I Cicli Biogeochimici Della Materia

Presentazione sul tema: "I Cicli Biogeochimici Della Materia"— Transcript della presentazione:

1 I Cicli Biogeochimici Della Materia
Omnia mutantur, nihil interit (Ovidio, Metamorfosi)

2 Cosa Sono I cicli della materia sono processi di circolazione degli elementi, trasferimenti, cioè, di sostanze inorganiche, sostenuti da un regolare flusso di energia solare e realizzati in gran parte dagli organismi viventi che si organizzano in catene alimentari.

3 Cosa Sono Questi cicli sono detti biogeochimici in quanto coinvolgono sia componenti geologiche che biologiche di un ecosistema. Componenti geologiche: sono date dall’atmosfera, dalla crosta terrestre (litosfera) e dall’insieme delle acque che occupano circa i ¾ dell’intera superficie terrestre (idrosfera). Componenti biologiche: includono invece produttori, consumatori e detritovori, i principali livelli trofici delle catene alimentari

4 Cosa Sono Questi cicli sono detti biogeochimici in quanto coinvolgono sia componenti geologiche che biologiche di un ecosistema. Componenti geologiche: sono date dall’atmosfera, dalla crosta terrestre (litosfera) e dall’insieme delle acque che occupano circa i ¾ dell’intera superficie terrestre (idrosfera). Componenti biologiche: includono invece produttori, consumatori e detritovori, i principali livelli trofici delle catene alimentari

5 Durata dei Cicli La biosfera, ovvero l’insieme delle tre componenti geologiche dei cicli della materia (atmosfera, litosfera e idrosfera), scambia gli elementi e i composti chimici con tali componenti in un ciclo continuo, la cui durata dipende dal tipo di elemento.

6 Durata dei Cicli Ad esempio, tutta l’acqua della terra viene decomposta dalle piante e ricostituita dalle cellule animali e vegetali ogni 2 milioni di anni.

7 Durata dei Cicli H2O atmosfera litosfera idrosfera 2 milioni di anni

8 Durata dei Cicli L’ossigeno che si genera nel processo entra nell’atmosfera dove compie un ciclo completo in circa 2000 anni.

9 Durata dei Cicli O2 H2O atmosfera litosfera idrosfera
2 milioni di anni 2000 anni

10 Durata dei Cicli L’anidride carbonica, prodotto di scarto dei metabolismi della cellule animali e vegetali, entra nell’atmosfera ed è nuovamente fissata dalle cellule delle piante dopo circa 300 anni

11 Durata Dei Cicli CO2 O2 H2O atmosfera litosfera idrosfera
2 milioni di anni 2000 anni 300 anni

12 Catena Alimentare La catena alimentare è l’insieme dei rapporti che intercorrono tra gli organismi di un ecosistema; rapporti del tipo predatori-prede in cui il primo organismo è mangiato dal secondo, il secondo dal terzo e così via in una serie di livelli di nutrizione, o livelli trofici. Solo una parte relativamente piccola di energia è trasferita a ogni livello trofico poiché gran parte di essa è usata nei processi metabolici; ne consegue che più è corta la catena, maggiore è l’energia disponibile per la popolazione che ne fa parte. Ogni ecosistema ha una sua propria catena alimentare; inoltre, poiché un individuo può appartenere a più di una catena contemporaneamente, si crea una vera e propria rete alimentare con numerose interconnessioni e ramificazioni. I principali elementi di ogni catena alimentare sono i produttori, i consumatori e detritovori.

13 Produttori Sono alla base di ogni catena alimentare; si tratta di organismi autotrofi che attraverso la fotosintesi riescono a trasformare l’energia solare in energia chimica. Sulla terraferma il produttore primario è generalmente individuabile nelle piante, mentre negli ecosistemi acquatici nelle alghe.

14 Consumatori Seguono il livello dei produttori e si dividono in primari (erbivori) e secondari (carnivori); l’uomo, essendo onnivoro, può essere un consumatore sia primario che secondario, a seconda di ciò di cui si nutre.

15 Detritovori Sono organismi che vivono dei prodotti di rifiuto (cadaveri, foglie morte, feci) di una comunità. Comprendono i saprofagi (avvoltoi e sciacalli) e i decompositori (funghi e batteri). Entrambi sono considerati consumatori: i primi preferiscono alle prede vive quelle già morte; i secondi sono specializzati nello sfruttare l’energia chimica (contenuta ad esempio nella cellulosa e nei prodotti di rifiuto azotati) che non può essere utilizzata dagli animali.

