Niccolò Stenone: il padre della Geologia

L'11 gennaio ricorreva l'anniversario di nascita di colui che è considerato - a ragione! - il padre della geologia: Niels Stensen, latinizzato in Niccolò Stenone (alcune fonti che si basano sul Calendario Giuliano dicono che è nato il 1 gennaio; ignoro se nella Danimarca del 1638 si usasse ancora il calendario Giuliano o quello Gregoriano... prenderò “zero” in storia ma vabbè...). Visto che Google lo ha addirittura celebrato con un “Doodle”, ho deciso di riassumere la figura di questo grandissimo uomo venuto in Italia dalla Danimarca, che si è occupato di scienze con risultati brillantissimi in Anatomia, Geologia e Paleontologia; convertito al cattolicesimo, fu anche un teologo e quando prese i voti lasciò la Scienza per la Religione, con risultati molto importanti anche da questo punto di vista, dato che è stato canonizzato nel 1988.

Nato nel 1638 a Copenhagen, Stenone visse parecchi anni a Firenze, dove fu chiamato direttamente dal Granduca Ferdinando II come scienziato di corte, un incarico mica da poco in una città che continuava ad essere una delle principali sedi scientifiche mondiali. Morì ben lontano dalle rive dell'Arno, a Schwering, nella Germania Settentrionale il 25 novembre 1686. La sua salma riposa però proprio a Firenze, nella Basilica di San Lorenzo, dove fu traslata nell'ottobre del 1687 per disposizione del granduca Cosimo III, a poche decine di metri dalle tombe dei granduchi medicei (se non erro ci fu persino il pellegrinaggio durante il 32simo Congresso Geologico Internazionale, svoltosi nella città toscana nel 2004).

I campi di interesse di Stenone sono stati parecchi ed a lui sono legate diverse scoperte di anatomia (a Firenze si confrontava per esempio con Francesco Redi) ma a me in questo momento interessano soprattutto la geologia e la paleontologia. Fu anche un teologo di tutto rispetto. Una mente poliedrica quindi (attualmente si direbbe “multitasking....).

Avevo già parlato del Neoplatonismo, e a quel post rimando sulla questione di come questa filosofia applicata alla Natura abbia ritardato parecchio il riconoscimento del significato dei fossili: succede sempre così quando la Scienza è subordinata a filosofia o religione (è il caso dell'antievoluzionismo).

A Stenone è legata una delle prime smentite su basi osservative della classificazione degli oggetti in base alla forma; una delle categorie più importanti era quella delle glossopietre (pietre-lingua), chiamate così perchè la loro forma assomiglia a quella della lingua. Le cronache dicono che nel 1666 nel mare davanti a Livorno fu pescato uno squalo di dimensioni importanti; la notizia arrivò a Ferdinando II, il quale ordinò di mandare la testa proprio al suo Fisico di corte per farla esaminare. Grazie a questa testa lo scienziato si rese conto che i denti dello squalo assomigliavano in maniera impressionante alle glossopietre, credute via via pietre venute dal cielo oppure – nello spirito del neoplatonismo – oggetti impressi nelle rocce dalle forze della Natura. 

Stenone non fu il primo a notare questa somiglianza (anzi... identità!) ma è colui che ne ha parlato in maniera chiara: rispetto ai suoi predecessori, che non sono passati alla storia, il suo merito è sicuramente quello di aver dato una spiegazione scientifica brillante e una descrizione accurata di come avviene la trasformazione; queste ossevazioni così precise sono dovute anche alla sua grande preparazione nelle due Scienze basilari per la Paleontologia: l'Anatomia e la Geologia.

La questione delle Glossopietre Stenone la pubblica nel 1669 in uno dei libri scientifici più importanti della Storia delle Scienze, il "De solido intra solidum naturaliter contento dissertationis prodromus" in cui stabilisce il sano principio che se una sostanza solida è simile sotto ogni aspetto a un'altra sostanza solida, non solo per le condizioni della sua superficie ma anche per la disposizione interna delle sue parti e particelle, essa sarà simile anche per modo e luogo della sua produzione e anche quello di capire in caso di coesistenza di due aspetti diversi quale sia il più antico. Cioè, conta come la cosa è fatta all'interno e non la sua forma esterna; il principio ribalta completamente il sistema del neoplatonismo. 

