutto il mondo.
TARTARUGA MARINA (Caretta caretta): la sua sopravvivenza è messa a dura prova dalla cementificazione e dal degrado delle coste, che impediscono la nidificazione, ma anche dalla pesca a strascico e dalla presenza di plastica in mare, che viene ingerita causando la loro morte.
FRINGUELLO ARBORICOLO DI CHARLES (Geospiza pauper): è un fringuello che si trova esclusivamente su un’isola dell’arcipelago delle Galápagos. Il numero di individui attuali è pari a circa 1500 ed è fortemente minacciato dall’introduzione di una mosca particolarmente pericolosa per i piccoli.
BALENOTTERA AZZURRA (Balaenoptera musculus): questa specie, insieme alla balenottera comune, è da sempre minacciata da caccia illegale, inquinamento e eccessivo traffico navale. Il censimento del 2018 rileva una leggera crescita nel numero di individui, probabilmente a seguito di provvedimenti che ne vietano la caccia.
TIGRE (Panthera tigris): costituisce l’anello più alto di tutti gli ecosistemi in cui vive. Oggi sopravvivono circa 3890 individui in tutto il mondo, con una perdita complessiva del 95% di esemplari rispetto al 1900. Le minacce principali sono il commercio illegale di pelle, ossa, vibrisse, coda, cistifellea e tanti organi che vengono usati nella medicina tradizionale orientale.
categoria IUCN
VULNERABILE
SPECIE A RISCHIO IN ITALIA
FARFALLE DIURNE: in Italia circa il 13% delle farfalle diurne su un totale di 288 specie è a rischio estinzione. Questo compromette l’impollinazione delle piante, la loro sopravvivenza e diffusione.
TONNO ROSSO (Thunnus thynnus): a causa del suo elevato valore economico, questa specie è vittima della pesca illegale praticata soprattutto nelle sue zone di riproduzione e in tutto il Mediterraneo.
LUCERTOLA DELLE EOLIE (Podarcis raffoneae): è una specie di lucertola che si è adattata a vivere unicamente sugli scogli delle isole siciliane. Oggi sopravvivono meno di mille esemplari.
AQUILA DI BONELLI (Aquila fasciata): ne esistono solo 20 coppie, concentrate nella sola Sicilia. In Calabria e Sardegna questa specie si è estinta da tempo.
ORSO BRUNO MARSICANO (Ursus arctus marsicanus): esistono solo 50 individui che vivono nel Parco nazionale d’Abruzzo, in Lazio e in Molise.
ROSPO COMUNE (Bufo bufo): è un anfibio molto comune ed è il più grande in Europa. Questa specie è minacciata dalla scomparsa dei siti riproduttivi dovuti alla modifica del suo habitat.
2 LE ATTIVITÀ DELL’UICN IN ITALIA
In Italia fanno parte dell’UICN la Direzione per la Protezione della Natura del Ministero dell’Ambiente, le principali organizzazioni non governative per la protezione dell’ambiente, enti di ricerca e alcune aree protette. Il Comitato Italiano dell’IUCN è impegnato sia nel conseguimento degli obiettivi di conservazione della natura in Italia sia per il contributo che l’Italia può dare alla conservazione della natura nel mondo. Ha inoltre, come missione, la sensibilizzazione dei cittadini nei confronti delle specie maggiormente a rischio e la loro conservazione. Il clima mite e la posizione geografica dell’Italia, infatti, hanno creato condizioni ottimali per il proliferare di molte specie animali, ma a oggi sono circa 270 le specie considerate a rischio estinzione. È compito di tutti conoscere quali sono le specie in pericolo, sia animali sia vegetali, in modo da evitare di compromettere con comportamenti scorretti il loro ambiente di vita. Anche l’adeguamento agli standard della Green List IUCN di parchi e aree protette italiani fanno parte delle attività di conservazione degli ambienti naturali della nostra penisola: dal 2021, insieme al Parco del Gran Paradiso, già presente dal 2014, fanno parte della Green List IUCN il Parco dell’arcipelago toscano e il Parco delle foreste casentinesi.
ESTINTO
ESTINTO IN AMBIENTE SELVATICO
IN PERICOLO CRITICO
IN PERICOLO
VULNERABILE
QUASI MINACCIATA
MINORE PREOCCUPAZIONE
Definitiva certezza che anche l’ultimo individuo della specie è deceduto.
Non esistono più popolazioni naturali di quella specie ma solo individui in cattività.
La popolazione di una specie è diminuita del 90% in dieci anni o l’habitat si è ristretto sotto i 100 km2.
La popolazione di una specie è diminuita del 70% in dieci anni o l’habitat si è ristretto sotto i 5000 km2.
La popolazione di una specie è diminuita del 50% in dieci anni o l’habitat si è ristretto sotto i 20 000 km2
I numeri degli individui non riflettono le situazioni critiche delle categorie precedenti ma vi si avvicinano.
