Lo zero assoluto e gli effetti del freddo estremo. Jakutsk, la città più fredda del mondo

Stalattiti di ghiaccio a Genova

Stalattiti di ghiaccio a Genova [@01]

Uscendo di casa d’inverno con una temperatura sugli zero gradi, abituati come siamo al caldo estivo, la prima espressione spontanea che ci salta alla mente è: «Che freddo!».
Ma se guardiamo il fenomeno da un punto di vista più scientifico, ecco che la frase perde di significato: infatti sarebbe più corretto parlare di «mancanza di calore». Il freddo di per sé non è un parametro misurabile in natura, l’elemento misurabile è la presenza o l’assenza di calore.

La sensazione di “gelo”, entro un certo limite, è un parametro soggettivo, non si tratta di una percezione valida per chiunque allo stesso modo. Chi è abituato a vivere sulle cime montane o ai margini della tundra sentirà i nostri zero gradi con la stessa indifferenza di una brezza primaverile. A Mosca, dove le temperature arrivano a toccare i -35° C, gli abitanti non si lamentano di sicuro del ghiaccio come succede in Italia.

A ogni modo, il calore in natura è fondamentale. Stabilisce se un oggetto è in stato solido, liquido o gassoso. Altera la pressione, la densità e la conducibilità elettrica dei corpi. Influenza le reazioni chimiche ed è la causa base dei fenomeni meteorologici più spaventosi, come i tornado, le tempeste di neve o di temporali. L’incontro tra aria fredda e un forte calore è capace di generare una pericolosa pioggia di grandine – o qualcosa di peggio, come la tremenda tempesta di ghiaccio che ha colpito il Canada nel 1998.

Ma che effetto ha il freddo sul corpo umano?

[vedi anche l’infografica della BBC sugli effetti della temperatura]


Gli effetti del freddo sul corpo umano

Già dopo cinque minuti in cui un corpo è esposto al gelo, i vasi sanguigni del sangue si restringono per evitare perdite di calore (un fenomeno chiamato vasocostrizione). Altri cinque minuti e avviene l’opposto, cioè le vene si allargano per impedire il congelamento (vasodilatazione), provocando il classico rossore. Il processo continua in questo modo, logorando i tessuti, fino alla fase critica: la necrosi.
A questo punto il cervello perde sempre più la connessione con la realtà, sopravviene la stanchezza e, una volta addormentati, il risveglio autonomo è difficile. Per questo motivo chi ha dimestichezza con il primo soccorso parla al paziente per impedire che si addormenti.

A una temperatura di -35° C la pelle allo scoperto congela in pochi minuti, a -45° C qualsiasi metallo (come le stanghette degli occhiali) si attacca alla cute come un collante e per staccarlo il più delle volte è necessario incidere in profondità. In una puntata di Real TV, una trasmissione televisiva che mostrava video di particolare tensione, un bambino aveva leccato il ghiaccio all’interno di un congelatore. La lingua gli era rimasta “incollata” alla superficie, richiedendo un intervento medico specializzato. E la temperatura di un congelatore si aggira soltanto attorno ai -20°C.

Il freddo in medicina ha anche un ruolo utile. L’ibernazione impedisce ai tessuti (e agli organi da trapiantare) di degenerare precocemente, conservandoli. Tra le altre cose, a -110°C la soglia del dolore si alza per circa 3 ore, grazie alla produzione di ormoni dovuta allo stress da freddo.

Jakutsk, la città più fredda del mondo

Resta inteso che l’uomo può adattarsi anche a temperature estreme.
Jakutsk, in Siberia, è la città più fredda del mondo. La media di gennaio è sui -42,9 °C, ma è arrivata a toccare i -63° C. Riuscite a immaginare una temperatura simile? Qui in Italia rabbrividiamo quando il clima raggiunge gli 0° C, cioè appena il sufficiente per ghiacciare le strade. A Jakutsk la neve fa parte del paesaggio naturale e stalattiti di ghiaccio penzolano dalle case e dai monumenti.

La strada principale che porta alla città è chiamata “Via delle ossa”. Un nome senz’altro rievocativo, anche perché chi viaggia solo in queste zone e ha un guasto alla macchina rischia di non tornare più a casa. Motivo per cui i camion che l’attraversano si muovono sempre in coppia.

Nonostante questa situazione, Jakutsk è abitata da più di 267 mila abitanti (in continuo aumento) che camminano per strada con sciarpe, passamontagna e giacconi e lavorano fino a quando la temperatura rimane sopra i -50°. La cosa sorprendente è che la gente vive spensieratamente, in pace e in salute. Nemmeno eventuali blackout di corrente, quindi la mancanza temporanea di riscaldamento come è già accaduto in due città vicine nel 2008, riesce a fermarli.

Panoramica di Jakutsk, dicembre 2008

Panoramica di Jakutsk, dicembre 2008



vedi dove si trova Jakutsk

Lo zero assoluto, la temperatura più bassa possibile

Teoricamente è possibile somministrare a un corpo una quantità infinita di calore: i limiti sono soltanto nella tecnologia a disposizione (e nella resistenza dell’oggetto). Ma si può immaginare che esista un limite al freddo. Continuando a togliere calore a un corpo, si raggiungerà un punto in cui il corpo sarà completamente freddo, privo di calore. Questo punto minimo è chiamato zero assoluto e corrisponde a -273,15 °C, che equivalgono a -459,67 °F (Fahrenheit, i gradi in uso in America). In chimica hanno adottato un sistema di misurazione specifica, il kelvin (K), il cui 0 è fissato proprio sullo zero assoluto.

Apro una parentesi tecnica.
In realtà le leggi della termodinamica impediscono a un oggetto di raggiungere lo zero assoluto: servirebbe una quantità di energia infinita per fargli toccare quel punto. La meccanica quantistica va oltre e spiega che la velocità (e l’energia) nel punto di zero assoluto non può essere nulla perché dipende dalle dimensioni nelle quali l’atomo si trova. Un concetto un po’ complicato che qui dobbiamo prendere sulla fiducia.

Per chi si ricorda le lezioni a scuola, calore significa movimento. Se si raggiungesse lo zero assoluto, l’energia che muove le molecole sarebbe nulla e l’oggetto sarebbe del tutto immobile. Un principio fondamentale della quantistica (chiamato principio di indeterminazione) annuncia che non è possibile conoscere contemporaneamente la velocità e la posizione di una particella: più si misura l’una con precisione, più la misurazione dell’altra diventa imprecisa. Ma se l’oggetto è completamente statico, è chiaro che si può misurare senza errori tanto la velocità quanto la posizione delle sue particelle, il che viola il principio appena spiegato.

Cosa succede a un oggetto immerso in una temperatura così bassa?
Gli scienziati sono riusciti a raggiungere il milionesimo di grado celsius dallo zero assoluto, quindi hanno un’idea piuttosto precisa degli effetti possibili. La materia assume proprietà particolari come la superconduttività (cioè non hanno resistenza al passaggio della corrente elettrica ) e la superfluidità (hanno una conducibilità termica infinita e, in certe condizioni, possono muoversi all’infinito perché non trovano attrito), altrimenti non possibili nella materia conosciuta.
E se per caso prendeste in mano un oggetto con una simile temperatura interna e lo gettaste a terra, anche se fosse un diamante, andrebbe in mille pezzi come una palla di vetro.

Fonti esterne


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