Ecologia - esame integrale

Eco 3 CFULibro: fondamenti di ecologia

Autore: Loreto Rossi, Editore: Piccin

Etimologia e definizione

Ecologia deriva da: eikos: casa habitat e logos: discorso-studio. L’ecologia è lo “studio della vita nella casa”, ossia di tutte le relazioni che intercorrono tra gli organismi negli ambienti in cui vivono. L’ecologia è il frutto della convergenza di numerose discipline scientifiche: fisiologia, chimica, biochimica, geologia, microbiologia, etologia, fisica, botanica, patologia, malattie infettive, ecc.

Storia dell'ecologia

Aristotele, Ippocrate e Plutarco capirono per primi l’interdipendenza dei vari organismi in relazione all’ambiente. Il termine ecologia nel senso moderno è stato coniato nel 1800 da Ernest Haeckel (medico e darwinista) e indica la scienza dei rapporti tra gli esseri viventi e l’ambiente circostante: dai cicli naturali degli elementi alle catene alimentari e le dinamiche delle popolazioni vegetali o animali.

Personaggi storici

Antoni van Leeuwenhoek (1632-1723) è considerato il capo fondatore della microscopia, partì da un approccio tecnico da lenti di ingrandimento e arrivò fino a 200 volte l’ingrandimento di una lente standard.

Lazzaro Spallanzani (1729-1799) fu un ricercatore in più campi ed approcciò gli organismi intesi come ambienti composti da diversi elementi. I suoi studi arrivarono anche in ambito ecologico e veterinario in senso stretto. Studiò le specie in relazione all’ambiente e fu il primo che operò l’inseminazione artificiale sui cani con seme fresco sui Barboni e capì che vi erano dei segnali di estro nella femmina.

Charles Bonnet e Lyell (1798-1875) fecero uno dei primi ragionamenti ecologici sulla catena alimentare ponendo in relazione specie diverse legate da motivi ambientali.

Clements (1874-1945) e Shelfors (1877-1968) contribuirono al concetto moderno di catena alimentare e del riciclo della materia che nasce nel 1900.

Eventi storici e cambiamenti socio-politici

Ciò che ha cambiato radicalmente il concetto di ecologia e ne ha permesso la diffusione sono stati i grandi cambiamenti socio-politici. Dalla fine della seconda guerra mondiale fino agli anni '90, ci sono stati eventi cardine che hanno mosso l’opinione pubblica e la ricerca ecologica:

• Apollo 11 (1969): "un piccolo passo per l’uomo un grande passo per l’umanità". L’allunaggio ha scosso miliardi di coscienze nel mondo, cambiando la percezione del pianeta Terra, visto per la prima volta da un altro punto di vista.
• Periodo della guerra fredda: blocco sovietico e il blocco USA+NATO. Il rischio era la bomba atomica, la realtà ecologica mondiale era sull’orlo quasi continuo del collasso. Seguirono la guerra di Corea e la guerra del Vietnam.
• Un ulteriore impulso allo spirito ecologista venne da realtà sociali particolari: la cultura Hippie con il continuo rischio atomico e tutte le manifestazioni politiche e sociali che seguirono.
• L’Italia utilizzò il nucleare a partire dal 1959 con la costruzione di alcuni reattori, ma fu abolito a fine anni '80 con un referendum a seguito della catastrofe di Chernobyl di livello 7 come Fukushima.

La salvaguardia del clima globale

Il Protocollo di Kyoto del 2005 è un programma internazionale per le politiche ambientali. È il programma delle Nazioni Unite per l’ambiente nato nel 1972 a seguito della conferenza di Stoccolma. Il trattato è stato sottoscritto nel 1997, ma gli USA non firmarono. L’approccio del Protocollo di Kyoto è stato abbastanza diretto: è stato imposto alle nazioni un abbattimento delle emissioni di CO₂. Purtroppo molte nazioni non erano pronte e il fatto di imporre un limite è stato vissuto male da alcune.

Dal 2020 entrerà in vigore il Protocollo di Parigi (2015), non meno restrittivo ma basato su un approccio responsabile, fornitura di supporto economico, finanziamenti per riduzioni di emissioni per evitare un ulteriore aumento della temperatura di 2 gradi entro il 2050 e porre soglie al riscaldamento globale. Il problema di Kyoto è che quando fu stabilito non era stato previsto il boom economico di alcune nazioni come India e Cina.

L'ambiente

Esistono due tipi di ambiente:

• Naturale: ambiente che non ha subito modifiche da parte dell’uomo.
• Antropizzato: ambiente con caratteristiche derivate dall’attività umana.