La specie non è a rischio estinzione nel breve-medio periodo.
1
Tab. Le categorie di valutazione del rischio estinzione adottate dall’IUCN.
categoria IUCN
VULNERABILE
RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI
CON LA MAPPA
1 Completa la mappa con le parole chiave mancanti.
se mantengono costante la temperatura del corpo come come
se non sono in grado di regolare la temperatura del corpo
possono essere
penne e 8.
dotati di
dotati di 14. ghiandole mammarie
che hanno la pelle ricoperta di 10. scaglie 5. che subiscono una 11. metamorfosi
2 Inserisci accanto a ogni definizione il numero che corrisponde alla parola chiave usata nella mappa.
a. Ricoprono la pelle dei pesci.
b. Serie di trasformazioni che portano alla nascita di un adulto da un girino.
c. Hanno permesso ai rettili di conquistare la terraferma.
d. Comprende gli animali dotati di una struttura di sostegno.
e. Secernono il latte per la nutrizione dei cuccioli.
che depongono
1. I VERTEBRATI
7. rettili
12. uova amniotiche
3. eterotermi
9.
4.
2.
6.
13.
CON LA SINTESI
1 LEZIONE I PESCI
I cordati sono gli animali dotati di una struttura di sostegno del corpo, la corda. Tutti i cordati hanno simmetria bilaterale e possiedono il tubo neurale, cioè un cordone di tessuto nervoso che nella testa si dilata a formare il cervello. I cordati si dividono in urocordati, come le ascidie, cefalocordati, come l’anfiosso, e vertebrati. I vertebrati possiedono la colonna vertebrale, la struttura scheletrica interna al corpo che sostiene l’organismo e permette i movimenti. Lo scheletro dei vertebrati è formato dal tessuto osseo rigido e dal tessuto cartilagineo, meno rigido ma più flessibile.
La superficie del corpo è protetta dalla pelle e da strutture protettive che si differenziano nei diversi vertebrati. I pesci sono animali esclusivamente acquatici. Sono classificati in pesci cartilaginei, come gli squali, e pesci ossei, come le trote. I pesci si muovono grazie alle pinne; il loro corpo ha una forma idrodinamica e la loro superficie è coperta di scaglie che favoriscono lo scorrimento dell’acqua. I pesci ossei possiedono l’organo della linea laterale, che permette loro di orientarsi e catturare le prede.
La respirazione avviene attraverso le branchie. La maggior parte dei pesci è ovipara ma esistono alcune specie di squali e torpedini che sono vivipare
2 LEZIONE GLI ANFIBI E I RETTILI
Il termine anfibio significa “dalla doppia vita”: gli anfibi, infatti, nascono e vivono la prima parte della loro vita nell’acqua ma, da adulti, possono vivere anche sulla terraferma. In acqua respirano con le branchie e da adulti attraverso i polmoni e la pelle. Gli anfibi sono classificati in tre ordini: gli anuri, come rane e rospi, che non hanno la coda; gli urodeli, come le salamandre e i tritoni, che hanno la coda; gli apodi, come le cecilie, che non hanno gli arti. I rettili sono animali terrestri che respirano attraverso i polmoni. Le uova dei rettili sono protette all’esterno da un guscio membranoso; all’interno è presente il tuorlo, ricco di sostanze nutritive per l’embrione, e il sacco amniotico, una struttura ripiena di liquido che protegge l’embrione. Anfibi e rettili hanno la circolazione del sangue doppia e incompleta.
I rettili sono suddivisi in tre ordini: i cheloni, come le tartarughe, che possiedono un guscio osseo esterno; gli squamati, come le lucertole, che hanno il corpo coperto da squame; i loricati, come i coccodrilli, che sono ricoperti da placche ossee.
3
LEZIONE GLI UCCELLI
Gli uccelli sono i vertebrati specializzati nel volo. Lo scheletro è formato da ossa cave e gli arti anteriori sono trasformati in ali ricoperte da penne. I movimenti delle ali sono possibili grazie a muscoli robusti che si inseriscono sulla carena.
Gli uccelli respirano con i polmoni e hanno la circolazione del sangue doppia e completa; mantengono costante la temperatura del corpo grazie alle penne e alle piume.
Il becco non ha denti e ha forma e dimensione che dipendono dal tipo di alimentazione; l’apparato digerente è formato dall’ingluvie, in cui si accumula il cibo, e dal ventriglio, un sacco muscolare che contiene dei piccoli sassi che servono a triturare il cibo.
Il canto avviene grazie alla siringe, un organo che si trova all’estremità inferiore della trachea. Gli uccelli sono ovipari: la femmina depone le uova in un nido e accudisce i piccoli anche dopo la nascita.
