Laboratorio sul clima

Presentazione del prof. Gianni Zanchetta

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Introduzione al laboratorio

Premessa: tempo meteorologico e clima

La differenza tra "tempo meteorologico" (che tempo fa?) e "clima" è sostanzialmente una diversa scala temporale.

Il tempo meteorologico (in inglese weather): insieme di eventi e caratteri meteorologici transitori che si sviluppano a scala locale, ma ripetibili infinite volte in infiniti momenti e luoghi 

Il clima (in inglese climate): proiezione, mediata a lungo termine (di solito 30 anni), delle condizioni meteorologiche previste in una specifica area geografica in un determinato periodo dell’anno.

Il clima è il risultato di complesse interazioni fra ATMOSFERA, IDROSFERA, CRIOSFERA, TERRA SOLIDA e BIOTA per mezzo di processi chimici, fisici, geologici e biologici.

Il problema ci riguarda

Il clima influenza tutta la nostra vita, ed ha influenzato l'intera storia dell'uomo sul nostro pianeta. Sicuramente il tema del clima e dei cambiamenti climatici è complesso e richiede competenze specifiche per poter analizzare i dati, mettere in relazione i vari processi, avere un quadro complessivo del problema.

Quello che dovremmo evitare è dare ai nostri alunni l'impressione che si tratti di problemi lontani, nello spazio e nel tempo. Problemi che riguardano (solo) gli orsi polari, o solo gli scienziati, o qualche comunità lontana, o un futuro remoto.

Per questo, come momento iniziale di coinvolgimento, abbiamo scelto di partire dagli effetti di un cambiamento climatico che sta avvenendo in questi anni nel nostro territorio: la siccità in Toscana. 

Inserire il clima in un contesto didattico

Se proviamo a riportare in una mappa concettuale (link) le idee emerse nella discussione, ci accorgiamo che ci sono almeno cinque diversi sistemi che interagiscono tra loro, sia nel ruolo di "cause" sia nel ruolo di "conseguenze".

Sembra quindi ragionevole cercare di capire come funzionano questi cinque "sistemi", almeno a livello delle conoscenze acquisibili dai bambini/ragazzi con cui lavoriamo.

I sistemi sono:

E l'effetto serra?

Noterete che in nessun punto del laboratorio abbiamo parlato esplicitamente di "effetto serra", argomento che invece è sempre presente nei libri di testo della scuola media e in alcuni testi della primaria. La nostra impressione è che si possa parlare di questo fenomeno (al quale - non dimentichiamolo! - dobbiamo la presenza della vita sul pianeta Terra) solo quando i ragazzi hanno una sufficiente esperienza dei vari sistemi coinvolti, oltre ad alcune fondamentali conoscenze di chimica e fisica. L'esperienza ci dice che si tratta di un argomento in cui "prosperano" misconcetti e concezioni alternative, per cui abbiamo deciso di rimandare la discussione sull'opportunità  o meno di introdurre ai ragazzi questo argomento, e in ogni caso sul COME trattarlo,  ad un momento successivo (scuola estiva 2018? parliamone...)

Laboratorio ACQUA

Acqua calda, acqua fredda

Tempo di esecuzione; 10 minuti

Materiali: vaschetta con setto divisorio, acqua calda e fredda; coloranti blu e rosso

Esecuzione: versare nella vaschetta dell'acqua a temperatura ambiente e inserire il setto divisorio. Aggiungere acqua calda con una goccia di colorante rosso e acqua fredda con una goccia di colorante blu nei due diversi scomparti, rispettivamente. Togliere il setto divisorio.

Osservazione:…………………………………………………………………………………………………………………………

Interpretazione:……………………………………………………………………………………………………………………

Che relazione con il clima? ……………………………………………………………………………………

Esperienza e foto realizzate da Elena Gattiglio (TFA 2015) (c)

Misurare la pioggia

Con il materiale a disposizione, costruire uno strumento per misurare quanta pioggia cade

Esecuzione Indica per ciascuna delle seguenti affermazioni se è vera o falsa o se non si può ricavare dal grafico (metti una crocetta per ciascuna riga).:

Ghiaccio fondente

Tempo di esecuzione 30 minuti

Materiali: recipiente con acqua e ghiaccio; eventualmente anche recipiente con sabbia, acqua e ghiaccio

Esecuzione: Segnare il livello dell'acqua; aspettare che il ghiaccio sia fuso; controllare il livello dell'acqua.