I comparti terrestri

I quattro comparti terrestri sono: geosfera, atmosfera, biosfera e idrosfera.

La geosfera

La geosfera comprende quella porzione di terra che si estende dalla superficie visibile fino al centro della terra. Dal centro della terra troviamo: nucleo, mantello e crosta. È un ambiente dinamico per la tettonica delle placche. La crosta terrestre: profonda da 10 a 70 km ed è lo strato più sottile.

Le singole placche tettoniche fluttuano su un supporto semiliquido, e non corrispondono ai continenti. Riconosciamo placche principali (intercontinentali) e secondarie (frammenti di crosta tra le principali). La crosta ha dei punti in cui le forze si esplicano: eventi sismici, vulcani (fascia pacifica), punti di contatto laddove la crosta cresce e si erode. In Italia, la placca adriatica si sta muovendo verso nordest ed è in contatto con l’euroasiatica, mentre la placca africana spinge contro l’adriatica, a conferma di ciò c’è l’orogenesi delle Alpi e degli Appennini. La crosta è composta principalmente da silicio e ossigeno.

Il suolo agrario

Il suolo agrario presenta due strati: l’attivo che va dalla superficie fino alla profondità di circa 70 cm, e l’inerte, al di sotto del primo. La differenza è nei materiali rocciosi che compongono i due strati. La fonte primaria delle rocce terrestri è il magma ancestrale.

La produzione di rocce può avvenire con:

• Eruzioni o camere magmatiche sotterranee: rocce ignee effusive, il magma si raffredda fuori dalla crosta quando viene estruso.
• Senza eruzioni: rocce ignee intrusive, il magma si raffredda in camere all’interno della crosta terrestre.
• Per sedimentazione marina, vulcanica o generale: rocce sedimentarie che vanno incontro a erosione o possono trasformarsi in rocce metamorfiche, queste ultime possono erodersi e tornare sedimentarie oppure fondersi e tornare nei sistemi magmatici.

Le rocce sedimentarie

Le rocce sedimentarie sono un tipo di roccia formato dall’accumulo di sedimenti di varia natura derivanti in gran parte dall’erosione di rocce presenti e trasportati dagli agenti atmosferici. Esse sono quindi il risultato di un complesso di fenomeni chiamato processo sedimentario. Si dividono in clastiche, chimiche e organogene.

Le rocce clastiche sono derivate dall’unione di componenti minerali e vengono classificate in base all’unità che forma la roccia, ossia lo spessore del sedimento, che può essere sabbia, limo, breccia, ecc. Nelle rocce organogene vi è una forte presenza di componenti di origine organica (conchiglie, coralli). Tra le rocce chimiche più importanti vi sono gesso e sal gemma (sale da miniera).

Le rocce metamorfiche

Le rocce metamorfiche si formano da forze e pressioni che agiscono su rocce preesistenti, la roccia più antica mai ritrovata è uno gneiss che è stata datata 3,96 miliardi di anni.

L'atmosfera

È importante ricordare la stratificazione perché cambiano le caratteristiche:

• Troposfera: inizia dalla superficie terrestre e si estende per circa 30 km. È la parte dell’atmosfera più densa, nella quale si concentrano maggiormente gli aspetti riguardanti clima e ambiente.
• Stratosfera: da 30 a 50 km, è importante perché qui al confine con la troposfera vi è lo strato dell’ozono.
• Mesosfera: qui esplodono gli asteroidi, lo strato che viene raggiunto dai razzi che vengono sparati, fulmini rossi e meteore.
• Termosfera
• Esosfera (volgarmente chiamato spazio)

Lo strato d’ozono

Ha funzione di proteggere dai raggi UV. L’ozono è un gas a tre atomi di ossigeno: O₃, ma l’ossigeno di solito è O₂. La terra è colpita da raggi gamma, ultravioletti, radio, x. Le radiazioni colpiscono la molecola di O₃ (molecola instabile), l’ozono quando viene colpito da un raggio UV perde un atomo di ossigeno, il quale assorbe il raggio e si libera nell’ambiente, essendo energeticamente reattivo andrà ad unirsi con un’altra molecola di ossigeno. Tutto ciò in loop continuo in condizioni ideali.

I CFC e la distruzione dell'ozono

I CFC, clorofluorocarburi, sono composti che contengono all’interno molecole di cloro e altri atomi fortemente reattivi. I frigoriferi vecchi contengono ancora CFC dato che sono gas fortemente refrigeranti. Il cloro e altri CFC, rilasciati nell’atmosfera, si legano all’ossigeno dell’ozono come se fossero raggi UV rubandogli l’atomo, l’ozono si riforma perché comunque ci sono altri atomi di ossigeno liberi, ma nel frattempo che erano legati col cloro non erano attivi contro i raggi UV.