4 LEZIONE I MAMMIFERI
I mammiferi sono animali che allattano: le femmine possiedono le ghiandole mammarie che producono il latte con cui vengono alimentati i piccoli.
I mammiferi sono animali omeotermi, cioè la loro temperatura corporea resta costante tra 36-40 °C: se la temperatura è elevata, le ghiandole sudoripare producono il sudore che disperde il calore.
I mammiferi possiedono arti diversificati in base all’ambiente e alle loro abitudini di vita. Nel capo si trova il cranio, una struttura ossea che protegge il cervello.
L’apparato digerente è formato da esofago, stomaco e intestino; nei mammiferi erbivori ruminanti lo stomaco è diviso in quattro sacche. A differenza degli altri vertebrati, i mammiferi possiedono quattro tipi di denti: gli incisivi, i canini, i premolari e i molari
La circolazione sanguigna è doppia e completa; il cuore è diviso in quattro cavità.
I mammiferi monotremi, come l’ornitorinco e l’echidna, depongono le uova all’interno delle quali si sviluppa l’embrione; i marsupiali, come il koala e il canguro, sono vivipari ma i piccoli completano lo sviluppo nel marsupio della madre; i placentati, che sono la maggior parte dei mammiferi, partoriscono piccoli già formati perché completano il loro sviluppo nell’utero della madre protetti dalla placenta.
1 LEZIONE I PESCI
1 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. Tutti i pesci appartengono al phylum dei mammiferi.
b. Tutti i cordati hanno simmetria raggiata e possiedono un tubo neurale.
c. Gli urocordati sono i cordati più primitivi.
d. Nei cefalocordati la corda dorsale si estende per tutta la lunghezza del corpo e rimane per tutta la vita.
2 Scegli la soluzione corretta.
a. Nei vertebrati lo scheletro è formato da due tipi di tessuti:
1 osseo e cartilagineo.
2 cartilagineo e muscolare.
3 osseo e connettivo.
4 osseo e nervoso.
b. Nei vertebrati la superficie del corpo è protetta:
1 dal sangue.
2 dallo scheletro.
3 dalla cartilagine.
4 dalla pelle.
c. L’apparato circolatorio dei pesci è di tipo:
1 chiuso doppio.
2 chiuso semplice.
3 aperto semplice.
4 aperto doppio.
3 Completa le frasi con i termini corretti.
a. I vertebrati acquatici usano le per respirare l’ossigeno disciolto nell’acqua.
b. Pesci, anfibi e rettili sono definiti perché non sono in grado di regolare la temperatura corporea.
c. I pesci ossei possiedono la ben visibile sui fianchi.
d. Nella respirazione dei pesci cartilaginei, l’acqua entra dagli ed esce dalle fessure branchiali.
LEZIONE GLI ANFIBI E I RETTILI
2
4 Abbina i termini con la definizione corretta.
1. Anuri
2. Metamorfosi
3. Girini
4. Involucro gelatinoso
5. Ibernazione
a Copertura a protezione delle uova degli anfibi.
b Serie di trasformazioni che portano un girino alla vita adulta.
c Stato durante il quale le funzioni vitali sono ridotte al minimo.
d Piccole larve simili a pesci.
e Ordine degli anfibi a cui appartengono rane e rospi.
1. 2. 3. 4. 5.
5 Sottolinea il termine corretto tra i due proposti.
a. Nei rettili la pelle è protetta da squame ossee/cornee, da placche o dal carapace.
b. La fecondazione dei rettili è esterna/interna.
c. Le uova dei rettili sono deposte direttamente a terra perché possiedono un guscio membranoso/gelatinoso che le protegge dal disseccamento.
6 Scegli la soluzione corretta.
a. Le testuggini e le tartarughe appartengono all’ordine:
1 dei cheloni.
2 degli squamati.
3 dei loricati.
4 degli anfibi.
b. La circolazione sanguigna dei rettili è:
1 singola.
2 doppia incompleta.
3 doppia completa.
4 semplice e aperta.
7 Osserva il disegno e inserisci accanto a ogni elemento indicato il numero corrispondente.
1. Colonna vertebrale
2. Cervello
3. Cuore
4. Polmone
5. Intestino
3 LEZIONE GLI UCCELLI
8 Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
a. Le ossa degli uccelli sono cave e piene d’aria.
b. Negli uccelli gli arti anteriori sono diventati ali.
c. Per afferrare e introdurre il cibo gli uccelli usano il becco.
d. L’ingluvie è un’ampia dilatazione dello stomaco.
e. La costruzione di un nido e la cova fanno parte delle cure parentali tipiche degli uccelli.
9 Osserva il disegno e inserisci accanto a ogni elemento indicato il numero corrispondente.
1. Penne remiganti
2. Penne timoniere
3. Carena
4. Muscoli per il volo
5. Ala
4 LEZIONE I MAMMIFERI
10 Scegli la soluzione corretta.
a. La principale caratteristica del corpo dei mammiferi è la presenza di:
1 zampe.
