Un albero di quercia adulto pesa circa 5.000 chilogrammi. Da dove proviene tutta questa massa?
Non dal suolo. Non dall’acqua. E nemmeno dai minerali. Quasi tutta la massa fisica di un albero proviene da un gas invisibile che fluttua nell’atmosfera; cioè dal respiro che espiriamo. Una quercia di cinquemila chilogrammi è, letteralmente, aria solidificata. E questo processo non è limitato agli alberi. Il carbonio nei nostri muscoli, nelle nostre ossa e nel nostro cervello, fino a non molto tempo fa era anidride carbonica nell’atmosfera.
Come ha osservato Richard Feynman,
“conoscere ciò che accade realmente non semplifica l’esperienza, ma la rende più profonda”.
Pensiamo di sapere da dove vengono gli alberi?! Certo che lo sappiamo, e ora mi rivolgo a voi: l’avete visto migliaia di volte!
Piantate un seme nel terreno, lo annaffiate, passa un po’ di tempo e alla fine qualcosa di verde rompe la superficie e inizia a crescere verso il cielo. Gli alberi vengono dal terreno, tutti lo sanno! È una domanda che non vale nemmeno la pena di essere posta, tranne per un’eccezione, perché qui c’è un fatto a cui nessuno si ferma a pensare.
Un albero adulto di quercia pesa circa 5.000 kg. Alcuni alberi pesano molto di più. Questo significa che ora esistono tonnellate di legno, corteccia, radici e rami che un secolo fa non esistevano.
Quindi la domanda è: da dove è arrivata tutta questa massa?
Non in modo vago o poetico. Fisicamente da dove viene quella materia solida di 5.000 kg?
La risposta ovvia è il terreno, le radici scendono in profondità, l’albero prende qualcosa e quella cosa diventa l’albero. Sembra corretto, sembra ovvio. Allora, c’è chi l’ha messo alla prova.
Nel 1600 fu condotto un famoso esperimento da uno scienziato fiammingo chiamato Jean Baptist Van Helmont (chimico, fisiologo e medico fiammingo, ricordato soprattutto per le sue idee sulla generazione spontanea, il suo esperimento di cinque anni su un albero, e per l’introduzione del termine gas nel vocabolario scientifico).
Prese un salice di 2 kg e lo piantò in 90 kg di terreno essiccato. Lo annaffiò per 5 anni e osservò la sua crescita. Alla fine l’albero pesava 76 kg. Aveva guadagnato 74 kg di nuova massa. Poi asciugò di nuovo il terreno e lo pesò. Il terreno aveva perso meno di 60 g. Solo 60 g.
L’albero aveva guadagnato 74 kg e il terreno era quasi invariato. Allora, da dove sono arrivati gli altri 73 kg e 940 g? Non dal terreno. La risposta che tutti davano, numeri alla mano, non reggeva. I numeri infatti invalidavano quella risposta.
Questo, di solito, è il momento in cui la maggior parte delle persone alza le spalle. Pensano che sia una spiegazione tecnica che non capiscono, qualcosa riguardo ai nutrienti o alla chimica. Mettono la questione da parte e la dimenticano. E parlo di oggi, non del 1600.
Dovremmo fermarci, oggi più che mai alla luce del cambiamento climatico in atto, perché quello che è successo è straordinario, se ci pensiamo bene. Pensiamo alla quercia: abbiamo visto comparire quasi dal nulla 74 kg di materia fisica solida senza avere idea da dove venga, da dove si sia generata.
Questo non è un piccolo vuoto nella nostra conoscenza, è un enorme buco nella comprensione di come funziona il mondo fisico
E la risposta, quando la vedremo davvero, cambierà il nostro modo di pensare agli alberi, all’aria e alla materia stessa.
Il terreno non lo spiega perché l’albero è cresciuto, ma….. l’acqua potrebbe, giusto?
L’albero beve costantemente acqua, litri e litri. Una grande quercia in una giornata calda, può assorbire circa 400 lt d’acqua. Questo significa una quantità enorme d’acqua che passa attraverso il sistema “albero” nel corso di un secolo. Quindi la massa deve provenire dall’acqua! Questa è la risposta successiva più ovvia, e sembra ancora più soddisfacente del terreno, perché riusciamo davvero a immaginarlo.
