L'ecologia e i suoi impatti: dai cicli naturali ai cambiamenti climatici

L’ecologia è la scienza che studia il funzionamento degli ecosistemi, ossia dei rapporti tra componente biotica (organismi viventi) e componente abiotica (ambiente). Le due componenti interagiscono continuamente tra loro mantenendo l’ecosistema in equilibrio.

Uno stagno è un ecosistema perché comprende una componente biotica e una componente a biotica che interagiscono.

Livelli di organizzazione ecologica

L’ecologia si sviluppa su cinque livelli di organizzazione superiore all’individuo.

Una popolazione è l’insieme degli organismi di una stessa specie che vivono in una determinata area e utilizzano le stesse risorse

Una comunità è l’insieme di tutte le popolazioni di organismi differenti che condividono lo stesso ambiente.

Un ecosistema è dato dall’interazione di tutti gli organismi di una comunità con i fattori chimico fisici di quell’area.

Un bioma è una vasta area geografica che comprende più ecosistemi con caratteristiche simili.

La biosfera è l’insieme di tutti i biomi del pianeta.

La biosfera ospita la vita sul pianeta terra e si estende fino agli abissi oceanici fino al sottosuolo in cui vive la pedofauna (anellidi e invertebrati) e molti microrganismi.

I biomi sono regioni della biosfera omogenee per condizioni climatiche e comunità di viventi.

Il bioma tipico dell’Italia è la macchia mediterranea: clima particolarmente mite e ricco di fauna e flora.

In un ecosistema ogni specie occupa un habitat: territorio idoneo alla sopravvivenza.ogni habitat può ospitare l’insieme delle abitudini alimentari, riproduttive e sociali di una specie.

Le interazioni alimentari sono dette trofiche: ogni organismo e cibo per un altro organismo (catena alimentare).

I passaggi di una catena alimentare sono detti livelli trofici: produttori, (autotrofi) sfruttano una fonte di energia primaria per sintetizzare materia organica; consumatori (eterotrofi) che si nutrono della materia organica prodotto dagli autotrofi o di altri eterotrofi; detritivori: saprofagi che si nutrono di organismi morti, e decompositori che decompongono il materiale organico.

le varie catene alimentari di uno stesso ambiente sono intrecciate in una complessa rete; più catene alimentari formano una rete alimentare.

Le interazioni che avvengono all’interno di un ecosistema (tra organismo e ambiente) generano cicli di materia e flussi di energia. Il passaggio di energia e materia da un organismo all’altro avviene nei diversi modi in cui gli organismi di un ecosistema si procurano il nutrimento. Mentre tutta la materia passa da un organismo all’altro, la quantità di energia disponibile diminuisce, perché una parte viene dispersa sotto forma di calore. Quando un organismo si nutre di un altro, parte della materia dell'organismo mangiato temporaneamente diventa parte del corpo dell'organismo che mangia. Tuttavia, questa materia alla fine tornerà nell'ambiente, poiché l'organismo che mangia potrebbe a sua volta diventare cibo per un altro organismo o morire e diventare nutrimento per i decompositori.

Cicli biogeochimici

Il ciclo globale della materia coinvolge anche la componente non vivente dell’ecosistema. E le sostanze chimiche più importanti per la vita vengono infatti scambiate tra tutte le componenti biotica e a biotica e dell’ecosistema; per questo motivo si parla di cicli biogeochimici che si verificano in tutta la biosfera: Ciclo dell’acqua, ciclo del carbonio, ciclo dell’azoto e ciclo del fosforo.

Il ciclo dell’acqua consiste in scambi di massa idrica tra atmosfera, suolo, acque superficiali, acque sotterranee e organismi. Questo ciclo implica continui cambiamenti di stato dell’acqua.

Ciclo del carbonio e riscaldamento globale

Il ciclo del carbonio, attraverso il quale il carbonio viene scambiato tra tutte le componenti abiotiche e biotiche della biosfera, coinvolge i processi biologici della fotosintesi e della respirazione. Il carbonio è l’elemento chimico più importante per gli organismi perché costituisce la base della maggior parte delle molecole biologiche. Mediante la fotosintesi le piante incorporano il carbonio inorganico catturato dall’atmosfera in molecole organiche. Queste molecole sono nutrienti alla base di tutte le catene alimentari. Per ottenere energia dai nutrienti tutti gli organismi compiono la respirazione cellulare, durante la quale il carbonio è di nuovo rilasciato sotto forma di CO2. Negli ultimi due secoli il ciclo del carbonio è stato alterato dalla combustione di fossili e dalla deforestazione, processi che hanno causato un accumulo di CO2 in atmosfera e dato origine al riscaldamento globale.

