Tutti gli ecosistemi funzionano mediante scambio di
materia ed energia
Tre gruppi principali di organismi in un ecosistema
1-Produttori:
Organismi fotosintetici
2-Consumatori di 1° ordine
(erbivori, carnivori e
onnivori di piccole dimensioni)
3-Decompositori
batteri
2-Consumatori di
ordine
superiore
(superpredatori)
2-Consumatori di 2° ordine
(carnivori e onnivori predatori)
Produzione primaria (P°)
- Guadagno netto di sostanza organica che
avviene quando la produzione da parte di
organismi autotrofi è maggiore della
respirazione, i.e., P >>> R
-‘primaria’ perché la fotointesi è la base della
maggior parte della produzione di biomassa
marina
- La sostanza organica è disponibile per gli
eterotrofi, ma utilizzata anche dagli autotrofi
Chl a absorbance
Che cosa assorbe l’energia luminosa?
- I cloroplasti contengono il pigmento clorofilla
-Assorbe principalmente nel rosso e violetto-blu del
viibile
Fotosintesi
sottoprodotto
Energia solare
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
Materia prima
per sintetizzare
glucosio
Nuovi
composti
organici
Materiale
inorganico
Respirazione
cellulare
6CO2 + 6H2O ← C6H12O6 + 6O2
Energia chinica
La fotosintesi si effettua nella zona fotica, parte del
dominio pelagico dove c’é luce e il fitoplancton
• pruduzione primaria (Pº) è massima, il 95% del
totale
• ha inizio della rete alimentare
Produttività negli oceani
Produzione primaria: gC/m2/anno
quantità totale di carbonio (C) in grammi (g) convertito in materiale
organico per metro quadrato (m2) di superficie marina all’anno
I produttori primari richiedono oltre la luce solare e
nutrienti, acqua e CO2 per la fotosintesi.
• luce solare e nutrienti sono i fattori
limitanti.
• I “blooms” di fitoplancton sono
causati da abbondanza di luce e
nutrienti.
Produttività negli oceani
Fattori che influenzano la produzione primaria:
1- radiazione solare: solo lo 0,2% della luce del sole che raggiunge
l'atmosfera viene utilizzata nella fotosintesi; tuttavia è da questa
piccola frazione che dipendono tutti gli organismi della biosfera.
La penetrazione della luce solare è in funzione:
• della latitudine,
• della stagione,
• dell’ora del giorno
• dalla trasparenza dell’acqua
Pmax
fotoinibizione
fotosintesi (P)
Pn
Pg
+
0
Punto di compensazione
Respirazione R
Ic
Intensità luminosa (I)
Pg (Gross photosynthesis): fotosintesi totale (lorda) prima di sottrare la respirazione
Fotosintesi netta: fotosintesi lorda meno la respirazione, i.e. Pg – R
E’ disponibile per supportare I livelli trofici superiori
Ic: intensità di luce del punto di compensazione, quando la fotosintesi equivale la
respirazione , i.e. P = R. Avviene nella zona disfotica, parte più bassa della zona fotica
2- disponibilità di nutrienti: Macronutrienti and Micronutrienti
sono sostanze chimiche necessarie per la sopravvivenza, crescita e
rirproduzione
Upwelling e turbolenza, portano i nutrienti in
superficie. Una “super-brucatura” da parte di
erbivori impoverisce la popolazione di autotrofi e
diminuisce la produzione primaria
Assorbimento dei nutrienti
Tramite diffusione attraverso la membrana:
le molecole si muovono secondo un gradiente di
concentrazione (alto basso)
Distribuzione dei nutrienti rispetto l’O2
La concentrazione di O2 disciolto è inversamente
proporzionato a quello dei nutrienti
• O2 è elevato alla
superficie e nei
strati rimescolati
• O2 scende al minimo
alla base del
termoclino
• O2 successivamente
aumenta on la
profondità
Perché O2 è elevato alla superficie
e nei strati rimescolati
#1: Come e dove è prodotto l’ossigeno nel mare???
6H2O + 6CO2 + energia + nutrienti = C6H12O6 + 6O2
#2: In che modo può l’ossigeno essere rimescolato
dall’atmosfera all’oceano?
