L’uomo, i viventi, l’ambiente

L’uomo, i viventi, l’ambiente
Luca Fiorani L’uomo, i viventi, l’ambiente Lezione 4 Ecosistemi e loro funzionamento: collegamenti in natura

L'ecologia e la vita Come abbiamo già visto, la parola ecologia deriva dal greco οίκος (oikos) e λόγος (logos) e significa quindi studio dell’ambiente. Il termine risale al 1866, quando Ernst Haeckel lo definì come l’indagine delle relazioni di un animale con il suo contesto che, secondo Darwin, sono le condizioni della lotta per l’esistenza. 2

L'ecologia e la vita Organismo
Specie (stimate milioni, note 1.8 milioni) Popolazione (diversità genetica) Comunità (habitat) Ecosistema Biosfera o ecosfera 3

L'ecologia e la vita Farfalle monarca ed euforbia
Diversità genetica nella chiocciola dei Caraibi 4

L'ecologia e la vita Che cos'è la vita?
gli organismi viventi sono formati da cellule che hanno strutture interne e funzioni altamente organizzate (dai batteri in su) gli organismi viventi hanno molecole di DNA tipico in ciascuna cellula gli organismi viventi catturano e trasformano la materia e l'energia dall'ambiente per soddisfare le loro necessità per la sopravvivenza, la crescita e la riproduzione (metabolismo) 5

L'ecologia e la vita gli organismi viventi mantengono condizioni interne favorevoli nonostante i cambiamenti nell'ambiente esterno, se questo non è stressato gli organismi viventi si perpetuano attraverso la riproduzione, cioè la produzione di figli da parte di uno o più genitori (riproduzione asessuata e sessuale) gli organismi viventi si adattano ai cambiamenti delle condizioni ambientali attraverso il processo di evoluzione 6

I sistemi che sostengono la vita sulla Terra
Atmosfera (troposfera, stratosfera) Idrosfera (criosfera) Litosfera Biosfera o ecosfera Noosfera (Pierre Teilhard de Chardin, paleontologo e teologo) 7

La vita sulla Terra dipende da tre fattori: flusso di energia di alta qualità dal Sole (torna nello spazio come energia di bassa qualità) ciclo della materia (apporto trascurabile dallo spazio) gravità (trattiene l'atmosfera e garantisce i cicli) 8

Il Sole: fornisce l'energia per la fotosintesi alimenta il ciclo della materia guida i sistemi climatici (distribuzione di calore e acqua dolce sulla superficie terrestre) riscalda l'atmosfera (effetto serra naturale) 9

Concetti e componenti dell'ecosistema
Bioma: vasta regione caratterizzata da condizioni climatiche e forme di vita, specialmente vegetali (foresta, prateria, deserto…) Zone di vita acquatica 10

Bioma: contiene molti ecosistemi Ecosistema: comprende componenti abiotici (acqua, aria, nutrienti ed energia solare) e biotici (microorganismi, piante, animali) Biota: insieme dei componenti biotici 11

Ecosistema d'acqua dolce 12

Ecosistema in un campo 13

Ambito di tolleranza ai componenti abiotici 14

Legge della tolleranza: l'esistenza, l'abbondanza e la distribuzione di una specie in un ecosistema sono determinate dal livello di uno o più fattori fisici e chimici che cadono all'interno del suo ambito di tolleranza In altre parole ci sono limiti minimi e massimi per le condizioni fisiche e chimiche (limiti di tolleranza) oltre i quali nessun organismo di una specie può sopravvivere 15

Molti fattori influiscono su una popolazione Il fattore limitante è quello più importante Principio del fattore limitante: qualsiasi fattore abiotico in dosi troppo piccole o troppo grandi può limitare o impedire la crescita di una popolazione, anche se tutti gli altri fattori sono nell'ambito ottimale di tolleranza Es.: terreno con acqua, azoto, potassio… a livelli ottimali ma privo di fosforo: il grano non cresce (anche il troppo stroppia!) Ecosistemi marini: O2 disciolto, nutrienti, salinità 16

Gli organismi sono produttori o consumatori I produttori (autotrofi) ottengono il cibo dai composti dell'ambiente con la fotosintesi: 6 CO2 + 6 H2O + energia solare → C6H12O6 + 6 O2 o dalla chemiosintesi (senza energia solare) I consumatori (eterotrofi) sono erbivori (consumatori primari), carnivori (secondari se si nutrono solo di primari, terziari se si nutrono solo di altri carnivori), onnivori, saprofagi, detritivori e decompositori (mangiano tutto ciò che è biodegradabile e chiudono il ciclo dei composti) 17

18

Respirazione aerobica (respirazione): C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + energia Respirazione anaerobica (fermentazione): C6H12O6 (o altri composti organici) → metano, alcol etilico, acido acetico, acido solfidrico + energia Un organismo dipende dal flusso di materia e di energia L'ecosistema dipende dalla ricircolazione di materia e dal flusso di energia Importanza dei decompositori 19

20

Collegamenti: reti alimentari e flusso di energia nell'ecosistema
La sequenza di organismi, ciascuno dei quali è fonte di cibo per il successivo, è chiamata catena alimentare La catena alimentare determina il flusso di materia e di energia Livello trofico 21