Questo scritto fu l'inizio della fine del neoplatonismo e delle chiacchiere filosofiche sulla natura dei fossili e istituì anche nelle Scienze Naturali il sano principio della prevalenza dell'osservazione sulla interpretazione a priori di un fatto.

Nel “De solido”, oltre al superamento del neoplatonismo, abbiamo un'altra enunciazione di pari importanza, in quanto nasce con questa pubblicazione la geologia stratigrafica:

• ogni strato si depone a partire da un fluido che contiene delle particelle solide che si depositato sulla superficie solida sottostante: in questa fase parti dure di provenienza animale o vegetale possono essere deposte assieme alle particelle e incorporarsi nel sedimento
• ogni strato è continuo lateralmente e alla deposizione è più o meno orizzontale
• gli strati si sovrappongono nel tempo (è il cosiddetto principio di sovrapposizione)
• la struttura orizzontale di una pila di strati rimane inalterata se non viene disturbata da eventi successivi (vulcani o terremoti)

Sono cose piuttosto ovvie con il metro di oggi, ma nel 1668 non lo erano. Onore al merito

Già che ci siamo nel De Solido c'è anche il principio della cristallografia che appunto è noto come "Legge di Stenone": in un cristallo reale, comunque sproporzionato, l'angolo formato da due facce qualsiasi è sempre uguale a quello formato dalle due facce corrispondenti del cristallo ideale.

Poi Stenone rimase creazionista (era sperare troppo per l'epoca...) e le sue idee sulla formazione dell'Appennino espresse nel De Solido lasciano molto a desiderare con le conoscenze attuali, ma logicamente dobbiamo riportare i fatti e le idee al tempo in cui sono stati studiati: mi sembra che il danese abbia decisamente fatto fare dei passi da gigante ad anatomia, geologia e paleontologia e questo è ciò che conta.

Il successo del “De Solido” fu decisamente importante: basti pensare che già nel 1671 in Inghilterra uscì la traduzione inglese del Prodromo dal titolo “The Prodromus to a Dissertation Concerning Solids Naturally Contained within Solids".

Una velocità sorprendente di propagazione delle idee quando ancora non solo non c'era internet, ma neanche era facile e veloce viaggiare per l'Europa.

In Inghilterra ci furono anche delle polemiche sulla paternità della scoperta dell'origine delle glossopietre, specialmente da parte di Robert Hook, che era arrivato alle stesse conclusioni ma senza le generalizzazioni e la ricchezza di particolari poi scritte da Stenone. Furono però rigettate grazie ad influenti membri della Royal Society.

Purtroppo fu molto osteggiato dall'ambiente religioso e da quello filosofico, capitanati dall'ultimo strenuo difensore della teoria inorganica a proposito dell'origine dei fossili, Athanasius Kirchner (1602 – 1680), un sacerdote gesuita e scienziato all'epoca particolarmente autorevole ed ascoltato, specialmente in Vaticano. Queste resistenze perseguiteranno lo scienziato anche quando, dopo aver preso i voti, lasciò totalmente l'attività scientifica per passare a quella religiosa di conversione delle popolazioni che avevano lasciato durante la Riforma la chiesa di Roma.

Stenone quindi è stato un genio, uno dei massimi scienziati mondiali di sempre. Rimangono a lui intitolati la Legge di Stenone nella Cristallografia, il Principio di  Stenone nella Geologia e il Condotto di Stenone in Anatomia. Da ultimo c'è anche un riconoscimento religioso come la beatificazione. Purtroppo per lui si è occupato di geologia ed anatomia e non di fisica o chimica, quindi è sconosciuto ai più, persino a molti frequentatori dell'istituto Stensen, che a Firenze come associazione culturale ha contato parecchio negli anni passati (Darwin è un'eccezione, dovuta soprattutto alle polemiche sulla sua opera e a quella non sempre cristallina di chi si è rifatto a lui per vari motivi). In Danimarca c'è comunque la medaglia "Steno" che premia uno scienziato particolarmente distintosi nello studio della geologia di Danimarca e Groenlandia.

