BIOLOGIA
LEZIONE N.2
slide N. 73
ESERCIZI slide N. 4-44-53-69
Gli ECOSISTEMI
classe II ITI
Prof. CARMIGNANI FABRIZIO
[email protected]
IISS “Mattei” – Rosignano S. (LI)
Definizione di
ECOSISTEMA
Un ECOSISTEMA, la struttura fondamentale
dell’ECOLOGIA, è rappresentato, in un
determinato habitat, dall’insieme di:
1) tutti gli organismi viventi: mondo BIOTICO
2) tutti i fattori non viventi: mondo ABIOTICO
 fattori ABIOTICI: NON VIVENTI
comprendono la temperatura, le forme di energia, le
precipitazioni meteoriche, le sostanze nutritive e altri
composti chimici presenti nell’ambiente
 fattori BIOTICI: VIVENTI
sono invece gli organismi che costituiscono le comunità
di specie che occupano una determinata zona
Andiamo ora a studiare più da vicino le caratteristiche delle
COMUNITA’ di un ECOSISTEMA
DOMANDE per ripassare
Definizione di ECOSISTEMA
1. Che cosa rappresenta un ECOSISTEMA in Ecologia?
La struttura delle
COMUNITA’
COMUNITA’: comprende tutti gli organismi
(animali, piante, funghi, alghe e microrganismi)
che vivono in una data area (HABITAT)
Una COMUNITÀ BIOLOGICA è l’insieme di tutte le
popolazioni di organismi (animali e piante i più
evidenti) che vivono in un determinato territorio,
abbastanza vicini per poter interagire tra loro
(Es. un prato, un bosco, un lago ecc…)
COMUNITA’
Ogni COMUNITÀ è caratterizzata da:
1. DIVERSITÀ delle SPECIE
2. SPECIE DOMINANTI
3. REAZIONI alle VARIAZIONI
AMBIENTALI
4. STRUTTURA TROFICA
(di nutrimento)
1)Diversità delle SPECIE
Tra le varie specie di esseri viventi di una
COMUNITA’ si possono verificare fenomeni
di COMPETIZIONE, causati dalla condivisione
di una risorsa limitata
 La COMPETIZIONE INTERSPECIFICA si
verifica tra 2 specie che concorrono per
la stessa risorsa limitata
 La NICCHIA ECOLOGICA di una specie
(suo ruolo nell’uso complessivo
delle risorse biotiche e abiotiche)
entra in “contatto” con quella
di un’altra specie
PRINCIPIO di ESCLUSIONE COMPETITIVA
Stabilisce che 2 popolazioni di specie diverse non
possano coesistere in una stessa comunità (HABITAT)
se le loro NICCHIE sono identiche
ALTA MAREA
MOLLUSCHI
CHTHAMALUS
NICCHIA
di Chthamalus
BALANUS
NICCHIA
di Balanus
OCEANO
BASSA MAREA
Popolazioni con NICCHIE ecologiche diverse
Per SELEZIONE NATURALE specie concorrenti possono
modificare leggermente le proprie NICCHIE e giungere a
una ripartizione delle risorse che permette loro di
convivere in una stessa COMUNITÀ
7 specie di
LUCERTOLA
(Genere ANOLIS)
Repubblica
DOMINICANA
A. ricordii
A. INSOLITUS
rami ombrosi
A. INSOLITUS
A. aliniger
A. DISTICHUS
A. christophei
A. cybotes
A. etheridgei
LUCERTOLA: Genere Anolis
A. DISTICHUS
superfici assolate
Nelle COMUNITA’ il rapporto alimentare tra animali,
definito PREDAZIONE, determina l’evoluzione di
adattamenti sia nei PREDATORI che nelle PREDE
 La PREDAZIONE è un’interazione tra organismi in
cui la specie più forte, il predatore,
uccide e si nutre di un’altra, la preda
 PREDE e PREDATORI per selezione naturale
possono evolvere adattamenti particolari
MIMETISMO
MIMETISMO CRIPTICO (camuffamento) e la
DIFESA CHIMICA sono strategie difensive
delle PREDE contro la PREDAZIONE
RAGANELLA
Livrea simile ad una corteccia
RANA TROPICALE
velenosa
Una PREDA può anche sfruttare un tipo di protezione
imitando le fattezze di una specie in qualche modo
pericolosa o disgustosa: in questo caso abbiamo il
MIMETISMO BATESIANO e MULLERIANO
MIMETISMO
BATESIANO
MIMETISMO
MULLERIANO
VESPA
APIDE
BRUCO di FALENA (farfalla) a dx
che imita un serpente a sx
Specie dal sapore sgradevole che
si imitano a vicenda
2) Specie DOMINANTI
La PREDAZIONE contribuisce a mantenere
la diversità di una comunità
Una specie CHIAVE di VOLTA (KEYSTONE) è un predatore che
mantiene la diversità della sua comunità riducendo la densità
dei competitori più forti, ed impedendo quindi, l’esclusione
competitiva delle specie più deboli
Le specie chiamate
SPECIE CHIAVE di VOLTA o
KEYSTONE) sono quasi
sempre dei predatori .
