STRUTTURA E FUNZIONI Andrea Cristini Lupini Massimo Romano Francesco

Presentazione sul tema: "STRUTTURA E FUNZIONI Andrea Cristini Lupini Massimo Romano Francesco"— Transcript della presentazione:

1 STRUTTURA E FUNZIONI Andrea Cristini Lupini Massimo Romano Francesco
GLI ECOSISTEMI STRUTTURA E FUNZIONI Andrea Cristini Lupini Massimo Romano Francesco

2 L’ ecosistema è il successivo livello di organizzazione di una popolazione, formato da una comunità di organismi viventi in un determinato habitat e dal suo specifico ambiente fisico. I principi che regolano gli ecosistemi sono: 1. l’ energia fluisce attraverso gli ecosistemi in una direzione. 2. I nutrienti sono presenti in una quantità fissa sul pianeta: essi vengono costantemente riciclati in flussi circolari interni (cicli biogeochimici) agli ecosistemi.

3 IL FLUSSO DELL’ ENERGIA
L’energia deve essere continuamente alimentata da una fonte esterna (Sole). Dell’ energia solare che investe il nostro pianeta sotto forma di radiazioni elettromagnetiche: Una parte viene riflessa dall’ atmosfera, dalle nubi e dalla superficie terrestre. Una parte ancora maggiore viene dissipata come calore e riscalda la superficie terrestre e l’ atmosfera. Gli organismi hanno a disposizione solo l’ 1% di energia solare. Di questo 1%, solo gli organismi capaci di compiere la fotosintesi catturano il 3% di energia.

4 La fotosintesi è un produttore primario
Nella fotosintesi le radiazioni luminose vengono assorbite da pigmenti (clorofilla) per far combinare CO2 e acqua nella sintesi del glucosio. La respirazione cellulare utilizza O2 per demolire le molecole del glucosio e immagazzinare energia sotto forma di ATP. Gli organismi fotosintetici sono detti autotrofi o produttori. Gli organismi che dipendono da molecole ricche di energia elaborate dagli autotrofi sono detti eterotrofi. La fotosintesi è un produttore primario

5 L’ energia che gli organismi fotosintetici rendono disponibile per la comunità in un certo tempo è detta produttività primaria netta: essa determina Il numero di esseri viventi che un ecosistema può sostenere. E’ influenzata da variabili ambientali (fattori) quali: disponibilità di nutrienti necessari ai produttori, quantità di luce solare, presenza di acqua e temperatura. E’ misurabile in unità di energia (calorie) per superficie su tempo (m/s) o peso secco (biomassa).

6 I livelli trofici, o alimentari, sono categorie che classificano gli esseri viventi secondo la funzione che svolgono nella trasmissione dell’energia nelle comunità (modalità attraverso cui si procurano questa risorsa). I produttori formano il primo e più basso livello trofico, in quanto ricavano l’energia a loro necessaria direttamente dalla radiazione solare (e sono in grado di fabbricare cibo per se stessi) e, in gran parte dei casi, costituiscono una primaria risorsa alimentare per altri organismi viventi (consumatori).

7 I consumatori che si nutrono dei produttori, sono detti erbivori
I consumatori che si nutrono dei produttori, sono detti erbivori. Essi sono detti anche consumatori primari e formano il secondo livello trofico. I carnivori, cibandosi di erbivori, sono detti consumatori secondari e formano il terzo livello trofico. I successivi livelli trofici sono formati da carnivori che si nutrono a loro volta di carnivori, e costituiscono quindi consumatori terziari, quaternari, ecc. Catena alimentare

8 La successione lineare dei rapporti trofici in un ecosistema è detta catena alimentare: funziona secondo il principio per cui un organismo appartenente ad un determinato livello trofico, si ciba di organismi dei livelli sottostanti. La rete alimentare è uno schema che descrive la reale struttura trofica di una comunità complessa di organismi, considerandovi tutte le possibili iterazioni. Catena alimentare terrestre e catena alimentare marina

9 Rete alimentare di un bosco

10 Talvolta risulta difficile stabilire a quali livello trofico appartenga un organismo, ecco alcuni esempi: Animali onnivori (secondo le circostanze, si comportano come consumatori primari, secondari e anche terziari). Piante non commestibili. Piante insettivore.

11 Gli elementi nutritivi racchiusi nelle spoglie e nei rifiuti organici, vengono reintrodotte nell’ecosistema, sotto forma di molecole più semplici, grazie all’azione di: I detrivori sono animali che consumano materia organica morta, estraendo parte dell’energia in essa contenuta ed espellendo la materia in uno stato di decomposizione ulteriormente avanzato. I decompositori sono organismi che digeriscono il cibo all’esterno del corpo, assorbendo le sostanze nutritive di cui hanno bisogno e cedendo materia inorganica all’ambiente. Senza l’apporto di questi esseri il suolo andrebbe incontro ad un graduale impoverimento, rendedo impossibile la vita

12 Il passaggio di energia dall’ uno all’ altro livello trofico è piuttosto inefficiente: in gran parte viene infatti dispersa dagli organismi sotto forma di calore. Perdita di energia durante il suo trasferimento nei vari livelli trofici nella comunità di una foresta. L’ ampiezza delle frecce è proporzionale alla quantità di energia trasferita o persa.