2 polmoni.
3 ghiandole mammarie.
4 piume.
b. I mammiferi sono omeotermi perché sono in grado di regolare:
1 la temperatura corporea.
2 la circolazione sanguigna.
3 il battito cardiaco.
4 la struttura scheletrica.
11 Abbina i termini con la definizione corretta.
1. Latte
2. Ghiandole sudoripare
3. Monotremi
4. Marsupiali
5. Placentati
a Producono il sudore.
b Crescono i piccoli alimentandoli in una sacca ventrale.
c Soluzione ricca di zuccheri, grassi e proteine, con cui sono nutriti i cuccioli.
d Il loro embrione completa lo sviluppo nell’utero della madre.
e Mammiferi più antichi attualmente viventi.
1. 2. 3. 4. 5.
12 Sottolinea le parole sbagliate presenti nel brano.
La circolazione sanguigna dei mammiferi è doppia e incompleta; il cuore è diviso in tre cavità come negli uccelli. La respirazione avviene attraverso i sacchi aerei; la funzione respiratoria è migliorata dall’azione di un muscolo, il bicipite, che alzandosi e abbassandosi facilita l’ingresso dell’aria nel corpo.
TRARRE INFORMAZIONI DA UN’IMMAGINE
1 Osserva i disegni e rispondi alle domande.
tubo neurale corda
tubo neurale corda
a. I girini subiscono una lunga metamorfosi che li trasforma in individui adulti.
b. Alla schiusa delle uova fuoriescono i girini.
UROCORDATO
CEFALOCORDATO
VERTEBRATO
a. Qual è la principale differenza tra un urocordato e un cefalocordato?
b. Descrivi la composizione e la struttura della corda dorsale e del tubo neurale.
c. La femmina depone molte uova microscopiche protette da un involucro gelatinoso.
d. I girini vivono per tre mesi nell’acqua, respirando con le branchie, nuotando per mezzo dei movimenti della coda e cibandosi di alghe e di piccoli crostacei.
INDIVIDUARE SOMIGLIANZE E ARGOMENTARE
3 Osserva le immagini e rispondi alle domande.
a. Quale comportamento è rappresentato nelle immagini?
b. Perchè la madre si prende cura dei piccoli?
METTERE
2 Osserva il disegno e metti in sequenza le fasi del ciclo vitale della rana.
c. In che cosa differisce il comportamento dei mammiferi e degli uccelli nei confronti della prole?
d. Spiega perché la crescita di un piccolo di mammifero richiede un periodo più lungo di cure da parte dei genitori.
INTERPRETARE E COMMENTARE UN MODELLO
4 Illustra le principali differenze fra i tre sistemi circolatori rappresentati nelle immagini.
con navi tecnologicamente avanzate, ma totalmente inadatte a rispettare la vita acquatica.
Il prezioso e delicato ecosistema marino del Mediterraneo vanta la presenza di alcuni dei più amati mammiferi marini: i delfini costieri tursiopi (Tursiops truncatus). Con il progetto “Il Golfo dei Delfini”, gli operatori turistici impegnati nell’attività di dolphin watching vengono inseriti in un network e coinvolti in corsi formativi per lo sviluppo di un turismo naturalistico a basso impatto.
A garanzia del loro impegno, in collaborazione con Friend of the Sea, è rilasciata agli operatori turistici la certificazione di dolphin watching sostenibile che assicura al turista un avvistamento responsabile.
Il risultato è un’offerta turistica educativa, che pone le basi per la creazione di nuove attività ricreative e la destagionalizzazione della domanda turistica.
(Tratto e adattato dal sito di Worldrise)
A quali animali appartengono i tre sistemi circolatori? Completa le frasi seguenti.
a. Il sistema circolatorio 1 è caratteristico
b. Il sistema circolatorio 2 è caratteristico
c. Il sistema circolatorio 3 è caratteristico
a
INTERPRETARE E TRARRE INFORMAZIONI DA UN TESTO
5 Leggi il brano.
IL GOLFO DEI DELFINI
Creare e promuovere nuove forme di sviluppo economico e sociale, basate sulla valorizzazione delle risorse naturali del territorio, in associazione con ricerca scientifica e formazione pratico-professionale è uno dei numerosi obiettivi che si pone l’associazione Worldrise, impegnata da sempre nella conservazione della risorsa marina.
I mammiferi marini sono minacciati dalle attività umane a partire dal degrado ambientale, dalle reti fantasma, dall’attività di navigazione
Rispondi alle domande e svolgi le attività proposte, da solo o in gruppo con i tuoi compagni.