Ma la figura di questo intraprendente e acuto danese è quella del padre di chi si occupa del nostro pianeta, di come funziona e ha funzionato e di come si è svolta la sua vita passata, l'uomo che in geologia ha aperto la strada al Principio dell'Attualismo di James Hutton, ai Principles of Geology di Charles Lyell, alla Deriva dei Continenti di Alfred Wegener e alla Tettonica a Zolle di John T. Wilson.

La subsidenza naturale delle pianure e i problemi che comporta lungo le coste

Una caratteristica fondamentale delle serie sedimentarie è lo spessore molto elevato, per cui il basamento roccioso su cui poggiano quelle attuali è di norma abbondantemente ben al di sotto del livello del mare: per esempio nella pianura padana ci sono migliaia di metri di sedimenti marini depositati negli ultimi 10 milioni di anni (la sezione qui a fianco è del versante emiliano  nella zona di contatto fra la pianura e i monti). Dall'altra parte degli Appennini lo spessore dei sedimenti recenti in Toscana Settentrionale è spesso superiore ai 2 km: se noi togliessimo tutto quello che si è depositato negli ultimi 5 milioni di anni tra Empoli, Montecatini e la costa ci sarebbe teoricamente un mare molto profondo. In realtà le cose stanno diversamente: la superficie del basamento roccioso ricoperta dai depositi marini si trova molto al di sotto di dove era quando si sono deposti i primi sedimenti. Si è quindi abbassata di parecchie migliaia di metri, come è successo al di sotto della pianura padana per colpa di un fenomeno detto “subsidenza”. 

La subsidenza è una caratteristica molto importante e comune della maggior parte delle zone pianeggianti in cui si depositano sedimenti ed è particolarmente difficile da gestire nelle aree vicine al mare. Consiste in un lento e progressivo abbassamento del terreno, normalmente compensato dall'afflusso di sedimenti (se non ci fosse stato un afflusso di sedimenti non si  sarebbe formata una pianura alluvionale e l'area sarebbe finita sotto il livello del mare).

Ci sono due tipi di subsidenza naturale che normalmente coesistono:

- nella subsidenza tettonica un'area si abbassa per cause tettoniche

- nella subsidenza da carico la crosta si abbassa a causa del peso di ciò che vi si accumula al di sopra

Facilmente si comprende come un'area di subsidenza tettonica possa diventare un importante bacino di sedimentazione per cui le due componenti si sommano (e normalmente è una subsidenza tettonica che consente l'inizio della sedimentazione in una certa area).

Il basamento roccioso sotto la Pianura Padana e sotto la Toscana Centrale si è abbassato molto a causa del carico rappresentato dal peso dei sedimenti che vi si sono depositati sopra. Un fenomeno esattamente contrario lo vediamo oggi in Scandinavia: tutta l'area si sta sollevando a causa della perdita avvenuta 11.000 anni fa della calotta glaciale. Ovviamente quando i ghiacci si depositarono, tutta l'area subì uno sprofondamento.

Oltre alla compattazione dei sedimenti dovuta al peso di quelli che vi si depositano via via al di sopra, la subsidenza è dovuta al “galleggiamento” della crosta terrestre sul mantello superiore, che a larga scala ha un comportamento plastico. Praticamente la crosta è come una nave che naviga sul mantello, più la carichi più la linea di galleggiamento si innalza verso il ponte. Il fenomeno è stato denominato “isostasia” già nel XIX secolo.