Osservazione:…………………………………………………………………………………………………………………………………

Interpretazione:…………………………………………………………………………………………………………………

Che relazione con il clima? ....................................................................................................................

Gli effetti del ghiaccio (albedo)

Tempo di esecuzione 15 minuti

Materiali: 2 semisfere plastica trasparente; base bianca (rappresenta un ghiacciaio) e nera (rappresenta un terreno privo di ghiaccio); 2 termometri da cucina ; una lampada alogena. 

Esecuzione: disporre i sensori dei due termometri sotto le basi (rispettivamente bianca e nera) e coprire con le semisfere. Accendere i termometri (sul retro, spostare il pulsante nella posizione intermedia). Accendere la lampada in modo che illumini e riscaldi entrambe le semisfere allo stesso modo.

Osservazione:…………………………………………………………………………………………………………………………………

Interpretazione:…………………………………………………………………………………………………………………

Che relazione con il clima? ....................................................................................................................

Laboratorio ARIA

Che cosa succede all’aria che si riscalda?

Tempo di esecuzione: 5/10 minuti

Materiale occorrente: un palloncino, una bottiglietta, una bacinella con acqua calda

Esecuzione: infila un palloncino sul collo della bottiglietta, immergi per un minuto la bottiglietta nell’acqua calda all’interno della bacinella. Alla fine fai scorrere l’acqua fredda sulla bottiglia

Osservazione:…………………………………………………………………………………………………………………………………

Interpretazione:…………………………………………………………………………………………………………………

Che relazione con il clima? ....................................................................................................................

La carta volante

Materiale occorrente: carta velina e accendino

Esecuzione: fai un rotolo con un quadrato di carta velina 20x20 cm. Appoggialo verticalmente su un piatto. Dai fuoco al bordo superiore del cilindro (si suggerisce di dar fuoco in 2-3 punti diversi del bordo).

Osservazione:…………………………………………………………………………………………………………………………………

Interpretazione:…………………………………………………………………………………………………………………

Che relazione con il clima? ....................................................................................................................

NOTA: Questo esperimento presenta alcune criticità, prima fra tutte l'uso di fiamme libere... Lo abbiamo proposto perché è "controintuitivo",  non ci si aspetta di vedere quello che poi si vede, ma soprattutto perché  la sua spiegazione non è banale.

Possibile soluzione : vedere lo stesso fenomeno in video (per esempio questo, in cui è presente un adulto):

Procedimento

• 1. L’insegnante versa nella bottiglia di ciascun gruppo un po’ d’acqua calda in modo da coprirne il fondo. Successivamente gli alunni chiudono la bottiglia col tappo.

  2. Un allievo documenta questo primo passo dell’esperimento facendo una foto alla bottiglia (inserire foto).

  3. NOTA: Man mano che l’acqua evapora, aggiunge vapor acqueo all’aria contenuta nella bottiglia. Questo è il primo ingrediente per creare una nuvola.

  4. L’allievo deputato a tenere la bottiglia indossa, se necessario, i guanti per ragioni di sicurezza. Muove la bottiglia in maniera tale da inumidire con l’acqua le pareti del contenitore. Mentre tiene la bottiglia con le mani, un altro allievo inserisce la pompa nella valvola e inizia a pompare aria all’interno della bottiglia per un numero sufficiente di volte: si arresterà quando la bottiglia diventa rigida.

  5. ATTENZIONE: Affinché la bottiglia non esploda, si consiglia di non esagerare con i pompaggi!

  6. Un allievo fotografa la situazione attuale.

  7. NOTA: Il pompaggio dell’aria all’interno della bottiglia fa aumentare la temperatura del gas, in quanto lo comprime (aumenta la pressione del gas).

  8. Un alunno (senza guanti) apre repentinamente il tappo della bottiglia: si osserverà che non succede quasi niente.

  9. Un allievo fotografa lo stato attuale.

  10. Un alunno rimuove il tappo della bottiglia. Successivamente accende, facendo attenzione, un fiammifero, lo tiene qualche secondo in prossimità dell’apertura della bottiglia e infine lo lascia cadere al suo interno. A questo punto chiude velocemente la bottiglia, intrappolando così un po’ di fumo al suo interno.