Ciclo del fosforo e eutrofizzazione

Il fosforo è un minerale che si trova nelle rocce e può essere assorbito da piante, funghi e batteri presenti nel terreno, mentre negli ecosistemi acquatici assorbito dalle alghe. Attraverso la catena alimentare il fosforo viene quindi trasferito agli animali, e quando essi muoiono è liberato di nuovo nell’ambiente. Processo di eutrofizzazione: il ciclo del fosforo è stato modificato dai fertilizzanti impiegati per aumentare le rese dei raccolti agricoli. Una parte dei composti fosfati presenti nei fertilizzanti non viene assorbita dalle piante e può accumularsi nelle acque, alimentando una profilazione di alghe e batteri che, sottraendo ossigeno all’acqua, finisce per compromettere la sopravvivenza di molti organismi.

Ciclo dell'azoto e biodiversità

AZOTO: le piante hanno bisogno di azoto per la sintesi delle proteine e di altri composti. Esso costituisce l’80% dell’atmosfera, ma le piante non sono in grado di assimilarlo direttamente. Per essere assorbito deve trovarsi sotto forma di nitrato, processo ottenuto grazie ai batteri azotofissatori. Anche il ciclo dell’azoto è stato alterato dall’impiego di fertilizzanti azotati. L’azoto si muove principalmente tra l’aria, il suolo e gli esseri viventi.

Perdita di biodiversità e cause

La biodiversità si distingue in: genetica, grado di diversità genetica di una popolazione; tassonomica, numero delle diverse specie in un ecosistema; ecologica, la diversità degli ecosistemi e degli habitat in un’intera regione. Le attività umane possono causare la perdita di biodiversità a tutti e tre livelli. Tra le cause principali della perdita di biodiversità cioè la distruzione degli habitat naturali, come l’abbattimento di un bosco o l’inquinamento di un lago. Il disboscamento indiscriminato ha portato nel tempo a gravi inconvenienti: nelle regioni collinari o sui monti, che hanno bisogno di radici, avvengono frane e inondazioni. L’eccessivo sfruttamento di un terreno per l’agricoltura o per il pascolo lo impoverisce fino a renderlo sterile. L’estinzione delle barriere coralline del mare è pari a quelle delle foreste tropicali sulla terraferma. Questo habitat ospita un'enorme varietà di specie e rappresenta un vero e proprio patrimonio per la biodiversità. L’inquinamento delle acque e la pesca intensiva hanno danneggiato più di un terzo delle barriere coralline è il processo di distruzione è in aumento.

Sfruttamento delle risorse naturali

Oggi nel mondo vengono consumate più risorse naturali di quelle che l’ambiente in grado di rigenerare, finendo così per alterare gli ecosistemi talvolta in modo irreversibile. Un esempio è dato dalla pesca eccessiva che ha portato al collasso delle specie marine. Secondo la ricerca si pesca così tanto e così in fretta che le popolazioni di pesci, crostacei e molluschi non hanno il tempo di riprodursi. Molti paesi hanno stabilito un limite delle catture consentite per le specie più a rischio. Diversi accordi internazionali vietano la pesca in particolari periodi dell’anno, come quello della riproduzione. Un modo per attenuare l’impatto della pesca eccessiva potrebbe essere l'acquacoltura, cioè l’allevamento di pesci in vasche artificiali. Le monocolture intensive di soia, mais, grano e riso portano a un impoverimento del terreno, richiedendo l’impiego massiccio di fertilizzanti che spesso finiscono per inquinare fiumi, laghi e mari.

Specie aliene e inquinamento

Le specie aliene sono organismi portati lontani dal proprio habitat originario, e che si stabilizzano nel nuovo ambiente alterandone la biodiversità: possono diventare invasive scalzando le specie locali e possono trasmettere malattie. Il riscaldamento globale permette a molte specie tropicali di sopravvivere anche in climi che, fino a poco tempo fa, erano classificati come temperati (Es: noci di mare).

L’inquinamento ambientale è definito come l’alterazione della composizione dell’atmosfera, dei suoli o delle acque da parte di agenti inquinanti prodotti dall’attività umana. Tra le conseguenze dell’inquinamento ambientale vi sono il Bioaccumulo: accumulo di inquinanti nei tessuti dell'organismo; e la Biomagnificazione: le sostanze tossiche si accumulano in organismi viventi attraverso la catena alimentare. Gli organismi che si trovano più in alto nella catena alimentare possono accumulare concentrazioni più elevate di sostanze tossiche rispetto a quelli più in basso, il che può portare a rischi per la salute degli animali e degli esseri umani che si nutrono di tali organismi.