13 L’ energia immagazzinata dai consumatori primari (erbivori) è approssimativamente il 10% dell’ energia immagazzinata nei produttori. Mentre i consumatori secondari (carnivori) ricevono il 10% dell’ energia depositata nei consumatori primari. L’energia è quindi distribuita tra i livelli trofici in modo che da sembrare una piramide, alla cui base si pongono i produttori, e si assottiglia mano che la catena alimentare prosegue.

14 La biomassa è usata da alcuni ecologi come unità di misura dell’ energia immagazzinata dai livelli trofici. La piramide della biomassa di solito ha la stessa forma di quella dell’ energia. Un effetto collaterale dell’inefficienza della conversione di energia è l’accumulo biologico: fenomeno per cui le sostanze chimiche tossiche prodotte dall’uomo, si concentrano nel corpo dei carnivori. Il DDT (insetticida), è accumulato in minima parte nei livelli trofici più bassi, ma la sua concentrazione aumenta nei tessuti degli organismi nei livelli successivi, fino a risultare nocivo.

15 IL CICLO DEI NUTRIENTI I nutrienti comprendono tutti le sostanze chimiche di cui sono costituiti gli organismi (imprescindibili per la vita). Quelli necessari in grande quantità sono detti macronutrienti (acqua, carbonio, ossigeno, idrogeno, azoto, fosforo, zolfo e calcio). Quelli necessari in piccole quantità sono detti micronutrienti (zinco, ferro e iodio).

16 I cicli dei nutrienti o cicli biogeochimici descrivono i percorsi che queste sostanze compiono tra le componenti biotiche e quelle abiotiche degli ecosistemi. La fonte principale o serbatoio è rappresentata dall’ ambiente non vivente. I cicli del carbonio e dell’ azoto nell’ atmosfera (serbatoio) sono detti cicli atmosferici. Il serbatoio dei cicli sedimentari è rappresentato dai sedimenti e dalle rocce nel caso del fosforo. nel ciclo dell’ acqua il serbatoio principale è costituito dagli oceani.

17 Il ciclo atmosferico del carbonio
Le catene di atomi del carbonio formano l’ ossatura delle molecole organiche. Il carbonio entra nei viventi durante la fotosintesi e il suo serbatoio è l’ atmosfera. Il carbonio entra nella rete alimentare grazie ai produttori, con la fissazione del carbonio nella fotosintesi (come CO2). Il CO2 dalle piante arriva agli erbivori che in parte lo inglobano nei tessuti e i parte lo espirano. Con i decompositori e i detritivori il carbonio ritorna nell’ atmosfera come CO2. Il ciclo del carbonio non è mai troppo veloce. Un ciclo abbastanza lento è quello della formazione di combustibili fossili.

18 Il ciclo atmosferico dell’ azoto
L’ atmosfera è composta per il 79% di azoto (N2), ma piante e animali non possono usarlo immedatamente. Gli organismi vegetali possono assimilare azoto, come nitrati (NO3-), ammoniaca (NH3) e ioni ammonio (NH4+). L’ ammoniaca è sintetizzata nella fissazione dell’azoto da parte dei cianobatteri. I batteri azotofissatori formano associazioni simbiotiche con le leguminose. Negli ecosistemi dell’ uomo, ammoniaca e nitrati sono forniti da fertilizzanti chimici azotati. Nella rete alimentare, una parte dell’ azoto si libera nei cadaveri e rifiuti, e i batteri la trasformano in NO3- e NH3+. Il ciclo è mantenuto grazie all’ azoto restituito all’ atmosfera grazie ai batteri detritificanti.

19 Il ciclo sedimentario del fosforo
Il fosforo è essenziale per molecole biologiche come ATP o ADP, per gli acidi nucleici e per i fosfolipidi. Il serbatoio del fosforo sono le rocce,in cui esso si trova legato con l’ ossigeno, sotto forma di fosfati. Quando le rocce ricche di fosfati sono esposte ad agenti meteorici, la pioggia scioglie i fosfati e li mette in soluzione, così possono essere assorbiti dalle radici delle piante e da organismi autotrofi, che li incorporano in molecole biologiche. Dai produttori, il fosforo entra nel rete alimentare. Il ciclo si conclude con i decompositori che restituiscono il fosforo all’ acqua e alla terra come fosfato. I fosfati disciolti in acqua finiscono negli oceani, dove viene assorbito dai produttori e trasferito ai pesci e invertebrati.

20 Il ciclo dell’ acqua (ciclo idrologico)
Il ciclo dell’ acqua o idrologico è il più semplice dei cicli perché gran parte dell’ acqua non subisce trasformazioni chimiche. Il più grande serbatoio d’ acqua è l’ oceano. Il ciclo è mosso dall’ energia solare che fa evaporare l’ acqua, e dalla forza di gravità, che riporta l’ acqua al suolo come precipitazioni. Il corpo dei viventi è composto per il 70% di acqua, quindi anche gli ecosistemi rientrano nel ciclo idrologico. L’ acqua è assorbita dalle radici delle piante e ritorna nell’ atmosfera per evaporazione grazie alle foglie. Gli organismi eterotrofi ricavano l’ acqua dal cibo o bevono direttamente.