La luce UV colpisce una molecola di CFC come il CFCl₃ strappando un atomo di cloro e lasciando il CFCl₂. L’atomo di cloro, a sua volta, attacca una molecola di ozono O₃ strappandole un atomo di ossigeno e lasciando una molecola di ossigeno O₂. L’atomo di cloro e quello di ossigeno si legano a formare una molecola di monossido di cloro ClO. Un atomo di ossigeno libero toglie un atomo di ossigeno della molecola di monossido di cloro per formare O₂. Una volta libero, l’atomo di cloro può attaccare un’altra molecola di ozono O₃ e incominciare di nuovo il ciclo.

Effetti dei fluidi refrigeranti

La maggior parte dei fluidi refrigeranti oggi in uso sono sostanze ottenute per sintesi chimica e quindi con caratteristiche ideali per questo scopo, ma molte di queste hanno effetti negativi sull’ambiente, in particolare hanno un elevato potenziale di distruzione dell’ozono atmosferico, detto ODP = ozone depletion potential. L’accumulo di particolari sostanze ai poli ha portato al buco dell’ozono. (www.temis.nl dà in tempo reale la condizione degli spessori degli strati d’ozono). Le modificazioni degli ultimi 50 anni sono dovute all’azione umana e sono maggiormente colpite le zone polari.

Esposizione alle radiazioni UV

Tutte le persone sono esposte quotidianamente a una certa dose di radiazioni UV in gran parte derivanti dal sole ma anche da fonti artificiali in campo industriale, commerciale o nel tempo libero. Le radiazioni UV coprono quella porzione dello spettro elettromagnetico con una lunghezza d’onda compresa tra 100 e 400 nanometri e si dividono in tre categorie:

• UVA
• UVB
• UVC

L’UVA è più subdolo, ha un’azione più costante nel tempo e più profonda nei tessuti. L’UVB è più da scottatura (ma fa anche altro). Gli UVC sono completamente assorbiti dall’atmosfera. I livelli di UV sono più alti al crescere dell’altitudine e all’altezza del sole.

Patologie causate dai raggi UV

I raggi UV causano le seguenti patologie: melanoma (tumore maligno dei melanociti, agisce su un epitelio stratificato, pavimentoso e cheratinizzato), ustioni, eritemi, ipercheratosi, riattivazione dell’herpes e patologie oculari (cataratte, cristalline, ecc.). Negli animali domestici causano melanoma sul naso e sui cuscinetti plantari. In generale, la capacità di penetrazione e quindi la pericolosità per l’uomo dei raggi UV aumenta al diminuire della lunghezza d’onda e di conseguenza all’aumentare della frequenza.

Questa situazione sta portando a modifiche degli ecosistemi dei poli, è indubbio che la moria di pinguini è correlata con l’inspessimento del ghiaccio.

Biosfera

Comprende tutti gli ambienti vitali e tutti gli ecosistemi della terra, ed è formata dall’insieme degli ambienti fisici del pianeta: terre emerse, acqua e aria. Un ecosistema è l’insieme degli organismi che vivono insieme in una data area paesaggisticamente omogenea e che interagiscono con l’ambiente fisico in modo tale che un flusso di energia porti a una ben determinata struttura di rapporti e ad una ciclizzazione.

I biomi

I biomi sono sistemi ambientali complessi di ampia estensione geografica costituiti da un insieme di ecosistemi le cui comunità animali e vegetali hanno raggiunto una relativa stabilità in relazione alle condizioni ambientali. Ogni bioma è caratterizzato principalmente dalle condizioni climatiche della regione e da una particolare vegetazione che ospita una tipica fauna. Es: foresta pluviale.

Livelli di organizzazione

I livelli di organizzazione includono: cellula, tessuto, organo, apparato, sistema, organismo, popolazione, comunità, ecosistema, biomi ed ecosfera.

I fattori ambientali

I fattori biotici, detti anche biologici, sono quelli vitali. L’ecosistema è un sistema complesso formato da organismi che vivono in un determinato ambiente; gli animali, le piante, i funghi e i batteri costituiscono le componenti biotiche dell’ecosistema. I fattori abiotici sono i componenti di un ecosistema che non hanno vita, come i minerali, le rocce, la terra, il clima, la temperatura, la pressione, l’umidità e la luce.