La loro presenta garantisce
una maggiore biodiversità
(più specie di organismi
viventi presenti in un certo
habitat) mentre la loro
scomparsa produce
significativi cambiamenti
nella comunità.
STELLA MARINA
(Gen. Pisaster)
mentre si ciba di un Mitilo
Alcune specie chiave di volta sono predatori terminali,
ossia specie che predano altre specie senza essere
a loro volta predate da nessuno.
Ne sono un esempio le stelle marine Pisaster (slide precedente)
che vivono nelle zone del basso fondale della costa pacifica.
In passato furono condotti degli esperimenti in merito e
togliendo la stella marina dalla comunità, le specie passarono
da 15 ad 8.
Infatti una specie di mitilo, liberatasi dal controllo esercitato dal
suo precedente predatore, occupò gran parte dell' area
disponibile per ancorarsi al substrato, togliendo spazio ad altri
animali, tra cui i crostacei cirripedi.
Non sempre le specie chiave di volta sono al vertice
della catena alimentare
e non tutte le comunità ne sono dotate
Se la specie CHIAVE di VOLTA viene
eliminata diminuisce la
biodiversità
 Nel Pacifico settentrionale, la predazione
delle LONTRE MARINE da parte delle
ORCHE ha fatto aumentare il numero dei
RICCI di MARE
(di cui si nutrono le lontre)
ORCA
LONTRA
SPECIE CHIAVE di VOLTA
 Dove abbondano i ricci di mare scarseggia
la loro fonte di nutrimento principale:
le alghe brune KELP
 La scomparsa di una specie
CHIAVE di VOLTA (LONTRA)
provoca la scomparsa di altre
specie (alghe kelp)
Es.
RICCIO di MARE
di CATENA
ALIMENTARE
KELP
alga
Gli ERBIVORI e le PIANTE, di cui essi si
nutrono, hanno evoluto diversi adattamenti
reciproci
Gli ERBIVORI sono animali che hanno evoluto
adattamenti utili a nutrirsi di piante o alghe
Per difendersi, molte piante producono
composti tossici
Alcune interazioni ERBIVORI-PIANTE illustrano il
concetto di COEVOLUZIONE:
selezione di adattamenti evolutivi
reciproci delle 2 specie
COEVOLUZIONE
BRUCO e UOVA - farfalla Heliconius
UOVA
Quando un cambiamento
che si verifica in una specie
agisce come nuova forza
selettiva su di un’altra specie
DEPOSITI
ZUCCHERO
della pianta
COEVOLUZIONE
Pianta rampicante tropicale
FIORE della PASSIONE
(Passiflora)
Le relazioni alimentari tra organismi contribuiscono
a strutturare le COMUNITÀ
Le relazioni alimentari molto strette tra 2 o più
specie che vivono insieme in intimo contatto
prendono il nome di SIMBIOSI
Vi sono 3 tipi di interazioni simbiotiche:
1. PARASSITISMO
2. COMMENSALISMO
3. MUTALISMO
Quando la relazione è molto stretta, per cui le 2 specie
si integrano profondamente e non si riesce più a
distinguerle, si parla semplicemente di SIMBIOSI
es. LICHENI = (FUNGO + ALGA)
1. PARASSITISMO
un organismo (parassita) si nutre a spese di un
altro (ospite) senza provocarne la morte
I germi patogeni (parassiti che causano malattie)
invece tendono ad uccidere il proprio ospite
(vedi esempio CONIGLIO successivo)
2. COMMENSALISMO
una specie beneficia della presenza dell’altra che
non ne viene disturbata
3. MUTUALISMO
entrambe le specie traggono beneficio reciproco
di varia entità dalla relazione
MIXOMATOSI
malattia virale (Poxviridae)
trasmessa per contagio ematico,
molto contagiosa che colpisce i
conigli europei e di rado la lepre
CONIGLI in Australia
(circa 600 MILIONI - 1950)
prima dell’introduzione del VIRUS della MIXOMATOSI
CONIGLIO EUROPEO: SPECIE INVASIVA
Problema australiano
Il CONIGLIO EUROPEO è stato introdotto nel XVIII secolo in
AUSTRALIA dove ha proliferato a tal punto da essere il
responsabile dell'estinzione di numerose
specie endemiche di animali e piante.
