Osservazione e analisi fai-da-te della sabbia

La sabbia sulle spiagge potrebbe un giorno diventare roccia sedimentaria se viene schiacciata e cementata insieme. La sabbia delle spiagge, dei laghi o dei fiumi riflette la fonte, o roccia “madre”. La roccia madre erode e crea rocce “baby” (sabbia) dopodiché il fiume o l’oceano sposta le rocce “figlie” a volte molto lontano dalla loro fonte. Comprendere le rocce sedimentarie richiede capacità di osservazione. Il modo migliore per guardare la sabbia è con un microscopio. Se non si dispone di microscopi, si possono utilizzare lenti di ingrandimento. Tuttavia, non renderanno la sabbia così spettacolare. 

La sabbia è definita come materiale granulare che attraversa diverse dimensioni di colini o “setacci”. Secondo i parametri di classificazione, il materiale il cui 50% o più è più grossolano del setaccio n. 200 ma che il 50% o più è più fine del setaccio n. 4, è classificato come sabbia. Il setaccio n. 200 ha aperture di 75 micron (0,075 mm) di diametro mentre le aperture n. 4 hanno un diametro di 4,75 millimetri. Se ci sono grandi quantità di particelle inferiori a 75 micron, il materiale è chiamato argilla o limo. Se ci sono grandi quantità di particelle più grandi di 4,75 mm, il materiale è chiamato ghiaia.

La sabbia non è altro che roccia frantumata, con molte impurità e grani ruvidi di forma irregolare, ognuno dei quali riflette e rifrange la luce, quindi l’effetto aggregato è che quasi tutta la luce viene riflessa. La sabbia, insomma, è impura, schiacciata, polverizzata, imperfetta e cristallina, per cui tutte le superfici della sabbia e le imperfezioni della microstruttura diffonderanno la luce. Ciò spiega anche perché il vetro, che è fatto dello stesso materiale di cui è fatta la sabbia, è del tutto trasparente mentre la sabbia no.

La sabbia del deserto del Gobi contiene molti granelli ruvidi.

Il vetro, infatti, ha una microstruttura amorfa e viene raffreddato per ottenere una densità costante e potrebbe persino essere lucidato. Il vetro è liscio a livello microscopico, con irregolarità superficiali inferiori alla lunghezza d’onda della luce, il che consente la sua trasparenza. Una superficie ampia e liscia riduce al minimo i riflessi che ci permettono di “vedere” una sostanza come il vetro. Se ne sgrossate la superficie con della carta vetrata realizzando il cosiddetto “vetro smerigliato” e vi apparirà traslucido.

Eppure il vetro smerigliato è lo stesso materiale, la luce può ancora attraversarlo, ma in esso ci sono innumerevoli piccole buche e graffi che rompono i riflessi e rifrangono e diffondono la luce, rendendo ora il vetro “visibile”. Ad ogni modo, se si guarda attentamente un grano di sabbia silicea cercandolo fra i grani di sabbia, si scopre che anch’esso è traslucido. Dunque, vi sono diverse ragioni che rendono interessante l’osservazione al microscopio della sabbia di una spiaggia (o di un fiume).

Come osservare la sabbia al microscopio

Procurati almeno 200 g di sabbia asciutta da una costa, un lago o un fiume vicini, oppure chiedi a qualcuno di farlo per te e magari di spedirtela. Asciuga accuratamente la sabbia. Se possibile, procurati e registra una descrizione del luogo in cui è stata raccolta la sabbia. Potresti voler notare cose come: la posizione sulla spiaggia dove è stata raccolta la sabbia, la tipica energia ondulatoria della spiaggia, la topografia dell’area, comprese le dimensioni e la forma della spiaggia, il pendio della spiaggia, e la stagione.

La sabbia delle spiagge vista al microscopio rivela un vero e proprio mondo!

Un modo semplice per osservare la sabbia è prendere del nastro adesivo e mettere una piccola quantità di sabbia sul lato appiccicoso, questo eviterà la fuoriuscita della sabbia. Potresti anche voler usare adesivi del tipo “a punto” e mettere grani di sabbia sul lato adesivo e quindi incollare l’altro lato su una scheda. Ma hai mai guardato la sabbia con un microscopio? Altrimenti inizia a farlo! Scoprirai che la sabbia è una delle cose più semplici e al tempo stesso più affascinanti da guardare al microscopio.

Posiziona il campione sul microscopio e guarda la sabbia. Potresti voler usare del nastro adesivo o un’etichetta appiccicosa per raccogliere la sabbia dal lato appiccicoso. È quindi possibile incollarlo su una scheda in modo che sia facile da guardare. Rimarrai stupito di quanto grande appaia la sabbia sotto il microscopio. Potresti voler esaminare vari campioni di sabbie diverse. In effetti, la sabbia è in qualche modo un’impronta digitale per la spiaggia da cui proviene.