1. Come sono classificati i delfini?
2. Quali sono le principali minacce alla loro sopravvivenza?
3. In che cosa consiste l’attività di dolphin watching?
4. Che cosa significa, secondo te, “avvistamento responsabile”?
5. Che cos’è la certificazione dolphin watching sostenibile?
6. Perché il turismo ecosostenibile rappresenta una risorsa per il futuro?
DIGITAL SKILLS
Ricerca in rete il sito di Worldrise e quelli di altri enti impegnati nella difesa dell’ambiente nel Mediterraneo. Prepara un’infografica o un altro prodotto digitale che illustri le attività dei soggetti individuati e i loro progetti.
tessuti
CLEANING THE SEAS OF MARINE LITTER
Healthy Seas is a non-profit organisation which aims to remove waste from the seas. It was founded in 2013 with the mission to stop the ghost fishing phenomenon which is responsible for the needless death of marine animals. The term ‘ghost fishing’ describes what happens when old fishing gear continues to trap fish and marine life. The organisation encourages marine litter prevention. It has volunteer divers who help to clean up the seas, collecting waste nets and ensuring they become a valuable resource.
We’re All in it Together for a Sea Change
Our organisation contributes to finding a solution to ocean pollution, now and for the future.
Nylon fishing nets are regenerated together with other nylon waste by Aquafil into ECONYL® yarn while the other types of plastics are also reused or recycled.
Our Three Goals:
1. Marine protection
We remove old fishing nets, prevent litter in the seas and raise public awareness.
2. ECONYL® Regeneration
Aquafil regenerates the old nets together with other nylon waste into new ECONYL® yarn for the fashion and interior industries.
3. Brand Creations
Fashion and interior industries use the high quality ECONYL® yarn to make new items made with nylon.
The key to a cleaner ocean is the circular economy. It is vital to focus on the design of products, rather than trying to deal with waste at the end of a product’s life.
(from www.healthyseas.org)
NEEDLESS inutile FISHING GEAR attrezzatura di pesca YARN filo lossario
COMPREHENSION EXERCISES
Read the text and answer the questions.
a. What is Healthy Seas?
b. When was Healthy Seas founded?
c. What is the mission of Healthy Seas?
d. What are the main goals of Healthy Seas?
e. Why does Healthy Seas operate in the ‘circular economy’?
4 OTTOBRE GIORNATA MONDIALE DEGLI ANIMALI
Il 4 ottobre 1931 è stata celebrata la prima Giornata Mondiale degli animali. La data coincide con la festa di San Francesco d’Assisi, patrono d’Italia e legato agli animali da alcuni episodi notevoli della sua vita entrati nella leggenda, come aver parlato a un lupo feroce per ammansirlo e aver richiesto alle autorità di allora, per la prima volta, di emettere un decreto per vietare la caccia alle allodole.
L’obiettivo di questa celebrazione è migliorare le condizioni di vita degli animali, soprattutto di quelli meno fortunati, e di preservare le specie più particolari e quelle in via di estinzione.
Degli otto milioni di specie viventi che conosciamo, infatti, un milione è in via di estinzione. Per proteggere le specie europee in via di estinzione, il Parlamento dell’Unione ha adottato la “Strategia dell’UE sulla biodiversità per il 2030: riportare la natura nella nostra vita” che affronta le principali cause di perdita di biodiversità e fissa obiettivi giuridicamente vincolanti.
Scopri quante e quali specie sono minacciate o estinte in Europa.
■ COMPETENZE
Comprendere cosa significa la denominazione “specie a rischio di estinzione”; acquisire informazioni relative al numero di specie attualmente a rischio; diventare consapevoli dei danni legati alla tratta di animali esotici; saper descrivere le conseguenze della perdita di specie non solo sugli equilibri della biosfera, ma anche per il benessere degli esseri umani sul pianeta
Utilizzare diversi tipi di strumenti per ricercare informazioni.
Saper organizzare un’attività di ricerca in gruppo. Collaborare con gli altri.
Comunicare i risultati usando mezzi e supporti diversi. Ricercare sul web strumenti alternativi per la risoluzione di problemi.
GIORNATA MONDIALE
DEGLI ANIMALI
■ COMPITO
• Lavorare in gruppo per ricercare informazioni sulla tratta degli animali esotici e sull’estinzione di massa in atto sul pianeta per comprendere meglio gli effetti anche economici che hanno sulle attività umane. Promuovere la realizzazione degli obiettivi n.14 e 15 dell’Agenda 2030.
• Realizzare cartelloni, infografiche, cioè rappresentazioni di alcuni argomenti attraverso l’uso di grafici e disegni, presentazioni digitali che illustrino qual è il giro d’affari prodotto dalle attività illegali nei confronti degli animali, ma anche quali siano le possibilità di intervento per difendere la biodiversità residua e ripristinare, per quanto possibile, aree di protezione.
• Progettare un incontro per sensibilizzare gli adulti sulle relazioni che intercorrono fra una crescita economica duratura, inclusiva e sostenibile (obiettivo n. 8 dell’Agenda 2030) e la difesa degli animali in genere.