  11. NOTA: A questo punto è stato aggiunto il secondo ingrediente per creare una nuvola: il fumo. Il fumo altro non è che un insieme di piccolissime particelle solide in sospensione che permettono al vapor acqueo di condensarvi attorno. Il pulviscolo presente in atmosfera (di dimensioni che variano dal millesimo di μ fino a 1 mm) è di vario tipo: cristalli di sale marino (da 0,05 μ a 10 μ), smog di origine industriale (da 0,01 μ a 1 μ), fumo di incendi naturali e artificiali (da 0,01 μ a 1 μ), polveri vulcaniche e meteoritiche, ma anche virus, batteri, pollini e spore. Più fine è il pulviscolo, più facilmente può salire ad alta quota: è quindi quest’ultimo tipo di pulviscolo che risulta determinante nel meccanismo della formazione delle nubi e in quello delle precipitazioni.

  12. Si procede come nel punto 2 pompando aria dentro la bottiglia. 

  13. Un alunno apre repentinamente il tappo della bottiglia: si vedrà una nuvola!

  14. Un allievo documenta questo passo dell’esperimento facendo una foto alla bottiglia.

  15. L’insegnante chiede a ciascun gruppo cosa succede se, chiudendo la bottiglia col tappo in modo da imprigionare la nuvola formata, viene nuovamente pompata aria all’interno del contenitore.

  16. Per verificare le ipotesi emerse nella discussione precedente, l’insegnante chiede a ciascun gruppo di verificare la correttezza delle congetture fatte pompando aria all’interno della bottiglia come indicato nel punto 2. Si osserverà che la nuvola scompare, poiché l’aumento di temperatura nel gas, causato dall’aumento di pressione, fa evaporare le piccolissime gocce d’acqua costituenti la nuvola.

Laboratorio TERRA

Suolo in bottiglia

Tempo di esecuzione: 10 minuti

Materiali: acqua, bottiglie tagliate contenenti suoli diversi, garze ed elastici, bicchieri per la raccolta dell’acqua, contenitore graduato, cronometro.

Esecuzione: Versare 500 cc di acqua nelle tre bottiglie con i tre diversi suoli.

Osservazione:…………………………………………………………………………………………………………………………………

Interpretazione:…………………………………………………………………………………………………………………

Che relazione con il clima? ....................................................................................................................

Terra in movimento

Tempo di esecuzione: 10 minuti

Materiale: foto, righello

Esecuzione; osservare la foto aerea, individuare la linea di costa; calcolare lo spostamento della linea di costa dal 1938 al 2004. 

Come potrei fare per misurare la superficie perduta dal 1938 al 2004? 

Ipotizzando che non ci siano variazioni, dove si troverà la linea di costa nel 2050? 

Osservazione:…………………………………………………………………………………………………………………………………

Interpretazione:…………………………………………………………………………………………………………………

Che relazione con il clima? ....................................................................................................................

Secondo te, quali sono le cause per cui si ha un arretramento o un avanzamento della linea di costa?

Perché la sabbia scotta?

E' esperienza abbastanza comune che, quando si va al mare d'estate, camminare sulla sabbia può essere un problema perché la sentiamo "bollente"; invece, il mare è "freddo". Sabbia e acqua quindi si comportano in modo diverso? Come?

Tempo di esecuzione: 20 minuti

Materiale: 2 barattoli (capacità 300 mL); un termometro a mercurio (sensibilità 0,1°C, portata da -10°C a 50°C); una lampada alogena da 150 W; un cronometro (sensibilità 1 s); sabbia 100 mL; acqua 100 mL.

Esecuzione: (....) Si misura come aumenta la temperatura nel tempo riscaldando sabbia e acqua. Se si hanno due termometri identici, si possono effettuare in contemporanea le misure sulla sabbia e sull'acqua; altrimenti, si procede in sequenza. Le temperature iniziali sono uguali, in laboratorio (a differenza di quello che succede sulla spiaggia)

Osservazione:…………………………………………………………………………………………………………………………………

Interpretazione:…………………………………………………………………………………………………………………

Che relazione con il clima? ....................................................................................................................

Esperienza e foto realizzate da Elena Frassinetti (TFA 2015) (c)

Materiale utilizzato nel laboratorio

In gran parte si tratta di materiale a costo zero o quasi: bottiglie di plastica, palloncini, sabbia ecc. Alcuni oggetti sono stati acquistati in un grande magazzino svedese.