I prelievi idrici a vari scopi provocano un ulteriore abbassamento in quanto l'acqua occupa i pori del terreno e non è comprimibile. Toglierla vuole dire compattare il terreno, che quindi si abbassa. È un problema gravissimo e lo confermano dei dati molto curiosi: nelle aree in cui le falde acquifere sono intensamente sfruttate dalle industrie, il livello della curva piezometrica (la superficie della falda) mostra una correlazione con il lavoro nelle aziende: si innalza durante le ferie ed i fine settimana. Questa componente è spesso più forte rispetto a quella stagionale, in cui la falda si innalza in periodi piovosi e si abbassa durante le stagioni secche. Prendendo l'esempio di Prato, città in cui le tintorie di tessuti una volta erano numerosissime e non c'era nessuna forma di riciclaggio del quantitativo imponente di acqua che consumavano, il livello massimo della falda veniva toccato alla fine di agosto, quando in assenza di influenze antropiche quel periodo dovrebbe corrispondere al livello minimo annuale!

In una zona lontana dal mare la subsidenza naturale non presenta in generale conseguenze particolari, se non in casi molto localizzati in cui un forte prelievo idrico (che può essere voluto ma anche fortuito), abbassa in maniera molto veloce il terreno e si ripercuote anche pesantemente sulla stabilità degli edifici vicini. Invece la subsidenza delle regioni costiere può essere un grosso problema: è intuitivo che con il suo abbassamento il suolo rischia di finire sotto il livello del mare, ma c'è un altro problema un po' meno conosciuto che può presentare dei risvolti molto impattanti sull'uomo e sull'ambiente: la possibilità dell'ingresso di acque marine nelle falde acquifere che sostituiscono (o si mescolano con) le acque dolci. In questo modo non solo si compromette l'uso irriguo, idropotabile ed industriale della falda, ma è noto che acque salate possono provocare, se succhiate dalle radici, la morte degli alberi e delle altre forme di vita vegetale (non tutte le piante possono vivere come le mangrovie in acque ad elevata salinità!). 

Oggi la situazione delle aree costiere è ancora più difficile rispetto a prima dell'arrivo dell'Uomo in quanto:

- i fiumi in natura, come scrissi in questo post, erano liberi di divagare  e distribuire i sedimenti nella piana. Oggi sono stretti dentro argini da cui non possono divagare (tranne in casi eccezionali) e non distribuiscono più il loro contenuto solido. Questo fattore è molto importante: se la pianura è, come normalmente accade, in subsidenza i casi sono due: o l'apporto sedimentario delle alluvioni compensa l'abbassamento o prima o poi tutto finisce sotto il livello marino. E se i fiumi non tracimano di sedimento nella piana non se ne può accumulare. Vediamo per esempio questo disegno in cui si vede come un fiume cambia di continuo il suo percorso. Naturalmente durante le piene un fiume come quello, tracimando, distribuisce i sedimenti che trasporta lungo tutta la pianura, fino a dove arrivano le sue acque

- lo sfruttamento eccessivo delle falde acquifere che incrementa il tasso di subsidenza e comporta un aumento del rischio di ingressione di acque marine nel sottosuolo

- un altro contributo molto notevole alla subsidenza è dovuto alla estrazione di gas e di petrolio, ove questi giacimenti sono presenti. L'effetto è lo stesso delle falde acquifere

- negli ultimi anni bisogna pure tenere conto dell'innalzamento del livello  dei mari

Sulle capacità di un fiume di modificare il suo corso vediamo in questa immagine molto significativa la ricostruzione di due vecchi percorsi dell'Arno nella zona di Navacchio, tra Pontedera e Pisa: in alto il fiume come è adesso, un vecchio percorso medievale è attestato da una linea bianca che è una strada che ne seguiva il percorso mentre i punti rossi sono stati ricavati dalla toponomastica e rappresentano il probabile andamento del fiume circa 2.000 anni fa.

Se poi osserviamo il confine emiliano lungo il Po si evidenzia che fu stabilito quando il corso del fiume era molto diverso da quello attuale. I progressivi spostamenti dei fiumi distribuiscono quindi i sedimenti lungo tutta la pianura e tendono a mantenerla allo stesso livello. 

Quindi la gestione delle pianure costiere è diventata un affare molto delicato e si capisce come vada trattato con una certa attenzione speialmente lo sfruttamento delle risorse idriche.