■ STRUMENTI
– Computer connessi alla rete internet
– Videoproiettore o lim
– Cartelloni
– Materiali di cancelleria
■ ORGANIZZAZIONE DEL COMPITO
Dividere la classe in gruppi e attribuire a ciascuno un compito da svolgere. L’esecuzione è divisa in sette fasi:
• ricerca in rete o su testi o su riviste specializzate delle informazioni relativa a: diritti degli animali; leggi nazionali e internazionali attualmente in vigore per bloccare il commercio di animali esotici; conseguenze dell’estinzione di massa nei confronti dell’economia globale. (2-3 ore);
• realizzazione di schede informative sui diritti degli animali (2 ore);
• realizzazione di schede informative sul traffico di animali esotici (2 ore);
• realizzazione di schede informative sulle conseguenze dell’estinzione di massa nei confronti della biosfera e delle attività economiche umane (2 ore);
• costruzione dei cartelloni e infografiche riassuntive (2 ore);
• realizzazione di presentazioni digitali (2 ore);
• organizzazione di un incontro, aperto a tutti, per la presentazione del lavoro (2 ore)
■ PERCORSO DELL’ESPERIENZA
Per prima cosa organizziamo i gruppi e stabiliamo di quale argomento si occuperà ciascuno: diritti degli animali, leggi nazionali e internazionali attualmente in vigore che tutelano gli animali e li proteggono dalla tratta dai paesi d’origine, estinzione di massa in atto, conseguenze dell’estinzione di massa nei confronti dell’economia globale, contenuti degli obiettivi n. 8, 14 e 15 dell’Agenda 2030.
1 Ricerchiamo informazioni
Ogni gruppo ricerca in rete, su testi o riviste, informazioni relative all’argomento assegnato.
2 Realizziamo le schede relative all’argomento di cui si occupa il gruppo
Ogni gruppo riassume le informazioni fondamentali relative al tema specifico assegnato.
3 Ricerchiamo informazioni per sensibilizzare sull’importanza di intervenire sul traffico di animali esotici
Sono raccolte informazioni sul modo in cui vengono trattati gli animali, sull’entità del giro d’affari prodotto dal commercio di animali esotici e sulle motivazioni che lo originano.
4 Ricerchiamo informazioni sull’estinzione di massa in atto
Quante sono le aree protette e quante ne occorrono per salvare dall’estinzione le specie residue? Perché è necessario istituire zone di protezione al fine di salvaguardare l’economia globale e la salvezza della nostra specie?
5 Comunichiamo i nostri risultati
Tutta la classe si riunisce e discute i risultati della ricerca, scegliendo quali informazioni inserire nei cartelloni.
6 Realizziamo una presentazione digitale
Ogni gruppo si riunisce e prepara una presentazione digitale dell’argomento di cui si è occupato.
7 Organizziamo un incontro
Sotto la guida dell’insegnante, organizziamo un incontro aperto a tutti per comunicare i risultati della nostra ricerca e sensibilizzare riguardo alla necessità di impegnarci per raggiungere gli obiettivi n. 8, 14 e 15 dell’Agenda 2030.
■ RIFLETTIAMO INSIEME
• La perdita di specie ha conseguenze drammatiche su tutte le attività umane. Per la vita sulla Terra è necessario che restino selvagge un certo numero di zone della Terra: per quali ragioni?
• L’obiettivo n. 15 dell’Agenda 2030 afferma “il Capitale Naturale include l’intero stock di beni naturali – organismi viventi, aria, acqua, suolo e risorse geologiche – che forniscono beni e servizi di valore, diretto o indiretto, per l’Uomo e che sono necessari per la sopravvivenza dell’ambiente stesso da cui sono generati”. Quali comportamenti possiamo mettere in atto nella nostra vita quotidiana per cercare di raggiungere questi obiettivi?
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OLTRE IL COMPITO
• In alcuni paesi si utilizzano parti di animali esotici come medicinali tradizionali, sebbene non abbiano alcuna proprietà benefica. Ricerca informazioni in rete su queste usanze e su quali prodotti potrebbero sostituirli.
• Quali sono le organizzazioni internazionali non governative e gli enti che si battono per la salvaguardia della vita sul pianeta?
• Quali sono le conseguenze della perdita di insetti impollinatori? Sarebbe possibile sostituirli?
GLOSSARIO
Acquacoltura • Pratica di allevamento di pesci, molluschi, crostacei e alghe che può essere realizzata in acque salate, salmastre o dolci.
Agricoltura biologica • Metodo di coltivazione che riduce lo sfruttamento eccessivo del suolo, dell’acqua e dell’aria, ammette solo l’impiego di sostanze naturali ed esclude l’utilizzo di concimi, diserbanti e insetticidi di sintesi chimica.