L'abitudine poi di scavare cunicoli e la grande voracità di questi
animali hanno fatto sì che il terreno, non più trattenuto dalle radici
delle piante, divenisse molto più cedevole e soggetto all'erosione.
Negli anni '50 per limitare la
popolazione dei conigli venne
introdotto il virus della MIXOMATOSI
e la popolazione crollò dai 600
milioni stimati a meno di 100 milioni.
CONIGLIO colpito dal virus della
MIXOMATOSI
I conigli però hanno sviluppato una resistenza
genetica alla malattia e sono di nuovo in aumento
(circa 250 milioni - 1991)
Quindi i ricercatori introdussero un altro patogeno:
virus RHD
(Rabbit Hemorrhagic Disease)
"malattia emorragica del coniglio“
Attualmente vivono, ancora in grande quantità, nelle
aree centrali e meridionali dell'Australia e in alcune
zone del nord del paese ed il problema
non è ancora stato risolto
Passando nei fori che le formiche aprono nella pianta il vento genera
sibili melodiosi giustificando l'altro nome inglese della pianta
“Whistling Thorn” cioè ACACIA FISCHIANTE
MUTUALISMO
alberi di ACACIA e FORMICHE
Alla base delle lunghe e acuminate spine di ACACIA vi sono dei rigonfiamenti
nerastri al cui interno si insediano colonie di formiche (gen. Crematogaster).
La pianta offre loro cibo (nettare e linfa) e le formiche svolgono compiti di
protezione scaricando addosso agli erbivori le secrezioni
acide e tossiche dei loro addomi.
3) Reazioni alle variazioni
AMBIENTALI
Le COMUNITA’ sono soggette a continue perturbazioni
(cambiamenti) di intensità molto variabile
Le perturbazioni sono eventi disturbanti
caratteristici delle COMUNITÀ, che:
 danneggiano le comunità biologiche
 rimuovono organismi da esse
 alterano la disponibilità delle varie risorse
Gli incendi, le alluvioni, i periodi di siccità, il
pascolo intensivo o le attività umane sono
esempi di PERTURBAZIONI
Perturbazioni su scala ridotta hanno effetti
positivi e possono incrementare la varietà
ambientale locale contribuendo ad aumentare
la biodiversità di una comunità
Le comunità cambiano invece in
modo drastico a causa di perturbazioni
particolarmente intense
La SUCCESSIONE ECOLOGICA è una
transizione della composizione specifica di
una COMUNITÀ che si verifica in seguito a
una perturbazione
SUCCESSIONE PRIMARIA
colonizzazione graduale a partire dalla nuda roccia:
si ha quando una comunità colonizza un’area che è
praticamente priva di forme di vita e di terreno fertile
Compaiono gli ABETI
nella foresta di ONTANI
Ritiro del ghiacciaio,
che deposita una
MORENA frontale
PIANTE ERBACEE (Dryas)
colonizzano l’area
Foresta di ABETI
SUCCESSIONE PRIMARIA: dopo ritiro del ghiacciaio Glacier Bay – ALASKA
GLACIER BAY NATIONAL PARK and RESERVE
è un parco nazionale degli Stati Uniti che si trova nell'ALASKA
meridionale, vicino alla città di Juneau
GLACIER BAY
Alaska - USA
I ghiacciai che scendono nella baia dalle cime innevate delle
montagne circostanti formano uno dei più spettacolari
paesaggi di ghiaccio e iceberg del mondo
Il più famoso ghiacciaio di GLACIER BAY è probabilmente il
Muir Glacier (largo 3 chilometri e spesso 80 metri)
SUCCESSIONE SECONDARIA
Avviene a seguito di intense perturbazioni che
distruggono una comunità presente in una
certa area ma lasciano intatto il suolo fertile
Si verifica una successione secondaria se aree
forestali trasformate in terreni agricoli vengono
abbandonate o in aree devastate
da incendi e alluvioni
4) Struttura TROFICA
(alimentare o di nutrimento)
La STRUTTURA TROFICA o ALIMENTARE
rappresenta un fattore chiave nelle dinamiche
delle comunità degli organismi di ogni ecosistema.