16 Cicli Principali O2 NH3 H2O NO3- ciclo ossigeno ciclo azoto H2S C CO2
RED RED O2 NH3 H2O NO3- OX OX ciclo ossigeno ciclo azoto RED RED H2S C CO2 SO4 - - OX OX ciclo carbonio ciclo zolfo

17 Cicli Principali O2 NH3 H2O NO3- ciclo ossigeno ciclo azoto H2S C CO2
RED RED O2 NH3 H2O NO3- OX OX ciclo ossigeno ciclo azoto RED RED H2S C CO2 SO4 - - OX OX ciclo carbonio ciclo zolfo

18 Ciclo dell’Azoto NO2- NH3 o NH4+ NO3- NO2- Eruzioni vulcaniche
N organico fissazione ammonificazione N2 atmosferico denitrificazione NO2- NH3 o NH4+ assimilazione NO3- nitrificazione Plancton e quindi animali marini NO2- H2O nel suolo H2O negli oceani Perdita in sedimenti profondi

19 Ammonificazione NH3 o NH4+
Processo per cui i composti azotati vengono demoliti da organismi del terreno (batteri e funghi) che utilizzano gli amminoacidi per fabbricare le proprie proteine e liberano nel suolo l’azoto in eccesso sotto forma di NH3 o NH4+ Non si tratta di una reazione redox: il numero di ossidazione dell’azoto rimane costante.

20 Nitrificazione Processo per cui alcuni batteri del suolo sono in grado di ossidare gli ioni ammonio e l’ammoniaca: 2NH3 + 3O2 2NO2- + 2H+ + 2H2O Un altro gruppo di batteri si occupa di ossidare ulteriormente i nitriti formati: 2NO2- + O2 2NO3-

21 Assimilazione E’ un processo che richiede energia e prevede la riduzione dei nitrati, passati all’interno delle cellule vegetali, nuovamente in ioni ammonio che verranno trasferiti a composti contenti carbonio affinché si possano produrre amminoacidi.

22 Denitrificazione Alcuni batteri del suolo in assenza di ossigeno riducono i nitrati in nitriti per poi scindere questi ultimi, utilizzando così l’ossigeno ricavato, per la loro respirazione, e liberando il rimanente azoto nell’atmosfera.

23 Fissazione Alcuni batteri detti azoto-fissatori sono capaci di incorpare direttamente l’azoto atmosferico nei composti organici.

24 Ciclo del Carbonio Eruzioni vulcaniche diventa HCO3 -
Carbonati negli oceani Alterazione rocce CO2 carbonio nell’atmosfera CO2 negli oceani fotosintesi Fotosintesi alghe respirazione C organico Decomposizione organismi morti Giacimenti di combustibile fossile (carbone, petrolio)

25 CO2 diventa HCO3 - 1. Attraverso l’alterazione superficiale delle rocce carbonatiche e silicatiche: L’anidride carbonica presente nell’atmosfera viene sottratta a quest’ultima e trasformata in ione bicarbonato (e spesso ulteriormente in acido carbonico) in due modi: CO2 + H2O + CaCO3 Ca++ + 2HCO3 - e 2CO2 + H2O + CaSiO2 Ca++ + 2HCO3- + SiO2 Gli ioni calcio e bicarbonato formati arrivano nelle acque oceaniche grazie al trasporto da parte dei fiumi.

26 2. Attraverso la formazione di carbonati negli oceani:
CO2 diventa HCO3 - 2. Attraverso la formazione di carbonati negli oceani: L’anidride carbonica presente nell’atmosfera viene sottratta a quest’ultima e trasformata in ione bicarbonato (e spesso ulteriormente in acido carbonico) in due modi: CO2 + H2O + CaCO3 Ca++ + 2HCO3 -

27 Fotosintesi 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2
E’ un processo anabolico (di costruzione) che prevede la sintesi del glucosio a partire dall’anidride carbonica: 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2

28 Respirazione C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O
E’ invece un processo catabolico (di distruzione) in cui il glucosio viene scisso in anidride carbonica. C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O

29 SO4- - accettatore di H nella respirazione anaerobica (RED)
Ciclo dello Zolfo H2S in parte ossidato (ossidazione spontanea) con O2 e in parte da microrganismi chemilitotrofi e fotosintetici (OX) Batteri chemilitotrofi e fotosintetici ossidano lo zolfo in solfato (OX) S SO4- - SO4- - accettatore di H nella respirazione anaerobica (RED) H2S Processo, messo a punto da vegetali e microrganismi, analogo all’assimilazione dell’azoto (conversione nitrato in N organico) (RED) Amminoacidi solforati demoliti da batteri con liberazione di H2S (desulfurazione) (no REDOX) S organico

30 A titolo d’esempio vediamo da vicino il ciclo dell’acqua:
Ciclo dell’ Ossigeno Il ciclo dell’ossigeno è complicato da schematizzare in quanto l’elemento è presente in molti composti chimici, sotto forma di ossigeno molecolare o nei composti organici e inorganici. A titolo d’esempio vediamo da vicino il ciclo dell’acqua:

31 Ciclo dell’ Acqua Nebbia o nubi Catene montuose laghi Oceani
L’aria che contiene condensa precipita sotto forma di pioggia, neve o grandine Nebbia o nubi L’aria salendo si raffredda e condensa formando Catene montuose laghi Evaporazione In parte si infiltra nel sottosuolo, alimentando Oceani Infiltrazione attraverso il suolo Falde acquifere

32 Presentazione a cura di Elisa Icovi 5B a.s. 2006/2007