Agricoltura integrata • Forma di agricoltura intermedia tra l’agricoltura convenzionale e quella biologica. Prevede la riduzione per almeno il 50% di pesticidi, insetticidi e erbicidi a favore di metodi naturali.
Bacini artificiali • È un lago creato artificialmente allo scopo di contenere grandi masse d’acqua per la produzione di energia idroelettrica, per raccogliere l’acqua piovana o per favorire la formazione di ecosistemi naturali.
Batteri anaerobi facoltativi • Sono batteri in grado di sopravvivere sia in presenza di ossigeno sia in assenza.
Biodigestore anaerobico • Un biodigestore è un particolare impianto nel quale i rifiuti organici, per esempio la frazione umida dei rifiuti domestici, sono sottoposti al processo di digestione anaerobica. All’interno di reattori chiusi, chiamati digestori, i rifiuti sono miscelati con batteri o altri microrganismi che li degradano in assenza di ossigeno. Dal compost ricavato si ottiene biometano che, unito ad anidride carbonica, genera biogas che può essere trasformato in energia termica oppure in energia elettrica.
Biodiversità • È definita come la varietà e variabilità degli organismi viventi e dei sistemi ecologici in cui vivono. La biodiversità può essere di geni, quando si riferisce alla differenza dei geni in una specie; di specie, quando comprende la ricchezza e la frequenza delle specie; di ecosistemi, quando definisce il numero e l’abbondanza degli ambienti dove gli organismi vivono e si evolvono.
Bioingegneria • Settore dell’ingegneria che consiste nell’analisi e nella progettazione di nuovi strumenti nell’ambito dei processi biologici, alimentari, agricoli e ambientali.
Biologia • È la scienza che studia gli organismi viventi e i fenomeni e le leggi che regolano la vita. La biologia comprende diverse discipline, come per esempio la zoologia, che studia gli animali, e la botanica che studia i vegetali. Il termine “biologia” deriva da una parola del greco antico che significa “studio della vita”.
Botanica Chiamata anche fitologia, è il ramo della biologia che studia le forme di vita vegetali. Il nome deriva dal termine greco (botanikè) che vuol dire “arte di curare l’erba”, a dimostrazione di quanto gli esseri umani abbiano capito fin dai tempi più antichi l’importanza di conoscere la struttura e le funzioni dei vegetali che costituiscono il regno delle piante, da quelli più semplici, come i muschi, fino alle piante vascolari con fiori.
Calcite • È un minerale che appartiene al gruppo dei carbonati e ha composizione chimica CaCO3. È il principale costituente del marmo e delle rocce calcaree, molto usate nella realizzazione di opere d’arte. Cambiamento climatico • Si intendono i cambiamenti a lungo termine delle temperature e dei modelli meteorologici. Sono conseguenze del cambiamento climatico eventi meteorologici estremi come siccità intense, scarsità d’acqua, incendi, innalzamento dei livelli del mare, inondazioni, fusione dei ghiacci polari, tempeste catastrofiche e riduzione della biodiversità.
Cellulosa • È uno zucchero complesso, prodotto dai vegetali, che compone le pareti delle loro cellule. Costituisce un’importante materia prima impiegata soprattutto per la produzione della carta e delle fibre tessili.
Chimica • È la scienza che studia la composizione, la struttura e le trasformazioni della materia. Indaga sul comportamento sia della materia naturale sia della materia artificiale.
Citologia • Settore della biologia che studia la forma, la struttura, l’organizzazione e le funzioni delle cellule animali e vegetali. È chiamata anche biologia cellulare.
Climatologia • È la scienza che studia i climi della Terra e la loro distribuzione. Si occupa di conoscere gli elementi e i fattori climatici al fine di realizzare previsioni a lungo termine delle condizioni climatiche.
Computer • Dispositivo elettronico programmabile, in grado di eseguire in tempi rapidissimi complessi calcoli matematici e di elaborare, memorizzare e recuperare informazioni sotto forma di dati digitali.
Economia circolare • Il termine indica un modello di produzione che comprende le attività che hanno come scopo la manutenzione e il riutilizzo dei beni di consumo già esistenti e il recupero delle materie prime.
Ecosostenibile • L’aggettivo si usa per indicar e oggetti, attività, processi che tengono conto della salvaguardia dell’ambiente e della conservazione del pianeta per le generazioni future.
Fisica • È la scienza che studia i fenomeni naturali, come il calore, il moto, la luce. Si occupa di grandezze, cioè di quantità che possono essere misurate utilizzando appositi strumenti, come il termometro, il cronometro o la bilancia.
Foreste pluviali • Sono foreste umide che si estendono nelle aree del pianeta dove l’elevata piovosità favorisce lo sviluppo di una vegetazione molto rigogliosa, in particolare nella zona intertropicale. Ospitano circa i due terzi di tutte le specie animali e vegetali del pianeta, ma si ritiene che siano milioni le specie ancora da scoprire.