Struttura e composizione dell'atmosfera

La terra è un sistema complesso formato da diverse parti che interagiscono tra loro in un equilibrio dinamico. Le sue componenti sono: litosfera: involucro roccioso più esterno; Idrosfera: parte di superficie terrestre occupata dall’acqua; atmosfera: lo strato aeriforme che filtra i raggi solari; e la biosfera, l’insieme di tutte le specie di viventi.

L’atmosfera è suddivisa in cinque fasce, sempre più rarefatta e via via che si allontana dalla superficie terrestre: troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera ed esosfera. Tra una fascia e l’altra vi sono delle zone di pausa, in cui cambiano le caratteristiche chimiche fisiche.

L’atmosfera è composta perlopiù da azoto e ossigeno (99%). L’anidride carbonica sebbene costituisca appena lo 0,04%, ha un ruolo importante per il clima terrestre. L’ozono atmosferico, si concentra in una fascia a circa 20 km di altitudine chiamata ozonosfera; assorbe la componente ultravioletta dei raggi solari, proteggendo il DNA dai danni causati da queste radiazioni. L’atmosfera agisce da filtro per tutte le radiazioni solari che arrivano sulla terra. Il 50% delle radiazioni viene riflesso dalle nubi, dall’acqua e dal pulviscolo atmosferico o viene assorbito nell’atmosfera stessa. La metà restante viene assorbita dalla superficie terrestre.

L’atmosfera cambia per temperatura dell’aria (latitudine+ altitudine+ vicinanza all’acqua), pressione (Altitudine+ temperatura+ umidità)e umidità (maggiore è la temperatura, maggiore la popolazione dell’acqua, aumento umidità).

I venti sono masse d’aria che si spostano da zone ad alta pressione verso zone a bassa pressione.

Effetto serra e cambiamenti climatici

L’effetto serra è un fenomeno naturale causato dalla presenza, nella troposfera, di alcuni gas in grado di impedire la dispersione del calore irradiato dalla terra. L’atmosfera agisce come una gigantesca serra planetaria che lascia passare la luce ma trattiene il calore. L’effetto serra è un fenomeno naturale che favorisce la vita sulla terra; senza la presenza di gas serra in atmosfera la temperatura media globale si aggirerebbe intorno ai -18°.

Il clima è l’insieme delle condizioni meteorologiche che caratterizzano un’area geografica per un periodo di tempo di almeno trent’anni. Grazie alla Paleoclimatologia è stato possibile ricostruire la storia del clima sulla terra.

La temperatura del pianeta è strettamente correlata alla concentrazione atmosferica di anidride carbonica: più è presente in atmosferica, più aumenta la temperatura media globale. La combustione di fonti fossili è stata la principale causa dell’immissione di grandi quantità di questi gas, causando il riscaldamento globale. Le cause principali sono: l’impiego di fonti fossili e la deforestazione. Il riscaldamento globale costituisce una reale minaccia per la sopravvivenza di molti organismi viventi e perfino interi ecosistemi. Un brusco cambiamento climatico è infatti sempre associato ad estinzioni di massa, perché molte specie non hanno il tempo di adattarsi alle nuove condizioni ambientali.

Conseguenze del riscaldamento globale

Uno dei effetti di riscaldamento globale e la fusione degli acciai, che riducendo la capacità di riflettere parte della radiazione solare, si innesca un fenomeno in cui riscaldamento globale si autoalimenta: più la temperatura sale, più i ghiacci si sciolgono, causando un ulteriore alzamento della temperatura. La fusione dei ghiacci e la dilatazione termica degli oceani dovuta alle acque più calde, causa l’innalzamento del livello dei mari con il rischio che le aree costiere vengano sommerse. L’aumento delle temperature sta causando lo scongelamento del permaFrost (suolo perennemente ghiacciato), da cui deriverebbero fenomeni come la liberazione in atmosfera di metano, un potente gas serra. la maggiore concentrazione di CO2 nell’aria aumenta la concezione di CO2 disciolto in acqua portando all'acidificazione degli oceani. Il riscaldamento globale influenza anche il ciclo dell’acqua favorire una maggiore evaporazione che rischia di intensificare gli eventi meteorologici estremi (siccità e alluvioni).

Obiettivi: transizione energetica delle fonti fossili a quelle rinnovabili e riduzione delle emissioni di gas serra.