Sembra semplice.
Le radici bevono l’acqua. L’acqua sale, l’albero cresce. Chiaro, semplice e logico, tranne per un’eccezione. In realtà anche questo non funziona. E il motivo è il seguente.
L’acqua è H2O, due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno. Quando un albero processa l’acqua, la scompone e utilizza l’idrogeno. L’ossigeno viene rilasciato nell’aria. Ed è proprio da qui che proviene l’ossigeno che stiamo respirando in questo momento (mai scordare questo).
Ma l’idrogeno è l’elemento più leggero che esista. Per creare una massa significativa ne serve una quantità incredibile e oltre a questo il legno non è fatto di idrogeno, il legno è fatto di carbonio. Il carbonio è la struttura portante di ogni molecola organica, di ogni parete cellulare, di ogni fibra dell’albero. Il carbonio è sia pesante che denso e costituisce circa il 50% del peso secco di un albero.
Il problema è questo.
Nel terreno non c’è abbastanza carbonio. Nell’acqua non c’è. Le radici di un albero assorbono minerali dal terreno, cose come azoto, fosforo e potassio. E questi sono importanti per le funzioni biologiche. Ma tutti questi minerali insieme costituiscono forse l’1% o il 2% della massa secca totale dell’albero.
La maggior parte della massa che forma il tronco di un albero non può essere spiegata da nulla che provenga dal terreno. Tutto è evidente. La matematica non salva la situazione. Non importa quanto immaginiamo le radici che bevono acqua, nessun numero riesce a colmare il divario tra quella massa e ciò che viene preso dal terreno. Così ci ritroviamo con un problema che dovrebbe davvero metterci a disagio.
In definitiva, la quercia come è cresciuta?
Davanti a voi c’è un oggetto di 5.000 kg. Sappiamo che è cresciuto da un seme di 150 g e non riusciamo a spiegare la sua massa. Non dal terreno, non dall’acqua, non da nulla che entri nel suolo e che possiamo vedere. La risposta è completamente altrove. In un luogo a cui la maggior parte delle persone non pensa mai di guardare e quando scopriremo dove inizierete a vedere ogni albero in modo completamente diverso.
La massa viene dall’aria, tutto qui. Questa è la risposta.
Non dal terreno, non dall’acqua, non dai minerali. Nulla che possiamo tenere in mano o vedere entrare nel suolo. Quasi tutta la massa fisica di un albero, il suo tronco, la sua corteccia, le sue radici, i suoi rami, proviene da un gas invisibile che fluttua nell’atmosfera. Anidride carbonica, ovvero CO2, quella sostanza che costituisce lo 0,04% dell’aria che ci circonda in questo momento (ma che 150 anni fa, pare fosse la metà).
Gli alberi sono fatti di questo.
Una quercia da 5.000 kg, nel senso più reale e fisico, è aria solidificata
Quando Van Helmont fece l’esperimento e non riuscì a trovare dove fosse finita la massa, anzi da dove provenisse, la risposta l’aveva davanti ai suoi occhi per tutto il tempo. Ma non poteva vederla perché era invisibile.
Quello che accade realmente è questo: gli alberi assorbono anidride carbonica dall’atmosfera attraverso minuscoli pori nelle foglie chiamati stomi. Il CO2 entra, l’albero lo scompone, strappa il carbonio da quella molecola e usa gli atomi di carbonio come materiale da costruzione, legandoli tra loro per formare molecole lunghe e complesse. E quelle molecole diventano tutto: glucosio, cellulosa, lignina, le fibre dure del legno.
Dopo che il carbonio è stato estratto, l’ossigeno rimanente viene rilasciato di nuovo nell’aria ed è ancora una volta la nostra fonte di ossigeno. L’albero, in sostanza, gestisce una linea di smontaggio sull’aria stessa, scompone molecole invisibili, trattiene il carbonio e rilascia l’ossigeno e quel carbonio diventa legno. Solido, denso, fisico che possiamo toccare, tagliare e bruciare. Ma anche trasformare in biochar.