Fotocatalizzatori • Sono sostanze capaci di assorbire l’energia solare per attivare le reazioni chimiche, come quelle che avvengono nella fotosintesi.
Gas serra • Insieme di gas che comprende anidride carbonica, metano, ossidi di azoto e vapore acqueo. Sono in grado di intercettare e riflettere le radiazioni infrarosse, responsabili del riscaldamento dell’atmosfera, proprio come fanno i vetri di una serra.
Idrogeologia • È una scienza interdisciplinare che studia gli aspetti chimici, fisici e biologici dell’interazione tra acqua e sottosuolo, tra acque sotterranee e superficiali (fiumi, laghi), tra acque sotterranee ed esseri umani (prelievi da pozzi o sorgenti, inquinamento, sfruttamento geotermico).
Impianti geotermici • Sono sistemi capaci di sfruttare i vapori provenienti dalle sorgenti d’acqua calda del sottosuolo e li convogliano verso apposite turbine per la produzione di energia elettrica mentre il vapore acqueo è utilizzato per il riscaldamento urbano, le coltivazioni in serra e le attività termali. Gli impianti geotermici sono installati in aree interessate da attività vulcanica antica o ancora in atto.
Insetti impollinatori • Tutti gli insetti che trasportano polline sul loro corpo garantendo l’impollinazione delle angiosperme.
Isola di calore • È il microclima delle aree urbane che
presenta una temperatura anche di 5 °C maggiore rispetto alle aree extraurbane.
Matematica • È la scienza che studia le quantità, i numeri, lo spazio, le strutture e i calcoli. La matematica è alla base di tutte le discipline scientifiche e tecniche di dati digitali.
Meteorologia • È la scienza che studia l’atmosfera e i fenomeni che avvengono nella troposfera. La meteorologia ha come obiettivi la conoscenza del tempo atmosferico e la previsione a breve termine dei fenomeni atmosferici.
Microbiologia • Settore della biologia che ha per oggetto lo studio della struttura e delle funzioni dei microrganismi, esseri viventi unicellulari, pluricellulari (come le alghe) o privi di una struttura cellulare (come i virus), con dimensioni inferiori al millimetro, la cui osservazione richiede l’uso del microscopio ottico.
Modelli scientifici • Sono rappresentazioni fisiche di fenomeni naturali difficili da osservare o descrivere, oppure rappresentazioni di concetti o rappresentazioni matematiche. I modelli scientifici devono essere coerenti con osservazioni, deduzioni e spiegazioni concrete.
Pannelli fotovoltaici • Sono strutture piane formate da un insieme di celle fotovoltaiche, solitamente in silicio cristallino. Ogni cella fotovoltaica converte l’energia della radiazione solare in energia elettrica che è poi trasformata nella corrente che usiamo nelle nostre case.
Pedologia • È la scienza che studia i processi di formazione del suolo, la sua composizione e le trasformazioni che avvengono nel tempo in seguito all’azione degli organismi e dei fattori ambientali. Ha una particolare rilevanza per le attività agricole.
Pesca intensiva • Consiste nel prelevare troppi pesci dal mare, superando la naturale capacità di ricrescita di alcune specie in determinate zone. Se questo problema si ripete, anno dopo anno, quella specie è a rischio estinzione.
Riscaldamento globale • Indica il cambiamento del clima terrestre sviluppatosi a partire dalla fine del XIX secolo e ancora in atto, caratterizzato dall’aumento della temperatura media della Terra, a causa delle emissioni nell’atmosfera terrestre di crescenti quantità di gas serra derivanti dall’attività umana.
Sistematica • Settore della biologia che si occupa del riconoscimento degli organismi al fine di classificarli secondo specifici criteri e di attribuire loro un nome che sia valido per tutta la comunità scientifica.
Transizione energetica • Passaggio da un sistema energetico basato sull’uso esclusivo di combustibili fossili a uno basato sull’impiego di fonti rinnovabili con emissioni di anidride carbonica molto basse o uguali a zero.
Urbanisti • L’urbanistica è la disciplina che si occupa della gestione del territorio, con lo scopo di progettare lo spazio urbano e le modificazioni all’interno delle città e nelle aree collegate. L’urbanista è la figura professionale che svolge questi compiti.
Zoologia • Settore della biologia che studia le forme di vita animali, in tutte le loro manifestazioni, dal comportamento (etologia), alla fisiologia, ai processi vitali fino alle malattie degli animali. La zoologia sistematica, che descrive le caratteristiche degli animali e li classifica, si divide a sua volta in vari rami come la teriologia (studio dei mammiferi), l’ornitologia (studio degli uccelli), l’erpetologia (studio di rettili e anfibi), l’ittiologia (studio dei pesci), l’entomologia (studio degli insetti), la malacologia (studio dei molluschi).