Un esempio importante viene dal Texas, dalla zona tra Galveston e Baytown, dove dal 1906 l'abbassamento del suolo è arrivato in alcuni punti al valore di 3 metri, piuttosto elevato per una pianura costiera.

In questo caso, molto responsabilmente, le Autorità hanno dato vita ad un importante progetto di “comunicazione istituzionale” per spiegare a tutti cosa sia la subsidenza, perchè avviene e come fare per limitarne i danni. Il sito evidenzia la componente antropica di questo fenomeno, molto marcato a partire dagli anni '40 del XX secolo in aree caratterizzate da sviluppo industriale e attività petrolchimica (presumo anche tramite estrazione di gas e petrolio) e ricorda come la comunità di Brownwood, sobborgo della città di Baytown ha dovuto abbandonare il sito in quanto a causa della subsidenza il terreno era costantemente alluvionato.

Il disegno di legge 3687 sulla riforma dei dipartimenti: un provvedimento centrato sulle grandi facoltà e non sulle piccole (specialmente scientifiche)

Scienzeedintorni non si occupa di politica che molto malvolentieri e solo se ha riflessi pesanti sulla scienza o sullo stato dell'ambiente. Oggi mi tocca, mio malgrado, occuparmene. Che le Università italiane siano in condizioni non ottimali è vero. Ma il nuovo disegno di legge che limita il numero di dipartimenti, chiudendo quelli con meno di 35 fra professori, ricercatori è un provvedimento che non tocca (o tocca marginalmente) le grandi facoltà come lettere o giurisprudenza o medicina. Nelle facoltà scientifiche ci sono invece dipartimenti forzatamente di dimensioni minori. Con questa legge sarebbero quasi tutti a rischio di chiusura. Bene hanno fatto i professori di Scienze della Terra a scrivere una petizione da presentare a chi di dovere.

Invito tutti a diffondere questa iniziativa e a firmare la petizione nel sito appena istituito 

Comunicato stampa

Disegno di Legge “Gelmini” e Geologia

Il 23 novembre riprenderà alla Camera dei Deputati il dibattito sul “disegno di legge n. 3687 e abbinate - Norme in materia di organizzazione delle università, di personale accademico e reclutamento, nonché delega al Governo per incentivare la qualità e l'efficienza del sistema universitario (approvato dal Senato)”.

Ironia della sorte proprio nella ricorrenza del sisma del 23 novembre 1980 un terremoto sta per scuotere dalle fondamenta l’Università italiana ed in particolare la comunità delle Scienze della Terra dell’Accademia italiana. Infatti,
l’articolo 2 del disegno di legge al comma 2 lettera b) recita “riorganizzazione dei dipartimenti assicurando che a ciascuno di essi afferisca un numero di professori, ricercatori di ruolo e ricercatori a tempo determinato non inferiore a trentacinque, ovvero quarantacinque (quaranta nella versione emendata dalla VII
Commissione permanente “Cultura, scienza e istruzione” della Camera) nelle università con un numero di professori, ricercatori di ruolo e a tempo determinato superiore a mille unità, afferenti a settori scientifico-disciplinari omogenei”.

Tali limitazioni numeriche non esistono in altre nazioni, e determineranno la scomparsa dal panorama nazionale delle università ben 25 Dipartimenti di Scienze della Terra ed avranno vita non facile i soli 6 rimanenti.
Alla luce della situazione attuale con un gran numero di pensionamenti nei prossimi anni e un blocco del turn-over “de facto” appare chiaro che il comma previsto dal disegno di legge n. 3687 mette a repentaglio l’esistenza di molti dipartimenti universitari non solo nell’ambito delle Scienze della Terra ma anche in altre aree scientifico-disciplinari, che rappresentano delle identità culturali
preziose per lo sviluppo e la formazione scientifica in Italia. Questa criticità viene ulteriormente amplificata per le aree scientificodisciplinaripiù piccole, portando, in alcuni casi, alla scomparsa quasi totale di Dipartimenti di riferimento su tutto il territorio nazionale.

