Ecologia

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Ecologia

Che cos’è l’ecologia?

L’ecologia è definita come la scienza che studia le interazioni tra gli organismi ed il loro ambiente. L’ecologia

può anche essere definita in diversi modi. Un punto ancora più importante per il nostro scopo è che il

termine “ecologia”, come utilizzato dagli ecologi, si riferisce ad una ricerca scientifica.

L'ecologia dedica anche grande attenzione all'influenza che l'uomo esercita sul funzionamento della natura,

si interessa, ad esempio, dell'inquinamento atmosferico in quanto esso può influenzare i meccanismi di

funzionamento dei sistemi naturali. I fenomeni ecologici possono essere spiegati con diverse scale

temporali; corte (giorni): ad es. la comprensione della fisiologia e del comportamento degli individui medie

(mesi): ad es. lo studio del ciclo vitale (crescita, sopravvivenza, riproduzione); lunghe (anni): studio della

demografia dell'intera popolazione.

L’ecosistema planetario che ci accoglie, e che ha una storia di miliardi di anni, è fondamentalmente un

ecosistema oceanico. Qualche centinaio di milioni di anni fa alcuni organismi pionieri hanno incominciato a

scoprire la possibilità di vivere al di fuori dall’acqua. Incominciando così un processo di colonizzazione delle

terre emerse che ha avuto un grandissimo successo. Questo non toglie che la vita sulla terra è una

strutturalmente una vita acquatica con una strategia collaterale che ha consentito la colonizzazione degli

ambienti continentali.

Questo vuol dire che esiste una sorta di contraddizione fra la storia dell’ecologia, che è una storia

principalmente fondata su gli ecosistemi continentali quando gli ecosistemi planetari sono

fondamentalmente degli ecosistemi acquatici.

Questi concetti sono universali, non dobbiamo pensare che i vari concetti siano legati esclusivamente

all’ambiente terrestre.

Altro esempio geologia: è lo studio dei sistemi naturali che governano lo studio sul pianeta.

Il termine ecologia è una parola composta che deriva dal greco oikos (casa) e logos (discorso). Quindi

stiamo parlando della nostra casa, del mondo che ci accoglie (che è la nostra casa).

Tutti i principi dell’ecologia hanno come riferimento un concetto di bilancio energetico. Il pianeta funziona

come una grande macchina a cui bisogna somministrare energia.

La terra

Se fossimo geologi, penseremmo che la terra è una sfera costituita da

materiali inerti che potremmo chiamare minerali. La terra in realtà è

un corpo solido costituita da una serie di involucri successivi, il più

interno è il nucleo che a sua volta è disomogeneo perché esiste un

nucleo interno ed uno esterno con caratteristiche diverse. Andando

verso l’esterno c’è un ampio strato fluido che è il mantello, pur

essendo fluido ha una densità altissima. Spostandoci sempre

dall’esterno arriviamo alla crosta terreste che è la porzione di

geosfera consolidata con la quale abbiamo sempre a che fare. La struttura interna della Terra non è

omogenea; si distinguono tre involucri concentrici caratterizzati da diversa composizione chimica e densità:

• la crosta, esterna, solida, sottile, di spessore variabile (massimo sotto le catene montuose), formata

da materiali eterogenei, ma poco densi; 2

• Il mantello è compreso fra le due discontinuità (mohorovicic e gutenberg ) e ha uno spessore

notevole. Si possono individuare due mantelli: uno superiore in cui si distinguono vari strati con

proprietà differenti, e uno inferiore più omogeneo. Il superiore è formato da una parte detta

mantello litosferico è più denso della crosta e con essa forma la litosfera, questa parte si estende

fino a 100km, l’Astenosfera è uno strato plastico che si trova sotto la litosfera e si estende fino a

250 km e probabilmente presenta materiali fusi e solidi insieme. Astenosfera e mantello litosferico

sono facilmente distinguibili dal punto di vista fisico: infatti la litosfera è una zona rigida, mentre

l’astenosfera è una zona in cui le rocce possono rompersi facilmente. la Mesosfera zona che si trova

sotto l’astenosfera si estende dal limite dell’ astenosfera, fino a 700 km. Dopo i 700 km troviamo il

mantello inferiore fino al confine col nucleo.

• Il nucleo, composto prevalentemente da ferro e nichel, è in parte fluido (nucleo esterno) e in parte

solido (nucleo interno). La temperatura cresce fino a raggiungere valori di poco inferiori ai 6000 K.

La litosfera è soggetta a continui cambiamenti. Si riconoscono processi endogeni, manifestazione di

dinamica interna, e processi esogeni, in cui intervengono fattori che agiscono sulla superficie. Sono processi

endogeni i fenomeni vulcanici, i terremoti e i movimenti che coinvolgono regioni limitate o estese della

litosfera. Sono processi esogeni i processi di modellamento operati dall'azione di idrosfera, atmosfera e

organismi viventi.

Il suolo può essere definito come luogo di transizione e interazione dinamica tra idrosfera , atmosfera e

litosfera. Tutti i suoli o terreni sono costituiti dagli stessi componenti principali: particelle minerali e

sostanze organiche in vari stadi di decomposizione, le differenti percentuali di questi componenti creano

diversi tipi di suolo. In un suolo sviluppato, le particelle di sabbia, silt (limo) e argilla sono miscelate con gli

apporti provenienti dall’ambiente biotico. La formazione del terreno dipende da numerosi fattori, e il più

importante è costituito dal clima. L’acqua piovana, scorrendo sopra e attraverso la roccia madre, la

frantuma, e l’alternarsi di gelo e scioglimento riduce la roccia in frammenti di minori dimensioni. La

presenza in questi detriti di sostanze organiche, come foglie e resti di organismi animali, permette ai batteri

e ai funghi di agire. Nella miscela che ne risulta germogliano i semi, e le piante contribuiranno a fornire al

terreno sostanze organiche e lo metteranno in grado di mantenere altra vita. Quelli sabbiosi

sono terreni permeabili all'aria e all'acqua, che si riscaldano facilmente ma che altrettanto rapidamente si

raffreddano. Questi terreni contengono generalmente scarse sostanze nutritive.

