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LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 1 Flusso di energia negli ecosistemi e legge del 10% (materiali delle lezioni 2014) Tiziano Terrani Liceo di.

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1 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 1 Flusso di energia negli ecosistemi e legge del 10% (materiali delle lezioni 2014) Tiziano Terrani Liceo di Lugano 2 CH-6942 SAVOSA

2 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 2 Energia chimica, sotto forma di materiali organici (carboidrati, grassi, proteine) Attenzione pensiamo in termini di popolazioni e non di singoli individui sparviere scoiattolo martora noce faggio abete rosso energia usata per mantenere in funzione il corpo, per muoversi ecc. energia usata per mantenere in funzione il corpo, per muoversi ecc.

3 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 3 semi scoiattoli sparvieri e martore 100% 10% energia contenuta nella materia organica (cibo) energia contenuta nella materia organica 1% energia contenuta nella materia organica ci sarebbe abbastanza energia per un altro ipotetico anello? “legge” del 10%

4 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 4 PRODUTTORI CONSUMATORI Energia effettivamente assorbita dai vegetali 100 unità (U) di energia portati dalla luce ca. 1 U di energia contenuta nel cibo ca. 0.1 U di energia contenuta nel cibo 0.01 U di energia contenuta nel cibo 10% BIOMASSA di tutti i vegetali di un det. ecosistema BIOMASSA di tutti i consumatori (animali, …) di un det. ecosistema Legge del 10% C1 C2 C3

5 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 5 Energia effettivamente assorbita dai vegetali 100 unità (U) di energia portati dalla luce ca. 1 U di energia contenuta nel cibo ca. 0.1 U di energia contenuta nel cibo 0.01 U di energia contenuta nel cibo 10% Legge del 10% C1 C2 C3 Una persona ha bisogno di kJ di energia (sotto forma di cibo) al giorno Come ci poniamo noi uomini in queste relazioni energetiche?

6 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia kJ/d 10 6 kJ di energia/d contenuta nel cibo C1 Una persona ha bisogno (mediamente) di 10’000 kJ di energia al giorno popolazione di 100 persone che si nutre esclusivamente di vegetali che coltiva su una det. superficie di campi (= SC) SC Supponiamo che nel corso di anni questa popolazione trasformi la sua dieta e si nutra prevalentemente di animali da allevamento! = energia effettivamente assorbita quotidianamente dai vegetali, che giunge come luce che colpisce SC

7 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia kJ di energia/d contenuta nel cibo C2 Una persona ha bisogno (mediamente) di 10’000 kJ di energia al giorno popolazione di 100 persone che si nutre prev. di animali che alleva. SC = x10! C kJ di energia/d contenuta nel cibo 10 9 kJ/d = energia effettivamente assorbita quotidianamente dai vegetali, che giunge come luce che colpisce SC Conclusione: per garantirsi una quantità sufficiente di energia (cibo) le 100 persone devono avere a disposizione ca. 10 volte più superficie!

8 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 8 frumento Una determinata superficie di terreno coltivata a frumento fornisce mediamente kJ di energia al giorno ad una persona (che si nutre di frumento) 10’000 kJ/giorno.persona* * Fabbisogno energetico medio quotidiano di una persona (corrisponde a ca kcal

9 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 9 10’000 kJ/giorno.persona frumento ? Erba e foraggio 10’000 kJ/giorno ?

10 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 10 Erba e foraggio 10’000 kJ/giorno 1’000 kJ/giorno ? calore movimento

11 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 11 Erba e foraggio 10’000 kJ/giorno 1’000 kJ/giorno ? calore movimento Erba e foraggio 100’000 kJ/giorno calore movimento 10’000 kJ/giorno

12 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 12

13 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 13

14 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 14 1 m 2 ca. 14’500 kJ di energia solare in 24 ore (valore medio: il valore effettivo dipende dalla latitudine! ) Quanta energia riceviamo dal sole?

15 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 15 Trasformazioni dell’energia luminosa incidente ca. 1% dell’energia solare incidente viene trasformata in energia chimica di nuovi tessuti della pianta 100% luce riflessa energia termica (IR) fotosintesi ca. 99% Le foglie e le altre superfici delle piante riflettono tra il 25 e il 75% dell’energia incidente. assorbono la rimanente quota di energia, la quale a sua volta per la maggior parte si converte in calore (e viene dissipato o per irraggiamento o per conduzione o per mezzo dell’ evaporazione dell’acqua presente nella pianta stessa) viene trasformata in energia chimica (carboidrati) nel processo della fotosintesi. La parte di energia chimica che la pianta immagazzina sotto forma di nuovi tessuti (crescita e riproduzione) rappresenta al massimo l’1% dell’energia incidente. radiazione solare che giunge al suolo

16 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 16 Produzione primaria netta 100% 1%

17 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 17 Quanta energia riceverebbe una mucca? max. 1% dell’energia solare la mucca ha a disposizione, sotto forma di erba, al massimo l’ 1% dell’energia solare incidente.