Tutto questo, mentre tante aree della Nazione, di recente ed anche in questi giorni, sono interessate da frane ed alluvioni. Come abbiamo ancora una volta dolorosamente constatato l’Italia è “quasi totalmente” a rischio idrogeologico: 5.581 comuni, pari al 70% del totale, sono a potenziale rischio elevato. La totalità del territorio di Calabria, Umbria e Valle d'Aosta, il 99% delle Marche e il 98% della Toscana sono in questa situazione.
Senza dimenticare terremoti ed eruzioni vulcaniche che rappresentano un altro fattore permanente di elevato rischio geologico per il sistema Paese. Pertanto la scomparsa pressoché totale dei Dipartimenti di Scienze della Terra, dove si formano i giovani professionisti del futuro ed i futuri ricercatori rappresenta un gravissimo danno per l’intero sistema, anche in considerazione del fatto che, col
tempo, andranno perdute le conoscenze sull’assetto geologico locale.

E’ con questo spirito che tutta la comunità dei geologi italiani, dai docenti e ricercatori di Scienze della Terra, ai geologi liberi professionisti, dalle pubbliche amministrazioni agli Ordini Regionali chiede con forza una modifica al comma 2 lettera b) dell’articolo 2 del disegno di legge n. 3687 prima dell’approvazione finale. Una possibile rilettura del comma potrebbe configurarsi in tal modo: “riorganizzazione dei dipartimenti assicurando che a ciascuno di essi afferisca un numero di professori, ricercatori di ruolo e ricercatori a tempo determinato non inferiore a trentacinque, ovvero quarantacinque (quaranta) nelle università con un numero di professori, ricercatori di ruolo e a tempo determinato superiore a mille unità, afferenti a settori scientifico-disciplinari omonegenei.
Nel caso di Dipartimenti formati da professori,
ricercatori di ruolo e ricercatori a tempo determinato afferenti a settori scientifico - disciplinari totalmente ricadenti in una singola Area CUN, di consistenza nazionale inferiore a 1500 unità, i suddetti limiti sono ridotti rispettivamente a venticinque e trenta.”

Prof. Gabriele Scarascia Mugnozza Direttore Dipartimento di Scienze della Terra Università di Roma “La Sapienza”
Prof. Nicola Casagli Dipartimento di Scienze della Terra Università di Firenze
Prof. Maurizio Mazzucchelli Direttore Dipartimento di Scienze della Terra Università di Modena e Reggio Emilia
Prof. Carlo Doglioni Dipartimento di Scienze della Terra Università di Roma “La Sapienza” - Presidente Società Geologica Italiana
Prof. Stefano Poli Dipartimento di Scienze della Terra Università di Milano – Presidente Società Italiana di Mineralogia e Petrologia
Prof. Stefano Catalano Direttore Dipartimento di Scienze Geologiche Università di Catania
Prof. Rosanna De Rosa Direttore Dipartimento di Scienze della Terra Università della Calabria
Prof. Eugenio Carminati Dipartimento di Scienze della Terra Università di Roma “La Sapienza” - Consiglio Universitario Nazionale Area 04 Scienze della Terra
Prof. Rodolfo Carosi Dipartimento di Scienze della Terra Università di Pisa - Consiglio Universitario Nazionale Area 04 Scienze della Terra
Prof. Vincenzo Morra Direttore Dipartimento di Scienze della Terra Università di Napoli Federico II - Consiglio Universitario Nazionale Area 04 Scienze della Terra
Dr. Gian Vito Graziano Presidente Ordine dei Geologi della Sicilia
Dr. Francesco Peduto Presidente Ordine dei Geologi della Campania
Dr. Francesco Russo Vice Presidente Ordine dei Geologi della Campania
Dr. Vittorio D'Oriano Presidente Ordine dei Geologi della Toscana
Dr. Francesco Violo Presidente Ordine dei Geologi della Calabria
Dr. Raffaele Nardone Presidente Ordine dei Geologi della Basilicata
Dr. Giovanni Calcagnì Presidente Ordine dei Geologi della Puglia
Dr. Eugenio Di Loreto Presidente Ordine dei Geologi del Lazio