21 INTERFERENZE DELL’ UOMO NEL FLUSSO DELL’ ENERGIA E NEL CICLO DEI NUTRIENTI
I combustibili fossili sono rocce sedimentarie organogene. I materiali organici ricoperti da sedimenti argillosi impermeabili (che fermano la decomposizione operata dall’ossigeno) si conservano e possono subire una trasformazione più lunga, rispetto a quanto avviene per le altre rocce organogene (carbonatiche e silicee). Possono originare: Carboni fossili (resti di origine vegetale sottoposti all’azione di batteri anaerobi su fondali salmastri). Giacimenti di idrocarburi (sostanze organiche che, depositatisi sui fondali marini, hanno subito l’azione di batteri anaerobi).

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23 I popoli primitivi erano mantenuti in vita esclusivamente dal flusso di energia proveniente dal Sole, e producevano rifiuti che l’ambiente poteva reintrodurre facilmente nel ciclo dei nutrienti. Per progresso tecnologico e l’aumento della popolazione progressivamente ci si è distaccati dai processi naturali, non più in grado di sostenere le necessità dell’uomo. A partire dalla rivoluzione industriale, a metà ottocento, gli uomini hanno iniziato ad utilizzare i combustibili fossili come fonte di energia primaria Il ricorso a questi, ha, in massima parte, causato l’insorgenza di alcuni problemi ambientali.

24 Statua danneggiata dalle piogge acide
Le piogge acide sono causate dal sovraccarico di due cicli biogeotermici: ogni anno vengono infatti scaricate nell’ atmosfera milioni di tonnellate di biossido di zolfo e di ossidi di azoto Nell’ atmosfera, il SO2 e gli ossidi di azoto, si combinano con il vapore acqueo, formando rispettivamente acido solforico (H2SO4) e acido nitrico (HNO3). Si forma quindi una soluzione, che ricade al suolo come gocce di pioggia, o particelle di dimensioni microscopiche, provocando diversi danni anche ad edifici e statue. Statua danneggiata dalle piogge acide

25 I danni maggiori sono però procurati all’ambiente, in quanto le piogge acide:
Aumentano il grado di acidità dei laghi, rendendoli incompatibili con la vita di molti organismi. Interferiscono con la crescita delle piante (le indeboliscono e le rendono vulnerabili). Espongono animali e piante all’azione di alcuni metalli tossici, solubili in acqua acidificata (alluminio, mercurio, piombo).

26 L’effetto serra è prodotto dalle interferenze con il ciclo del carbonio.
L’accumulo di CO2 nell’atmosfera è ascrivibile a due attività umane: Impiego dei combustibili fossili. Deforestazione su grande scala.

27 Come in una serra, la CO2 compie la stessa funzione delle pareti di vetro: le radiazioni solari la attraversano ma quelle riflesse dalla terra non riescono ad attraversarla, così l’ atmosfera si riscalda.

28 Le conseguenze del surriscaldamaneto globale sono:
1. Scioglimento delle calotte polari e dei ghiacciai (aumento del livello del mare); 2. Spostamento delle fasce climatiche (variazioni nella temperatura media e nella piovosità); da ciò scaturirebbe: - Crollo dell’ agricoltura; - Danni notevoli alle foreste.

29 I combustibili fossili sono risorse energetiche non rinnovabili, e il loro uso è uno dei fattori responsabili dell’ inquinamento atmosferico. Le fonti dell’ inquinamento sono le centrali termoelettriche, gli impianti di riscaldamento, impianti termici, i motori degli autoveicoli. Come soluzione si potrebbe: Sviluppare tecnologie ad alto rendimento energetico; Promuovere il ricorso a fonti di energia rinnovabile; Incentivare qualunque forma di risparmio energetico (riciclaggio dei materiali, congenerazione).

30 LA BIODIVERSITA’ E LA STABILITA’ DEGLI ECOSISTEMI
La biodiversità è il numero totale di specie presenti in un certo sistema e la complessità delle interazioni di queste specie. La perdita di biodiversità ha come conseguenza l’ estinzione di molte specie, infatti: Un ecosistema con bassa biodiversità, sostiene un numero di specie ridotto (può essere facilmente compromesso da sconvolgimenti ambientali e dall’azione di agenti patogeni); Un ecosistema con alta biodiversità, ospita un grande numero di individui capaci di tollerare condizioni ambientali diverse.

31 L’ espansione della popolazione umana e dell’ agricoltura comporta una riduzione della biodiversità: di conseguenza la diminuzione della stabilità e della produttività degli ecosistemi. Alcune specie hanno un ruolo più importante di altre nel conservare la funzionalità di un ecosistema, ma talvolta è difficile individuare quali.