Questa non è una metafora, è il vero meccanismo molecolare. Fermiamoci un attimo e pensiamo a cosa significa. Ogni tavola di legno e ogni casa mai costruita è iniziata come un gas. Ogni tavolo, ogni nave, ogni foresta, ogni pezzo di carta che tocchiamo, una volta era CO2 invisibile, che fluttuava nell’atmosfera.
Gli alberi sono macchine che si estendono nell’aria, prendendo materia da lì (il Carbonio) e usando nient’altro che la luce del sole come fonte di energia, la impilano in forma solida. Van Helmont aveva ragione a essere confuso, semplicemente non ha pensato di pesare l’aria. E a essere onesti, perché avrebbe dovuto?
L’idea che qualcosa di solido possa provenire da qualcosa di invisibile viola tutte le vostre intuizioni su come funziona la materia, ma è esattamente ciò che accade. Ogni albero che vediamo, ribadisco, è “atmosfera cristallizzata”.
A scuola abbiamo imparato la parola fotosintesi. Probabilmente ricordiamo tutti qualcosa sulla luce del sole, la clorofilla e l’ossigeno. Abbiamo superato l’esame e siamo andati avanti, ma non ci è mai stato mostrato cosa accade davvero. E ciò che accade in realtà è uno dei processi fisici più straordinari dell’universo conosciuto, e che vedremo – ci provo – più correttamente possibile.
La luce del sole colpisce una foglia. Quella luce non è solo calore o luminosità, è radiazione elettromagnetica che si muove a 300 milioni di metri al secondo. Sono campi elettromagnetici oscillanti, la stessa forza fondamentale che tiene insieme i nostri atomi, la stessa forza dietro i magneti, l’elettricità e la chimica.
Quando queste onde elettromagnetiche colpiscono una molecola di clorofilla all’interno della cellula della foglia, accade qualcosa di straordinario.
L’energia della luce viene assorbita da un elettrone nella molecola di clorofilla e lo spinge a un livello energetico più alto. Questo elettrone energizzato viene poi trasferito lungo una catena di molecole chiamata catena di trasporto degli elettroni, e mentre si muove alimenta la produzione dell’adenosina trifosfato, l’unità di energia che le cellule usano per compiere il lavoro. Questa è la reazione luminosa, energia catturata dalla radiazione elettromagnetica e immagazzinata in forma chimica.
Ora la pianta utilizza quell’energia immagazzinata per fare qualcosa di quasi incredibile. Prende la molecola di CO2 che è completamente stabile e non ha alcuna intenzione di rompersi e la forza ad aprirsi. Strappa via il carbonio e usa quel carbonio per costruire uno zucchero semplice con formula C6 H12 O6, cioè il glucosio. Sei atomi di carbonio vengono legati insieme aggiungendo idrogeno e ossigeno.
Il glucosio è la prima cosa solida in questo processo. È il primo momento in cui il gas atmosferico invisibile si trasforma in una vera molecola fisica che l’albero può utilizzare. Poi l’albero prende quel glucosio e fa qualcosa di ancora più impressionante.
L’albero collega migliaia di molecole di glucosio in lunghe catene ripetitive chiamate cellulosa. La cellulosa è il principale materiale strutturale nelle pareti cellulari delle piante. Inoltre, forma la lignina che riempie gli spazi tra le cellule e conferisce al legno la sua rigidità e resistenza.
La cellulosa e la lignina sono la sostanza reale del legno e i legami chimici che tengono insieme tutte quelle molecole, i legami tra ogni atomo di carbonio in ogni catena di cellulosa, in ogni albero di ogni foresta sulla Terra, sono elettromagnetici. Riassumendo: la stessa forza, sempre la stessa forza, la luce del sole, cioè radiazione elettromagnetica, colpisce una foglia. L’energia viene catturata e utilizzata per creare legami chimici elettromagnetici tra gli atomi di carbonio presi dall’aria. Quei legami costruiscono il glucosio. Il glucosio costruisce la cellulosa. La cellulosa costruisce il legno. L’energia elettromagnetica …. diventa materia solida.
Questa non è una versione semplificata, è davvero ciò che accade nella realtà. Ora appreso questo, lo dobbiamo portare un passo oltre perché non ci si possiamo fermare agli alberi, alle piante.
Noi infatti mangiamo cibo per vivere!