Questa rappresenta le interazioni (rapporti) di tipo
alimentare che si instaurano tra i vari organismi
dell’ecosistema ed è costituito da più livelli
La sequenza dei passaggi di cibo da un
livello trofico (nutritivo) ad un altro è chiamata
CATENA ALIMENTARE
Nelle molteplici CATENE ALIMENTARI si individuano
vari tipi di organismi, che occupano posti precisi:
1. PRODUTTORI: stanno sempre al primo posto di
ogni catena alimentare in quanto, svolgendo la
FOTOSINTESI, producono sostanza organica
utilizzata poi come cibo dagli organismi
dei livelli successivi.
Sono rappresentati dalle PIANTE (ecosistemi
terrestri) e dalle ALGHE (ecosistemi acquatici)
2. CONSUMATORI PRIMARI (ERBIVORI): si trovano
subito dopo i produttori in quanto , per loro, sono
la fonte diretta di nutrimento
3. CONSUMATORI SECONDARI (CARNIVORI):
Possono essere di PRIMO, SECONDO, TERZO….
LIVELLO) e sono rappresentati dai CARNIVORI che si
cibano degli erbivori (CONSUMATORI SECONDARI)
o di altri carnivori (CONSUMATORI TERZIARI e
successivi)
4. DECOMPOSITORI:
sono soprattutto funghi e batteri del suolo che
decompongono le sostanze “morte” degli altri
esseri viventi che vi arrivano e che in questo modo
chiudono il ciclo alimentare di ogni catena
Esempi di CATENE ALIMENTARI
PRODUTTORI
CONSUMATORI I°
ERBIVORI
CONSUMATORI II°
CARNIVORI
CONSUMATORE III°
CARNIVORO
PRODUTTORE
CONSUMATORE I°
ERBIVORO
CONSUMATORE II°
CARNIVORO
CONSUMATORE III°
CARNIVORO
CONSUMATORE IV°
CARNIVORO
CATENE ALIMENTARI : TERRESTRI e ACQUATICHE
CATENA ALIMENTARE
rappresenta il flusso di
energia e nutrienti
dalle PIANTE
(PRODUTTORI)
CATENA ALIMENTARE
LIVELLO TROFICO
MARINA
CONSUMATORI
QUATERNARI
ORCA
POIANA
CONSUMATORI
TERZIARI
SERPENTE
TONNO
agli ERBIVORI
CONSUMATORI
SECONDARI
(CONSUMATORI PRIMARI)
ai CARNIVORI
ARINGHE
TOPO
(CONSUMATORI SECONDARI)
CONSUMATORI
PRIMARI
e di livello maggiore
CAVALLETTA
CATENA ALIMENTARE
TERRESTRE
ZOOPLANCTON
PRODUTTORI
PIANTA
FITOPLANCTON
Comparazione schematica
fra le reti alimentari
(trofiche) TERRESTRI e
MARINE
DETRITIVORI o DECOMPOSITORI
(animali saprofagi, funghi e procarioti)
decompongono i materiali di scarto e riciclano le
sostanze nutritive negli ecosistemi
La DECOMPOSIZIONE operata dai microrganismi è
chiamata MINERALIZZAZIONE
E’ la fase finale che lega tutti gli organismi in un
ciclo ed è essenziale per ogni comunità, così come
per la vita stessa
O
R
G
A
N
I
C
A
Z
I
O
N
E
Sost.