18 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 18 La quantità media di energia che una mucca può immagazzinare sotto forma di nuovi tessuti (carne) da 1 m 2 di erba in un giorno 14.5 kJ di nuova biomassa max. 145 kJ 1 m 2 14’500 kJ

19 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 19 al massimo lo 0.1% dell’energia solare viene trasformata in energia chimica di nuovi tessuti (soprattutto carne) della mucca

20 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 20 Joule e calorie La caloria, cal (unità di misura non più in vigore!), è definita come la quantità di energia (calore) necessaria per innalzare la temperatura di un grammo di acqua da 14.5 a 15.5 °C. Il Joule, J, è l’unità di misura dell’energia del Sistema Internazionale (SI) 1 cal = 4.18 J 1 kcal = 4.18 kJ Per portare la temperatura di 1 kg di acqua da 15 a 100°C occorrono: (4.18 kJ. 85 =) 355 kJ L’energia che introduciamo quotidianamente nel corpo corrisponde a quella necessaria per riscaldare oltre 30 l di acqua da 15 a 100°C. (10’000 kJ : 355 kJ. l -1 =) litri

21 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 21 sostanze inorganiche sostanze organiche l’energia viene trasferita da un organismo all’altro come energia chimica trasportata dalle sostanze organiche l’energia entra nell’ecosistema trasportata dalla luce ecosistema l’energia abbandona l’ecosistema come energia termica (entropia)

22 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 22 sostanze inorganiche sostanze organiche energia chimica, trasferita attraverso le sostanze organiche energia trasportata dalla luce energia termica (entropia) emessa da tutti gli organismi viventi e dispersa nell’ambiente ecosistema

23 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 23 sostanze inorganiche sostanze organiche ciclo della materia ecosistema flusso di energia

24 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 24

25 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 25 alcune precisazioni Gli organismi viventi sono capaci di utilizzare energia trasportata dalle sostanze organiche (in esse immagazzinata come energia chimica). Analogia: benzina dell’automobile. Per contro gli organismi viventi non sono in grado (di regola) di utilizzare energia contenuta nelle sostanze inorganiche (come l’acqua, i sali minerali, il biossido di carbonio ecc.). Per tutti gli organismi viventi l’energia termica non costituisce una fonte di energia utilizzabile; essa può unicamente servire per innalzare (o mantenere costante ) la temperatura corporea. Tutti gli organismi viventi sviluppano energia termica dal loro corpo (come conseguenza delle trasformazioni chimiche che avvengono nelle cellule); questa forma di energia viene dissipata (persa) nell’ambiente (entropia).

26 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 26 2° principio della termodinamica: l’energia termica non può essere trasformata in altre forme di energia al 100% 1° principio della termodinamica: l’energia si conserva (l’energia non si crea, né si distrugge).

27 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 27 PRODUTTORI DETRITIVORI e DECOMPOSITO RI CO 2 H20H20 SALI MINERALI S.O. S.O.M. luce calore 100% catena del pascolo catena del detrito

28 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 28 Biomassa dei vegetali PRODUTTORI CONSUMATORI Biomassa dei consumatori di primo grado “Serbatoio” (ideale) dei materiali di cui si nutrono i vegetali CONSUMATORI DETRITIVORI/ DECOMPOSI TORI “Serbatoio” (ideale) dei materiali di cui si nutrono i detritivori/decompositori Biomassa dei detritivori/decompositori

29 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 29 PRODUTTORI CONSUMATORI DETRITIVORI/ DECOMPOSI TORI CO 2 H20H20 SALI MINERALI S.O. S.O.M.

30 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 30 PRODUTTORI CONSUMATORI DETRITIVORI/ DECOMPOSI TORI CO 2 H20H20 SALI MINERALI S.O. S.O.M. sostanze organiche (ed energia chimica) contenute negli organismi che vengono mangiati

31 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 31 PRODUTTORI DETRITIVORI e DECOMPOSITO RI CO 2 H20H20 SALI MINERALI S.O. S.O.M. sostanze organiche (ed energia chimica) contenute negli organismi morti, negli scarti ecc. … che diventano cibo per i detritivori/decompositori

32 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 32 PRODUTTORI DETRITIVORI e DECOMPOSITO RI CO 2 H20H20 SALI MINERALI S.O. S.O.M. sostanze inorganiche (sali minerali, …)

33 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 33 PRODUTTORI DETRITIVORI e DECOMPOSITO RI CO 2 H20H20 SALI MINERALI S.O. S.O.M. CO 2

34 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 34 PRODUTTORI DETRITIVORI e DECOMPOSITO RI CO 2 H20H20 SALI MINERALI S.O. S.O.M. luce calore 100%

35 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 35 PRODUTTORI DETRITIVORI e DECOMPOSITO RI CO 2 H20H20 SALI MINERALI S.O. S.O.M. luce calore 100% catena del pascolo catena del detrito

36 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 36

37 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 37

38 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 38 cornacchia topo pianta di grano coccinellaafide lumaca fungo ragno

39 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 39 Marasmius bulliardii

40 LiLu2, TT 2014 Ecosistemi: flusso energia 40


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