UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PERUGIA
Facolta’ di scienze matematiche, fisiche e naturali
Corso di Laurea in Attività di Protezione Civile
Corso di ECOLOGIA
Modulo di Ecologia generale
Alessandro Ludovisi
Dipartimento di Biologia Cellulare ed Ambientale
Università degli Studi di Perugia,
Via Elce di Sotto, 06123 -Perugia
Tel. 075 585 5707
e-mail address: [email protected]
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CICLI BIOGEOCHIMICI E LORO ALTERAZIONI
BIBLIOGRAFIA ESSENZIALE
De Marchi, A., 1992. Ecologia funzionale. Garzanti, 316 pp.
BIBLIOGRAFIA CONSIGLIATA
Bullini L., Pignatti S., Virzo De Santo A., 1998. Ecologia Generale. UTET, 519 pp.
LIVELLI DI ORGANIZZAZIONE
DEI SISTEMI NATURALI E UMANI
SISTEMI
ECOLOGICI
Con ciclo biogeochimico si intende il percorso ciclico (più o meno perfetto) che la materia (elementi e composti )
compie attraverso i compartimenti ambientali (litosfera, atmosfera, idrosfera, biosfera) a scala globale .
Ai cicli biogeochimici globali concorrono cicli
biogeochimici locali , che tuttavia sono tipicamente
non perfetti, dal momento che trasferiscono e
prelevano materia dai compartimenti globali
(atmosfera, idrosfera, biosfera)
La perfetta ciclicità dei percorsi si realizza allo
stato stazionario, che tuttavia non è mai stato
perfettamente mantenuto nel corso
dell’evoluzione biogeochimica planetaria
I principali cicli biogeochimici degli elementi
interessano i macroelementi della biomassa
(C, O, N, P, S), dal momento che il “motore”
dei cicli elementari è la componente vivente
Il ciclo dell’acqua è essenzialmente a controllo
abiotico, ma dipende dalla composizione
dell’atmosfera e quindi è vincolato ai cicli
biogeochimici degli elementi
CICLO BIOGEOCHIMICO
DEL CARBONIO
CO2 (g)
CO2 ↔ H2CO3
HCO3- H+
CO32- H+
O2 CO2 (g)
Nella litosfera:
Respirazione - Carbonati
- Depositi organici fossili
petrolio, carbone, metano
-Depositi di scheletri
Biomassa
calcarei
Fotosintesi
Detrito
Ca2+ CO32-
CaCO3
Fase di ciclizzazione
Fase di riserva
Il ciclo del carbonio è
strettamente controllato
dalla componente
biologica (uomo incluso),
che lo ha profondamente
trasformato e nel corso
delle ere geologiche….
e continua a farlo!!!
CICLO BIOGEOCHIMICO DELL’OSSIGENO
CO2 (g)
O2 CO2 (g)
CO2 ↔ H2CO3
Fotosintesi
Respirazione
HCO3- H+
CO32-
H+
Biomassa
Detrito
Nella litosfera:
- Carbonati
- Depositi organici fossili
petrolio, carbone,
-metano
Depositi di scheletri
calcarei
Ca2+ CO32-
CaCO3
Il ciclo dell’ossigeno è strettamente
connesso al ciclo del carbonio e
controllato dalla componente biologica
(uomo incluso), che lo ha profondamente
trasformato e nel corso delle ere
geologiche….
e continua a farlo!!!
Modello di variazione della temperatura e della concentrazione dei gas
atmosferici dalla comparsa della vita ad oggi.
Sintesi delle prime tappe
della storia della vita sulla
Terra - dai coacervati agli
organismi pluricellulari.
RICOSTRUZIONE DEL PALEOCLIMA: LE CAROTE DI
GHIACCIO POLARE
COMPOSIZIONE
ATMOSFERICA
TEMPERATU
RA
La stretta correlazione
tra temperatura e
concentrazione di gas
serra ha supportato
l’ipotesi di un controllo
atmosferico della
temperatura …. ma chi
controlla chi?
Le registrazioni ricavate
dai ghiacci antartici si
configurano come la
sovrapposizione di tre
segnali periodici:
- 100.000 anni;
- 40.000 anni;
- 22.000 anni, che
trovano la loro principale
causa nelle oscillazioni
astronomiche
Valori di temperatura e di concentrazioni di CO2 e CH4 all’interno delle goccioline d’aria,
racchiuse nella carota di ghiaccio lunga 3300 m, estratta a Vostok in Antartide e risalente a
I CICLI ASTRONOMICI E LA TEORIA DI
MILANKOWICZ
Le glaciazioni e i riscaldamenti più importanti
sono regolate dai cicli astronomici
L’attuale periodo di interglaciazione è
comunque caratterizzato da oscillazioni
sensibili, cui contribuiscono i “sunspot” e le
eruzioni vulcaniche
I cicli solari
controllano la
temperatura che, a
sua volta, controlla
gli equilibri dei
carbonati... nel
lungo periodo (!)