ORGANICHE
PIANTE
FOTOSINTESI
Produzione sostanze
ORGANICHE
Sost.
ORGANICHE
CICLO della
MATERIA
FUNGHI – BATTERI
DECOMPOSITORI
Produzione sostanze
Sost.
INORGANICHE
INORGANICHE
Sost.
INORGANICHE
M
I
N
E
R
A
L
I
Z
Z
A
Z
I
O
N
E
Catene alimentari interconnesse formano:
RETI ALIMENTARI
CONSUMATORI QUATERNARI,
TERZIARI e SECONDARI
RETE
ALIMENTARE:
fattore biotico
chiave in molti
ecosistemi
CONSUMATORI
TERZIARI e
SECONDARI
CONSUMATORI
SECONDARI e
PRIMARI
CONSUMATORI
PRIMARI
PRODUTTORI
(PIANTE)
Esempio di RETE ALIMENTARE
RETE ALIMENTARE
DOMANDE per ripassare
La struttura delle COMUNITA’
1. Cosa rappresenta una COMUNITA’ in Ecologia?
2. Cosa si intende per COMPETIZIONE interspecifica?
3. Che differenza c’è tra HABITAT e NICCHIA ECOLOGICA?
4. Cosa si intende per MIMETISMO e che tipi conosci?
5. Descrivi il rapporto d i PREDAZIONE e fai alcuni esempi
6. Cosa si intende per COEVOLUZIONE?
7. Che differenza c’è tra MUTUALISMO e COMMENSALISMO?
8. Che differenza c’è tra PARASSITA e PATOGENO?
9. Che cosa rappresenta una interazione tra organismi di tipo
SIMBIOTICO?
10. Descrivi brevemente le varie situazioni che si sono venute a creare
dopo aver introdotto il coniglio europeo in Australia
11. Che cosa è una successione ecologica primaria?
12. Che cosa rappresenta una catena alimentare o trofica?
13. Che caratteristiche hanno i produttori? ed i consumatori?
14. Che funzione svolgono i decompositori?
15. Cosa si intende per RETE ALIMENTARE?
16. Che cosa è la mineralizzazione e l’organicazione?
Struttura e dinamiche
degli
ECOSISTEMI
Lo studio ecologico degli ecosistemi prende,
soprattutto, in considerazione:
1) FLUSSO di ENERGIA
2) RICICLAGGIO CHIMICO (ciclo della MATERIA)
Un ECOSISTEMA è
costituito dall’insieme di
tutti gli organismi di una
COMUNITÀ e
dall’ambiente ABIOTICO
con cui questi
organismi interagiscono
RICICLAGGIO
CHIMICO
FLUSSO
ENERGIA
ENERGIA
CHIMICA
ENERGIA
LUMINOSA
ELEMENTI
CHIMICI
TERRARIO
piccolo ecosistema
ENERGIA
TERMICA
Sulla produzione primaria ottenuta da piante e alghe
grazie alla fotosintesi, si basa la quantità di energia
disponibile per tutti gli organismi dell’ecosistema
PRODUTTIVITÀ PRIMARIA:
i produttori convertono, con la
fotosintesi, l’energia del sole in
energia racchiusa nei legami chimici di
sostanze chimiche organiche utilizzate
poi da tutti gli altri organismi di un
ECOSISTEMA.
La quantità di sostanza chimica
organica che si ottiene dai produttori
(PIANTE e ALGHE) prende il nome
generico di:
BIOMASSA
Produttività PRIMARIA
relativa a diversi
ECOSISTEMI
OCEANO APERTO
ZONE di ESTUARIO
BARRIERE CORALLINE
DESERTI E SEMI-DESERTI
TUNDRA
PRATERIA TEMPERATA
AREE COLTIVATE
FORESTA BOREALE (TAIGA)
SAVANA
FORESTA TEMPERATA
FORESTA TROPICALE PLUVIALE
0
500
1000
1500
2000
2500
PRODUTTIVITÀ PRIMARIA
(g/m2/anno)
L’energia disponibile ad ogni livello trofico limita la
lunghezza delle catene alimentari.