Quando si osservano i campioni, il miglior tipo di microscopio da utilizzare è un modello con zoom stereo con ingrandimenti da 10x a 40x. Anche uno stereo dual power 10x/30x o 20x/40x sarebbe una buona scelta. I microscopi con zoom stereo forniscono un’immagine tridimensionale o “stereo” quando si guarda al microscopio. La funzione di zoom sul microscopio con zoom stereo offre una gamma di possibilità di visualizzazione ed è la singola funzione più utile quando si seleziona uno strumento stereoscopico.

Un microscopio zoom stereo è ottimo per l’osservazione della sabbia. Ne puoi acquistare alcuni ottimi modelli online ad un buon prezzo, ad esempio qui.

La manopola dello zoom su un microscopio stereo fornisce un ingrandimento in un ampio intervallo (ad esempio, 0,7x – 4,5x) e alla fine consente di visualizzare ogni singolo ingrandimento (7x, 8x, 9x, etc.) quando si esegue lo zoom sul campione di microscopia. I microscopi zoom stereo consentono uno zoom rapido dall’ingrandimento basso a quello alto, semplificano la visualizzazione di un campione nell’intero campo visivo, la messa a fuoco e lo zoom su una parte particolare di interesse. Dunque, si tratta di un microscopio molto utile. Ne puoi trovare in vendita alcuni modelli anche online, ad es. qui.

Per alcuni effetti interessanti nell’osservazione della sabbia con uno di questi microscopi a zoom stereo, prova a utilizzare una torcia luminosa a led e illumina il campione dal lato. Ciò produrrà lunghe ombre e metterà in risalto la definizione e il colore di molti minerali. Se invece non hai un microscopio zoom stereo ma solo un microscopio composto (tipo biologico), usa soltanto l’obiettivo 4x, metti il ​​campione su carta bianca o nera e illumina dall’alto con una luce intensa.

Il microscopio stereo, tuttavia, rende l’osservazione della sabbia enormemente più affascinante, poiché fornisce un effetto tridimensionale (3D), che nel microscopio biologico è del tutto assente. Nota che i singoli granelli di sabbia possono avere colori diversi. Se due campioni di sabbia hanno gli stessi colori (e dunque gli stessi componenti) probabilmente provengono dalla stessa roccia madre. Queste particelle di sabbia possono essere considerate “fratello” e “sorella”.

L’aspetto tridimensionale dei granelli di sabbia visti con un microscopio stereo.

Come fare l’analisi granulometrica della sabbia

È interessante innanzitutto investigare la dimensione e la forma delle particelle di sabbia. Per questo ti saranno di grande aiuto i setacci per sabbia (che puoi trovare qui). Il setaccio è un vaglio costituito da un recipiente che per fondo ha generalmente un retino metallico, che serve ad eseguire una cernita in base alle dimensioni, più in dettaglio a filtrare materiale avente dimensioni superiori a quelle della maglia e stabilire, convenzionalmente, la dimensione granulometrica del materiale trattenuto.

Esamina i setacci di sabbia. Se possibile, calcola e registra l’intervallo di dimensioni delle particelle delle particelle di sabbia che raccoglierai in ciascun setaccio. Queste informazioni sono in genere etichettate sul lato del setaccio di sabbia. Assicurati di includere nella tabella una classe di dimensioni per la sabbia che passerà attraverso la dimensione del setaccio più fine (ad esempio, se il setaccio più fine è 1 mm, i granelli di sabbia che passano saranno “inferiori a 1 mm di diametro”).

Separazione grossolana della sabbia in granelli di varie dimensioni.

Classifica il tipo di particelle che verranno raccolte in ciascun setaccio nella Tabella usando le dimensioni della cosiddetta scala di Wentworth. Ad esempio, se il setaccio è 1 mm, la sua rete raccoglie tutte le particelle superiori a 1 mm. Il tipo minimo di particelle raccolte secondo la scala di Wentworth è “sabbia molto grossolana”. Ogni porzione di sabbia verrà raccolta e pesata separatamente. Etichetta la raccolta del campione e pesa i vari contenitori riempiti per ogni classe di dimensioni che verranno raccolte.

Scala di Wentworth per la dimensione dei grani.

In pratica, procedi così. Mescola il tuo campione iniziale di sabbia per distribuire uniformemente tutte le granulometrie. Misura 100 g di sabbia del campione e lavora su questo setacciandolo. Impila i setacci in base alla dimensione delle maglie, con il più grosso in alto e il più fine in basso. Se i tuoi setacci non hanno un vassoio di raccolta sul fondo, metti un contenitore, un vassoio o un foglio di carta sotto il setaccio inferiore per catturare i più piccoli granelli di sabbia.