Nel periodo attuale,
le variazioni di CO2
eccedono quanto
osservato nei
millenni precedenti
…
… soprattutto in
termini di velocità di
variazione!
a)
Variazione della concentrazione di CO2
atmosferica (medie mensili) misurate
nella stazione di Manua Loa (Hawai) –
nero e Baring Head (Nuova Zelanda) –
blu e variazioni della concentrazione di
ossigeno atmosferico misurate nella
stazione di Alert (Canada ) – rosa e
presso la stazione di Cape Grim
(australia)-azzurro
b) Variazione delle emissioni annuali di CO2 da
combustibili fossili in Giga tonnellate (109
tonn) di carbonio – nero e rapporto
isotopico 13C/12C nella CO2 atmosferica
misurato nella stazione di Manua Loa
(Hawai)
CICLO BIOGEOCHIMICO DELL’ACQUA
Prudence Report 2005
Temperature medie estive (°C)
Anomalie stimate per il 2071-2100 rispetto
al periodo 1961-1990.
Precipitazioni medie invernali
IL CICLO
SEDIMENTARIO
LA DINAMICA DELLE PLACCHE (O ZOLLE)
IL CICLO DEL
FOSFORO
Ca5OH(PO4)3 – HAP
LITOSFERA
ROCCE
IDROSSIAPATITE
emersione
H2PO4-
Fotosintesi
Respirazione
HPO42- H+
PO43-
H+
Ca2+ PO43- OH -
Ca5OH(PO4)3 - HAP
IDROSFERA
Biomassa
Detrito
Decomposizione
ACQUA LIBERA O
INTERSTIZIALE
DEL SUOLO
LITOSFERA
SEDIMENTO
Dal momento che il fosforo in natura è prevalentemente
presente come fosfato, il ciclo del fosforo non interessa
l’atmosfera.
Il ciclo di breve termine è “imperfetto”, perché il fosforo
dilavato dalle rocce è parzialmente riciclato nella rete
trofica e parzialmente accumulato nella litosfera.
La chiusura del ciclo si realizza con il ciclo sedimentario
IL CICLO DEL
FOSFORO
Il ciclo del fosforo è fortemente influenzato dall’attività
antropica, tramite:
Input ⇓
- Estrazione del fosforo minerale per uso fertilizzante
(2 Mtonn/ anno);
- Utilizzazione del fosfato nei tensioattivi (detersivi);
- Scarico di reflui organici urbani e zootecnici nelle acque
superficiali
Output ⇑
-Pesca (60000 tonn /anno);
Dal momento che il fosforo rappresenta il
principale fattore limitante per la produzione
primaria nella maggior parte degli ambienti
acquatici d’acqua dolce e marina, i carichi di
fosforo sono i principali responsabili del
fenomeno di EUTROFIZZAZIONE
IL CICLO DELL’AZOTO
AZOTOFISSATORI
Liberi :
(Azotobacter, Pseudomonas, alghe azzurre, etc.)
Simbionti :
(Rhizobium, Attinomiceti, etc.)
N2 + 3H2O
⇒
400 kcal
2 NH3 + 3/2 O2
IL CICLO DELL’AZOTO
Il ciclo dell’azoto è fortemente influenzato
dall’attività antropica, tramite:
Input ⇓
- Produzione di ammoniaca da azoto atmosferico
per uso fertilizzante
- Scarico di reflui organici urbani e zootecnici nelle
acque superficiali (EUTROFIZZAZIONE)
- Combustione dei combustibili fossili (produzione di
ossidi di azoto - NOx)
Output ⇑
-Pesca
La sintesi chimica dell’ammoniaca:
N2(g) + 3H2(g) ⇄ 2NH3(g),
tramite il processo di Haber-Bosch, è responsabile di un
consumo pari all’1% del consumo globale di energia.
Un Kg di NOx produce un effetto serra pari a quello prodotto
da 296 Kg di CO2. La concentrazione di NOx in atmosfera è
aumentata del 15% nell’ultimo secolo
Fonte
Edilizia e alterazione dei suoli
Distruzione zone umide
Incendi e combustione biomasse
Combustibili fossili
Coltivazioni azoto-fissatrici
Fertilizzanti
Totale rilasci di origine umana
Totale rilasci di origine naturale
Milioni di tonnellate
20
10
40
20
40
80
210
140
World Resources Institute: www.wri.org/wri/wr-98-99/nutrient.htm
L’EUTROFIZZAZIONE
Fioritura algale nella laguna di
Orielton (Australia)
Moria di pesci nell'invaso del Cillarese (Brindisi)
L’EUTROFIZZAZIONE
Fioritura algale nella laguna di
Orielton (Australia)
Moria di pesci nell'invaso del Cillarese (Brindisi)
IL CICLO DELLO ZOLFO