A questo riguardo possiamo disegnare delle
PIRAMIDI costituite da “scalini”, a partire dal
primo più grande dei produttori, poi sempre più piccoli,
dove ogni “scalino” rappresenta i vari livelli
delle catene alimentari.
Rappresentazioni di questo tipo prendono il nome di
PIRAMIDI della PRODUTTIVITÀ
e mostrano il flusso di energia dai produttori ai
consumatori dei vari livelli trofici
I PRODUTTORI convertono soltanto circa l’1% della
quantità di energia solare che raggiunge la Terra in
PRODUTTIVITÀ PRIMARIA
Nei livelli successivi ,poi, soltanto circa il 10%
dell’energia immagazzinata da un livello diventa
disponibile per quello successivo
Questo rapporto è conosciuto come la
LEGGE del DECIMO
elaborata dal biologo LINDEMAN
PIRAMIDE teorica della PRODUTTIVITA’
CONSUMATORI
TERZIARI
CONSUMATORI
SECONDARI
CONSUMATORI
PRIMARI
PRODUTTORI
10 kcal
100 kcal
1.000 kcal
10.000 kcal
(1% energia sole)
1.000.000 kcal
di energia luminosa (SOLE)
Vari tipi di PIRAMIDI ALIMENTARI
PIRAMIDE
delle BIOMASSE
PIRAMIDE
delle QUANTITA’
PIRAMIDE
dei NUMERI
PIRAMIDE
dei NUMERI
COLLEGAMENTI
La piramide della produttività spiega perché il consumo di carne
può essere considerato un lusso
I produttori potrebbero sostenere molte più persone se
non ci comportassimo come consumatori secondari
ma soltanto primari
LIVELLO TROFICO
CONSUMATORI
SECONDARI
INDIVIDUI A DIETA
VEGETARIANA
CONSUMATORI
PRIMARI
MAIS
INDIVIDUI A DIETA
CARNIVORA
BESTIAME
MAIS
PRODUTTORI
Energia alimentare disponibile per la popolazione umana a diversi livelli trofici
DOMANDE per ripassare
Struttura e dinamiche degli ecosistemi
1. Dopo aver indicato come si può definire il flusso di energia
negli ecosistemi spiegane il motivo
2. Dopo aver indicato come si può definire il movimento della
“materia” negli ecosistemi spiegane il motivo
3. Cosa si intende per produttività primaria?
4. e per BIOMASSA?
5. Dai una spiegazione della legge del decimo
6. Cosa sono le piramidi dei numeri, delle quantità e delle
biomasse?
7. Perché se tutta la popolazione umana avesse una dieta
vegetariana si potrebbero alimentare più persone?
Cicli
BIO-GEO-CHIMICI
Le SOSTANZE CHIMICHE vengono “riciclate” attraverso il
passaggio tra materia organica dei viventi (BIOSFERA)
e MONDO ABIOTICO (non vivente)
CICLI BIOGEOCHIMICI:
sono i cicli in cui le
sostanze nutritive
vengono riciclate e
continuamente
trasferite dagli
organismi (mondo
BIOTICO BIOSFERA) al
mondo ABIOTICO
LITOSFERA
IDROSFERA
ATMOSFERA
CICLO SOSTANZE NUTRITIVE
3
CONSUMATORI
2
PRODUTTORI
1
DETRITIVORI
Sostanze nutritive
per i PRODUTTORI
MONDO
4
ABIOTICO
LITOSFERA ATMOSFERA IDROSFERA
L’ACQUA è coinvolta in un ciclo globale della biosfera:
CICLO dell’ACQUA
CICLO
dell’ACQUA:
il motore è il
SOLE, che
innesca le
precipitazioni,
l’evaporazione e
la traspirazione
delle piante e
del terreno
Energia solare
Trasporto sopra
la terraferma
Movimento netto
di vapore acqueo dovuto
ai venti
Precipitazioni
sugli oceani
Evaporazione
dall’oceano
EVAPORAZIONE
E TRASPIRAZIONE
dalla terraferma
CICLO
dell’ACQUA
DILAVAMENTO e acque
del sottosuolo
Precipitazioni