Quel cibo è perlopiù fatto di piante. O mangiamo direttamente piante oppure mangiamo animali che si sono nutriti di quelle piante o persino altri esseri che mangiano quegli animali. Il risultato non cambia. Ogni caloria che ci accresce, ogni unità di energia assimilata, l’abbiamo ottenuta…. estraendo carbonio all’aria.
Questo significa che il carbonio nei nostri muscoli, nelle nostre ossa, nel nostro cervello, quel carbonio in ogni cellula del nostro corpo, non molto tempo fa era CO2 atmosferica. Non siamo fatti di terra, né di acqua.
Siamo aria riorganizzata, cucita insieme da legami elettromagnetici e alimentata da luce solare antica
Ogni atomo di carbonio nel nostro corpo ha una storia. È fluttuato nell’atmosfera come CO2. Una pianta lo ha assorbito, lo ha separato e lo ha costruito come glucosio. Qualcosa ha mangiato quella pianta, qualcos’altro ha mangiato quello. Alla fine il carbonio è entrato nel nostro cibo, poi è passato nel nostro corpo formando le molecole che ci rendono fisicamente ciò che siamo. E prima di essere nell’atmosfera, quel carbonio era in un altro organismo. Quell’organismo è morto, si è decomposto e ha rilasciato di nuovo il carbonio come CO2, affinché fluttuasse fino a quando una nuova pianta lo ha catturato. Il carbonio è in ciclo tra gli esseri viventi e l’atmosfera da miliardi di anni.
Non dobbiamo avere paura dell’eccesso di carbonio nell’aria, anzi, dobbiamo temere la mancanza di carbonio a terra. Sotto forma di piante, di alberi, della quercia.
Non sappiamo se sia lo squilibrio del carbonio tra cielo e terra l’origine di ogni cambiamento climatico, ma certamente ne è una conseguenza.
In realtà ogni “squilibrio” è una nuova forma di equilibrio, se il carbonio sul pianeta è una quantità finita.
Noi siamo una disposizione temporanea di atomi che sono stati parte di innumerevoli altre cose prima di noi e che saranno parte di innumerevoli altre cose dopo di noi.
Questa non è filosofia, questa è chimica!
Feynman parlava del fatto che comprendere la biologia di un fiore non ne distrugge la bellezza, al contrario aggiunge qualcosa. Sapere cosa accade realmente non semplifica l’esperienza di guardare un albero, la rende più profonda, perché ora quando guardiamo una quercia non vediamo più un mucchio di terra che in qualche modo si è sollevato e ha formato corteccia.
Potremmo vedere luce solare solidificata, accumulata nel corso di centinaia di anni. Potremmo vedere energia elettromagnetica catturata da una stella distante 150 milioni di km. Dovremmo vedere energia usata per creare legami chimici tra atomi di carbonio presi dall’aria, impilati uno sopra l’altro, fino a diventare qualcosa su cui possiamo arrampicarci, che possiamo scolpire e sotto cui possiamo sederci. E che possiamo mangiare.
L’albero non prende dal terreno, prende dal cielo, dal sole, dall’aria stessa. E noi che stiamo accanto a lui e lo osserviamo, siamo parte dello stesso processo. Una disposizione diversa, lo stesso meccanismo, luce solare catturata, carbonio legato, materia costruita.
Noi e l’albero stiamo eseguendo lo stesso “trucco fondamentale”, solo in direzioni diverse. Lui, L’albero, genera. Noi, trasformiamo. Se vogliamo vedere il mondo per quello che è realmente, dobbiamo sapere questo.
Non è mai come sembra, la consapevolezza è fondamentale, la verità necessaria. Sempre.
FONTI
Testo liberamente tratto, ispirato e reinterpretato da una fonte on line – YOUTUBE la mente di Fayman (Richard Feynman)
- Richard Feynman — “Fun to Imagine” Serie BBC (1983), episodio “Fires”
- Feynman Lectures on Physics, Volume I, Capitolo 1 — “Atoms in Motion”
- Feynman Lectures on Physics, Volume I, Capitolo 2 — “Basic Physics”
- Richard Feynman — “The Pleasure of Finding Things Out” (Intervista BBC Horizon, 1981)
- Richard P. Feynman — “Six Easy Pieces” (1994), Capitolo 1 — “Atoms in Motion”