Idrosfera

L’idrosfera è l’insieme dell’acqua in forma liquida presente sulla terra. L’acqua copre il 70% della superficie terrestre. È importante sapere come l’acqua è distribuita sulla terra per la suddivisione in dolce e salata. Gli oceani costituiscono il 97,3% sembrerebbe che l’utilizzabile dall’uomo sia poca, 2,7%.

Uso dell'acqua

Usiamo l’acqua per: bere, coltivare e allevare. Uno dei grandi dibattiti riguarda il corretto metodo su come indirizzare l’acqua: è poca, cosa devo produrre? Carboidrati, proteine, fibre, ecc. In un allevamento serve molta acqua rispetto all’agricoltura. Cosa è giusto?

Il restante 2,7% di acqua dolce si suddivide in ghiacciai e groundwater. Quale potrebbe essere una soluzione per utilizzare tutta l’acqua a nostra disposizione? La desalinizzazione dell’acqua dell’oceano si basa sul processo di osmosi inversa. L’osmosi inversa è basata sul principio di ottenere l’acqua con meno sali applicando una pressione tale che l’acqua in entrata viene spinta attraverso dei sistemi di membrana (prima viene depurata) e grazie alla pressione viene privata di questi sali, fino ad ottenere l’acqua desalinizzata. Video: how desalination.

L'acqua e il suo ciclo

Il 97% dell’acqua presente sul nostro pianeta è costituita da mari ed oceani. L’acqua dolce costituisce il 3% dell’acqua totale ed è ripartita così:

• 70% ghiacciai e poli
• 30% che si divide tra acque superficiali e acque sotterranee

Il movimento dell’acqua è continuo e coinvolge processi di evaporazione dai mari (bacino maggiore) ed evapotraspirazione (processi metabolici delle piante) verso l’atmosfera e la ricaduta tramite piogge, infiltrazioni e scorrimenti. L’acqua evaporata è soggetta a fenomeni di condensazione e accumulo atmosferico che porta alla formazione di cicloni e anticicloni. Segue la fase delle precipitazioni (pioggia, neve, grandine) e di accumulo che può essere più o meno temporaneo.

Destinazione dell'acqua

L’acqua rilasciata sulla superficie può andare incontro a:

• Ruscellamento diretto: viene convogliata direttamente all’interno di fiumi e laghi.
• Infiltrazione: l’infiltrazione può portare ad un accumulo (vedi falde acquifere fossili) o può essere convogliata e divenire sorgente, pozzo e quindi acqua di ruscellamento indiretto.

L’acqua in ogni caso torna al sistema marino. La quantità evaporata dal mare è maggiore di quella che vi torna mediante le piogge, mentre la quantità di acqua evapotraspirata dalla terra è minore di quella che vi ritorna con le piogge. Ciò significa che una parte importante delle piogge che mantengono gli ecosistemi terrestri deriva dell’acqua evaporata dal mare.

La falda acquifera di Ogallala

La falda acquifera di Ogallala rappresenta il classico esempio di gestione a termine di un giacimento acquifero ed irriga il 27% delle terre americane. In pochissimi anni si sta esaurendo e saranno necessari sei anni di piogge senza utilizzo di acqua per ricreare questo substrato. La falda acquifera ha una vita e necessita di tempo per riformarsi. Cosa si potrebbe fare per non terminare le falde? Trovare un modo per gestire al meglio quest’acqua in ambito agricolo: quando si irriga un po’ d’acqua viene sprecata nel terreno ed altra evapora, mentre se si utilizzassero gli impianti di irrigazione goccia a goccia si avrebbe una gestione più controllata dell’acqua evitando gli sprechi.

Sublimazione e piovosità

La sublimazione è il passaggio diretto dalla componente solida a gassosa, ma ha un peso inferiore rispetto agli altri due meccanismi di evaporazione. La piovosità non è distribuita a livello mondiale in modo uniforme, nei tropici sono presenti due stagioni mentre nei climi temperati la frequenza della pioggia è più diffusa durante l’anno.

Importanza dei ghiacci e delle falde acquifere

I suoli impoveriti perdono capacità di trattenere acqua, convogliarla e farla passare. Non bisogna dimenticare che l’umidità e l’evapotraspirazione sono fattori importanti. I ghiacci polari e montani sono le due principali riserve terrestri, il loro scioglimento ha comportato un aumento dei livelli del mare per la metà da incremento termico.

Le falde acquifere consistono nell’accumulo di acqua sotterranea che occupa tutti gli spazi e gli interstizi presenti in rocce porose, ghiaie e sabbie. L’acqua occupa gli spazi tra rocce permeabili ed è delimitata inferiormente da uno strato di rocce impermeabili. Le falde acquifere si dividono in:

• Freatiche
• Artesiane