sulla terraferma
Percolazione
attraverso
il suolo
CICLO del CARBONIO
dipende dalla fotosintesi e dalla respirazione
ciclo del CARBONIO
 prelevato
dall’atmosfera attraverso
la FOTOSINTESI
 fissato nelle molecole
organiche
 restituito infine
all’atmosfera attraverso
la RESPIRAZIONE
CELLULARE
CO2 atmosferico
FOTOSINTESI
RESPIRAZIONE
CELLULARE
Combustione
di combustibili
fossili e legname
Consumatori di live
Consumatori
primari più elevato
Composti
del carbonio
nell’acqua
Sostanze
di rifiuto
DECOMPOSIZIONE
CICLO del CARBONIO
Il CICLO del
CARBONIO
come quello di
tutti gli altri
elementi
chimici passa
attraverso tutte
e 4 le sfere:
FOTOSINTESI
1
ATMOSFERA
LITOSFERA
IDROSFERA
BIOSFERA
4
3
2
CICLO del CARBONIO
ALTERAZIONI del CICLO del CARBONIO
CO2 – ANIDRIDE CARBONICA
Valore normale 0,03% cioè 300 ppm
Variazione della CO2 (in ppm) nell’aria relativamente agli ultimi decenni.
La Linea tratteggiata rappresenta l’incremento che si potrebbe verificare se
non si interviene per diminuire le emissioni
(vedi PROTOCOLLO di KYOTO 1997)
Lo strato di vapore acqueo, di CO2 e
di altri gas atmosferici lascia
penetrare la luce solare ma
impedisce al calore terrestre
(RAGGI INFRAROSSI)
di disperdersi, proprio come
accede in una serra
Questo comporta un aumento della
temperatura media terrestre con
possibilità di scioglimento dei
ghiacciai ed innalzamento del livello
medio delle acque
In conseguenza di ciò la linea di
costa subirebbe una progressione
verso l’interno con sommersione
delle zone costiere, a cominciare da
quelle più basse
EFFETTO SERRA
CICLO dell’AZOTO
fondamentale il ruolo dei batteri nel suolo
Nel ciclo dell’AZOTO i
batteri AZOTOFISSATORI
utilizzano direttamente
l’azoto gassoso (N2)
dell’aria, trasformandolo
in composti assimilabili
dalle piante:
ione ammonio (NH4+)
e nitrati (NO3–)
BATTERI AZOTOFISSATORI:
1. Vivono in simbiosi con radici di
piante LEGUMINOSE
2. Vivono liberi nel terreno
AZOTO
ATMOSFERICO
(N2)
FISSAZIONE
AZOTO
1
BATTERI
DENITRIFICANTI
ASSIMILAZIONE
PIANTE
NITRATI
BATTERI
(NO3–)
AZOTOFISSATORI DETRITIVORI
noduli radicali DECOMPOSIZIONE
delle leguminose
IONE
AMMONIO
2
(NH4+)
BATTERI
BATTERI
AZOTOFISSATORI
NITRIFICANTI
del suolo
CICLO dell’AZOTO
DETRITIVORI
(FUNGHI e BATTERI)
decompongono i RIFIUTI AZOTATI
in IONI AMMONIO (NH4+)
IONE
AMMONIO (NH4+)
poi trasformato dai BATTERI NITRIFICANTI
in IONE NITRATO (NO3-)
NITRATO (NO3–)
rendendo così l’azoto di nuovo disponibile
per le piante
Infatti per le PIANTE, il NITRATO, è l’unica
fonte di AZOTO possibile
BATTERI DENITRIFICANTI
Nel terreno, completano il ciclo dell’azoto,
trasformando i NITRATI (NO3-) presenti nel suolo
in azoto atmosferico (N2 )
Quindi rappresenta una perdita di AZOTO del
terreno infatti svolgono un “lavoro” opposto
rispetto agli azotofissatori
N.B. “FISSARE” un gas atmosferico (es. azoto,
ossigeno o anidride carbonica) significa, per un
essere vivente, essere in grado di utilizzarlo
subito e cioè di poterne usufruire per costruire
il proprio organismo
CICLO del FOSFORO
dipende dall’erosione delle rocce
Nel Ciclo del FOSFORO
il riciclaggio avviene a