Gli ecosistemi reali sono più complessi: i consumatori mangiano e sono mangiati da più di un organismo Rete alimentare: insieme delle catene alimentari Rimangono i livelli trofici 22

Ciascun livello trofico contiene biomassa (materia organica secca) L'energia è trasferita da un livello all'altro (parte è dispersa come calore) Efficienza ecologica: se è il 10% e le piante di un ecosistema catturano 10,000 kcal, 1000 saranno disponibili per gli erbivori e 100 per i carnivori Piramide del flusso di energia Se consumassimo più vegetali, la Terra potrebbe sostenere una popolazione maggiore 23

Ecosistema acquatico Silver Spring Unità: kcal m-2 y-1 24

Piramide di biomassa Piramide dei numeri 25

Produttività primaria lorda (PPL): velocità con cui i produttori usano la fotosintesi per far aumentare la loro biomassa Produttività primaria netta (PPN): PPL meno la velocità con cui i produttori usano la respirazione per la vita (riducendo la loro biomassa) La produttività primaria si misura in g m-2 y-1 La PPN della Terra ne determina la capacità portante per tutte le specie 26

27

28

Dovremmo coltivare estuari, paludi e foreste pluviali? Probabilmente non funzionerebbe: ad es., nelle foreste pluviali, il suolo è povero Il terreno agricolo, nonostante i fertilizzanti, non è il più produttivo L'umanità usa, spreca o distrugge circa il 40% della PPN degli ecosistemi terrestri: se la popolazione raddoppiasse, non resterebbe molto alle altre forme di vita 29

Il ciclo della materia nell'ecosistema
Un nutriente è qualsiasi atomo, ione o molecola necessario a un organismo per vivere, crescere o riprodursi Alcuni elementi (C, O, H, N, P, S, Ca) sono necessari in grandi quantità, altri (Na, Zn, Cu, I) in misura minore I nutrienti sono riciclati nei cicli dei nutrienti o cicli biogeochimici (connessione passato-futuro) I cicli biogeochimici sono alimentati dall'energia solare e guidati dalla gravità 30

Ciclo dell'acqua 31

Umidità assoluta e relativa Nuclei di condensazione (ceneri vulcaniche, sali marini, particolato industriale…) Punto di rugiada Modellazione del paesaggio Impatti: prelievo (esaurimento della falda, salinizzazione…) disboscamento (erosione, inondazioni, impoverimento della falda…) inquinamento (eutrofizzazione) 32

Ciclo del carbonio Mediante CO2 regola il clima Impatti: combustibili fossili e deforestazione 33

Ciclo dell'azoto 34

Impatti: emissione di NO (bruciando i combustibili) che si trasforma in NO2 e in HNO3 (piogge acide: alterazione dei sistemi acquatici, proliferazione delle erbacce, degradazione dei monumenti…) emissione di NO2 (batteri che agiscono sui rifiuti) gas serra e killer dell'ozono rimozione dalla crosta terrestre (miniere) rimozione dal suolo (bruciando, disboscando, irrigando) immissione nelle acque (eutrofizzazione) 35

Ciclo del fosforo 36

I batteri sono meno importanti Poco fosforo circola in atmosfera (polvere) Il ciclo è lento Il fosforo è presente sotto forma di sali fosfatici nelle rocce e nei sedimenti Il fosforo è spesso un fattore limitante Impatti: estrazione mineraria deforestazione e dilavamento immissione nelle acque (eutrofizzazione) 37

Ciclo dello zolfo Lo zolfo è presente sotto forma di solfati nelle rocce e nei sedimenti Circa un terzo dello zolfo atmosferico è antropico Impatti: immissione (piogge acide) bruciando i combustibili fossili raffinando il petrolio producendo i metalli 38

Come fanno gli ecologi a conoscere gli ecosistemi?
Ricerca sul campo: "biologia degli stivali fangosi", anche con telerilevamento e GIS Ricerca in laboratorio: osservando un ecosistema modello si scompone la complessità (esperimenti controllati) e si analizza la causalità Analisi dei sistemi: sviluppo di modelli al computer che simulano i sistemi, riproducendone la complessità L'analisi dei sistemi necessita della ricerca in laboratorio e deve essere validata sul campo 39

I servizi dell'ecosistema e la sostenibilità
Gli ecosistemi forniscono servizi all'uomo (capitale naturale): diversità genetica, specifica ed ecologica (la biodiversità è la polizza naturale contro i disastri) aria, acqua, cibo, energia, materie prime, sostanze chimiche… (centinaia di miliardi di $) riciclaggio, purificazione, controllo degli infestanti Gli ecosistemi raggiungono la sostenibilità: usando l'energia solare (rinnovabile) riciclando i nutrienti 40

Fine della lezione… 41

L’uomo, i viventi, l’ambiente

Presentazioni simili

Presentazione sul tema: "L’uomo, i viventi, l’ambiente"— Transcript della presentazione:

Presentazioni simili

Sul progetto

Feed-back

Entrare

Autorizzarsi attraverso i social network:

L’uomo, i viventi, l’ambiente

Presentazioni simili

Presentazione sul tema: "L’uomo, i viventi, l’ambiente"— Transcript della presentazione:

Presentazioni simili

Sul progetto

Feed-back