Versa il campione di sabbia nel setaccio più grosso sulla parte superiore della pila. Agita delicatamente la pila del setaccio con un movimento laterale o circolare in modo che le particelle di sabbia attraversino ciascun setaccio. Disponendo più setacci uno sopra l’altro come appena descritto, con questa procedura è possibile  suddividere rapidamente un materiale eterogeneo come la sabbia (oppure il terreno), e ricavarne la sua composizione granulometrica e la cosiddetta “curva granulometrica”.

Effettuazione del test dei grani descritto nel testo con i setacci di sabbia.

Determina la composizione percentuale della sabbia ordinata per dimensione delle particelle. Registra ogni passaggio nella tua tabella. Pesare ciascun campione di sabbia per classe di dimensione (che avrai raccolto in differenti barattolini o contenitori di cui conosci il peso esatto. Calcola la massa della sabbia sottraendo la massa del barattolino o contenitore dalla massa della sabbia. Calcola la composizione percentuale di ciascuna dimensione delle particelle nel campione totale di sabbia.

Il campione originale era di 100 g, quindi 1 g = 1% del campione totale in massa. Crea un grafico a barre che mostra la composizione percentuale di ogni classe di dimensione nel tuo campione di sabbia.  Utilizzando una lente manuale o un microscopio da dissezione, esamina poi le forme delle particelle all’interno di ciascun gruppo di dimensioni. Descrivi le forme che trovi per ciascun gruppo di dimensioni nella tua Tabella. Confronta le particelle con una mappa granulometrica per classificare le particelle in base alla forma.

Curva di distribuzione delle dimensioni dei grani di sabbia di differenti spiagge.

Altre possibili indagini sul campione di sabbia

La prima riguarda l’origine della sabbia. Procurati un campione di sabbia da 10 g. Metti il ​​campione in una capsula Petri pulita e asciutta (puoi acquistarne una ad es. qui). Utilizza lo stesso campione di sabbia del paragrafo precedente, se possibile. Non utilizzare soltanto una singola classe dimensionale della sabbia risultante dalla procedura del setaccio appena illustrata. Fai previsioni sulle fonti della sabbia che vedrai nel tuo campione in base alla tua conoscenza del sito di raccolta.

Utilizzando un microscopio da dissezione, visualizza la sabbia alla potenza più bassa. Assicurati che la sabbia sia sparsa in uno strato sottile nella capsula di Petri. È possibile utilizzare una sonda o uno stecchino per spostare le particelle di sabbia. Per le sabbie di colore chiaro, utilizza uno sfondo scuro; per le sabbie di colore scuro, utilizza uno sfondo chiaro. Prova a identificare almeno cinque diversi tipi di sorgenti di sabbia nel tuo campione. Puoi usare la seguente procedura.

Con le pinzette, sposta una particella singola nella tua sabbia (ad esempio, qualcosa che sembra far parte di un organismo) o un numero di particelle simili (ad esempio particelle della stessa forma e colore) in una capsula di Petri separata o in altro piccolo contenitore. Nella tua tabella disegna e colora le particelle, descrivi la forma (e) della (e) particella (e), stima la dimensione delle particelle con una carta o righello di per la granulometria della sabbia, e scrivi qualsiasi altra nota necessaria.

Separazione con le pinzette delle varie particelle che compongono la sabbia di mare.

La sabbia che reagisce con l’aceto di solito ha una componente biotica, cioè costituita da organismi animali o vegetali. Determina se la sabbia creata da questa fonte di sabbia ha componenti biogenici facendo cadere 1-5 gocce di aceto con una pipetta in un piccolo campione di sabbia e osservando se si formano bolle. Annota se le particelle di questo tipo sono biogeniche nelle “note” della tua Tabella.

Gli analisti forensi trovano spesso tracce di tracce come sporcizia, fibre e sabbia sulle scene del crimine. Potrebbero non sapere da dove provengano queste tracce, ma è loro compito, come scienziati, fare del loro meglio per determinare da dove provenga la traccia sconosciuta. La sabbia di una scena del crimine può quindi bollire quando l’aceto viene lasciato cadere su di esso. In tali casi, saper riconoscere se dei granelli di sabbia provengono da una certa località piuttosto che da un’altra è importante.

La sabbia che reagisce a un magnete di solito contiene magnetite, un minerale ricco di ferro. Utilizza un magnete per identificare eventuali particelle di sabbia ricche di ferro nel campione. Annota quali particelle erano magnetiche nelle “note” della tua Tabella. Ipotizza l’identità della fonte di ogni tipo di particella di sabbia. Registrale nella tabella 5.10. Facendo riferimento alle descrizioni dei componenti di sabbia biogenica e abiogenica, registra le tue ipotesi e il ragionamento sulla fonte della sabbia.