livello locale
il serbatoio abiotico del
FOSFORO è costituito
dalle ROCCE
Piante
DILAVAMENTO
SOLLEVAMENTO
STRATI GEOLOGICI
Consumatori
SEDIMENTAZIONE
Le piante assimilano
FOSFORO dal terreno con le
radici solo sotto forma di
IONE FOSFATO (PO4
)3-
PIOGGIA
EROSIONE
ROCCE
Assimilazione di PO43
dalle piante
SUOLO
DILAVAMENTO
DECOMPOSITORI
CICLO del FOSFORO
–
ALTERAZIONE degli ECOSISTEMI
L’alterazione degli ecosistemi può
destabilizzare i CICLI BIOGEOCHIMICI
Il funzionamento di ogni ECOSISTEMA dipende
strettamente dall’equilibrio nei cicli delle
sostanze nutritive
Eventuali alterazioni di questi cicli possono
avere ripercussioni sulla struttura delle
COMUNITÀ
Principali problemi ECOLOGICI attuali
Tutti legati ad attività umane intensificatesi negli
ultimi 50 anni
 EFFETTO SERRA
anidride carbonica
 BUCO dell’OZONO
CFC clorofluorocarburi
 PIOGGIE ACIDE
Ossidi di N – anidridi di S
anidride CARBONICA
 DEFORESTAZIONE
 DESERTIFICAZIONE
 EUTROFIZZAZIONE
Taglio alberi foreste
FOSFORO - AZOTO
Studi condotti su un ecosistema FORESTALE
dimostrano che drastiche alterazioni
(totale rimozione della vegetazione) aumentano il
dilavamento delle sostanze nutritive
80
60
40
20
4
3
2
1
0
Area disboscata
Termine della fase
di deforestazione
1965
1966
Area di controllo
1967
1968
Perdita di NITRATI da un bacino idrografico DEFORESTATO (Rosso)
rispetto al controllo (NERO)
Gli ecosistemi di ACQUA DOLCE sono molto
sensibili alle alterazioni dei cicli biogeochimici
Il dilavamento delle sostanze nutritive (FOSFORO -AZOTO) da
terreni agricoli e gli scarichi fognari non adeguatamente
depurati possono provocare fioriture algali per
EUTROFIZZAZIONE
(riduzione della biodiversità e della qualità delle acque)
EUTROFIZZAZIONE in un LAGO
DOMANDE per ripassare
Cicli biogeochimici
1. Cosa si intende per ciclo BIOGEOCHIMICO?
2. Indica gli aspetti principali del ciclo dell’ACQUA
3. Indica gli aspetti principali del ciclo del CARBONIO
4. Cosa si intende per EFFETTO SERRA?
5. Indica gli aspetti principali del ciclo dell’AZOTO
6. Cosa sono i batteri azotofissatori?
7. Che funzione svolgono i batteri nitrificanti?
8. E quelli denitrificanti?
9. Indica gli aspetti principali del ciclo del FOSFORO
10.Quali sono i principali problemi ecologici attuali?
11.Cosa si intende per eutrofizzazione?
Una persona non dovrebbe mai lasciare tracce così profonde che il vento non
possa cancellare
(insegnamento dei nativi americani – etnia dei PIEDINERI)
E’ molto singolare che tutta la natura, tutti i pianeti, debbano obbedire a leggi
eterne e che possa esserci un piccolo animale, alto un metro e mezzo che, a
dispetto di queste leggi, possa agire a suo piacimento, seguendo solo il suo
capriccio
François- Marie Arouet (VOLTAIRE)
FINE della lezione N.2
ECOLOGIA: gli ECOSISTEMI
Grazie per l’attenzione
E ricordatevi……..!!!!!
… Considerate la vostra semenza
fatti non foste a viver come bruti
ma per seguir virtute e canoscenza…
DANTE ALIGHIERI
La Divina Commedia, INFERNO, canto XXVI, 118-120
Prof. CARMIGNANI FABRIZIO
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