La materia organica morta affonda
• La velocità di
affondamento
diminuisce quando la
meteria organica
incontra l’acqua fredda
e densa del termoclino
• Nel termoclino il
matriale organico viene
ossidato. Quindi l’acqua
si impoverisce di O2 e si
arricchisce di nutrienti
• L’acqua fredda e ricca
di nutrienti del
termoclino è
rimescolata alle acque
superficiali illuminate
grazie all’upwelling
La produttività varia enormemente in parti differenti
dell’oceano in risposta alla disponibiità di nutrienti e
luce.
• Nei tropici e regioni subtropicali la luce del
sole è abbondante, ma genera un forte
termoclino che limita gli upwelling dei
nutrienti e risulta in una bassa produttività.
• alta produttività può avvenire localmente
in aree di upwelling, tra i vortici e nelle
barriere coralline.
• Nelle regioni temperate la produttività è
diversa a secondo delle stagioni.
• Nei poli, le acque sono ricche di nutrienti ma
la produttività è alta solo in estate quando la
luce è abbondante.
G
F
M
A
M
G
L
A
S
O
N
D
Nelle aree tropicali, data la
costanza della
temperatura, le acque
superficiali rimangono
continuamente separate
dalle profonde, nitrati e
fosfati sono pertanto
molto scarsi in superficie;
ciò comporta una costante
scarsa biomassa sia di
fitoplancton che di
zooplancton. Il numero di
specie plantoniche in
questi mari è molto alto,
ma è basso il numero di
individui. A causa della
divergenza equatoriale
esistono tuttavia
condizioni di upwelling in
zone tropicali che danno
origine a imponenti
sviluppi del plancton.
Nel Mediterraneo si hanno due
picchi di produttività annui
G
F
M
A
M
G
L
A
S
O
N
D
In Mediterraneo la quantità di
fosforo disponibile (input acque
atlantiche e fiumi e output
acque levantine, pesca e
sedimentazione) è di circa 0,5
g/m2/anno, ma la produzione
primaria ne richiede 2
g/m2/anno: questo deficit è
apparente se si ammette un
rapido recliclo degli atomo di
fosforo da parte del fitoplancton
e restituito come P organico che
viene mineralizzato a PO4+. Il
riciclo avviene durante i blooms
fitoplantonici fino a una dozzina
di volte al giorno: il
Mediterraneo è una macchina
che genera la sua
organizzazione.
Ciclo di Produzione Primaria in ambiente temperato.
Nei mari polari, esiste una elevata
concentrazione di nutrienti ma scarsa
biomassa fotosintetica e produzione
primaria. I fattori limitanti sono
irradianza e temperature basse.
Abbondanza di organismi superiori
(stock ittici e mammiferi marini) e la
predominanza di una catena trofica
semplice (diatomee-krill-balene) ad
alta efficienza e forte risparmio
energetico.
Grande importanza del picoplancton e
del microbial loop in questi cicli.
Si assiste in generale ad un aumento
della produzione nei mesi estivi, ma si
è scoperta anche una abbondanza di
fitoplancton in grado di sopravvivere a
temperature polari e sufficiente a
sostenere sia il plancton erbivoro che
carnivoro e quindi la catena trofica
anche nei mesi invernali.
G
F
M
A
M
G
L
A
S
O
N
D
La produzione primaria varia da 25 a 1250 gm C/m2/anno nell’ambiente
marino è più alta negli estuari e più bassa in aperto oceano.
• In aperto oceano la produttività è più bassa nel
centro e più alta ai margini del bacino
• L’acqua al centro dell’Oceano è di colore
azzurro chiaro perché è presente un forte
termoclino e l’attività biologica è pressoché
assente.
• Le piattaformi continentali hanno una produttività
tra i 50 e 200 gm C/m2/anno perché I nutrienti
vengon oriversati dal’ambiente terrestre e
l’idrodinamismo recicla i nutrienti dal fondale
• Le aree polari hanno elevata produttività perché non
c’é picoclino ad inibire il rimescolamento
• Le acque equatoriali hanno elevata produttività in
conseguenza dell’upwelling.