I terreni limosi sono ricchi di humus, capaci di immagazzinare al meglio calore, acqua, aria e sostanze

nutritive, oltre a contenere anche calcio. Quelli argillosi sono terreni per natura pesanti, impermeabili

all'aria e all'acqua, che si riscaldano lentamente, in caso di siccità tendono a indurire fino ad andare in pezzi

come i mattoni, mentre, se la stagione è umida, si trasformano in masse appiccicose. I terreni torbosi sono

originati da sedimenti organici, la terra è acida, povera di sostanze nutritive, in grado di trattenere molta

acqua. I suoli sono aridi quando l'evaporazione è maggiore delle precipitazioni; invece, se l'evaporazione è

uguale alle precipitazioni il suolo è equilibrato infine sono suoli umidi se l'evaporazione è minore delle

precipitazione.

Il pianeta non finisce con il suolo che calpestiamo ma ha una sua ulteriore espansione che è in forma fluida

(idrosfera) e in forma gassosa (atmosfera). 3

La Terra è avvolta da un’atmosfera, un involucro tenue di gas dello spessore di alcune centinaia di kilometri,

costituita da azoto, ossigeno, biossido di carbonio, vapore d’acqua, e altre sostanze in quantità minima.

Sulla superficie sono presenti grandi quantità di acqua allo stato liquido, solido e aeriforme. L’insieme delle

acque prende il nome di idrosfera.

L’atmosfera ha dei confini estremamente sfumati, non c’è una barriera che separa l’atmosfera dallo spazio

interstellare ma c’è una gradualissima transizione.

Il pianeta è questo geosfera, idrosfera e atmosfera.

L’idrosfera

Quindi l’idrosfera è l’insieme di tutte le acque esistenti sulla terra, nei vari stati (liquido, solido e gas). Ha un

ruolo fondamentale in quanto, non solo storicamente da origine alla vita, ma attualmente è il macro-

ecosistema che esiste. Circa il 70% della superficie terreste è ricoperta da acque. Quindi il nostro pianeta è

più un pianeta d’acqua che di terra.

Un ulteriore osservazione che dobbiamo fare è quella che riguarda la geometria dell’ecosistema

continentale rispetto quello continentale. L’ecosistema continentale, ovvero il mondo in cui noi viviamo è

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fondamentalmente un mondo bidimensionale (geometria euclidea mondo bidimensionale).

L’ecosistema oceanico è essenzialmente un ecosistema tridimensionale. Quindi in questo rapporto del 70%

di vantaggio della superficie oceanica rispetto a quella continentale si moltiplica il concetto di volume.

Quindi l’ecosistema continentale ha due sole dimensioni mentre quello oceanico ne ha tre, e questo lo

rende enormemente più vasto di quello continentale.

L’ecosistema continentale bidimensionale è un po’ stretto per le forme di vita, per cui c’è una costante

tendenza degli ecosistemi continentali ad assumere una struttura tridimensionale. Ma le forme di vita che

lo abitano si proiettano nella terza dimensione creando tridimensionalità (basta pensare agli alberi).

Chiaramente i due ecosistemi non sono separati (esempio la pozzanghera, anche se per breve periodo sta

nell’ecosistema continentale ma è un ecosistema oceanico).

Vi sono le acque sotterranee imbevono tutta la crosta terreste, qualunque suolo su cui noi stiamo

camminando ha sotto di sé, ad una certa profondità, acqua. L’idrosfera ricopre interamente la superficie

terreste.

L’ultimo involucro terreste è l’atmosfera (involucro gassoso). L’atmosfera è l’involucro gassoso che circonda

il pianeta.

La biosfera

Finora abbiamo parlato di entità fisiche: geosfera, idrosfera e atmosfera; ma con un piccolo sforzo

immaginario possiamo immaginarci un ulteriore involucro che non è fisico ma è un involucro concettuale: la

biosfera.

La biosfera è l’insieme delle zone della terra che ospitano e permettono la vita, cioè l’insieme di tutti gli

ecosistemi. Non deve essere confusa con l’ecosfera definita come la porzione di atmosfera che ha

condizioni favorevoli alla vita.

L’espressione delle forme di vita sulla terra richiede che ci siano alcune condizioni, una tra queste è una

condizione fondamentale per la vita: l’acqua! L’acqua è una condizione in erudibile (se non c’è acqua non

c’è vita).

Quindi possiamo dire che la biosfera e l’idrosfera coincidono. Dal momento che la presenza di acqua è una

condizione indispensabile per la vita, Idrosfera e biosfera praticamente coincidono.

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Anche le riserve di acqua più inaccessibili contengono forme di vita. Questa sovrapposizione si espande in

quella porzione di atmosfera che contiene acqua allo stato di vapore. Qui la situazione è un po’ più sfumata

perché in realtà non esistono forme di vita che siano stabilmente legate all’atmosfera. Ci sono moltissime

forme di vita che attraversano i nostri cieli, ma non possiamo parlare di forme di vita che siano forme di vita

atmosferiche. Quindi moltissimi organismi respirano aria atmosferica ma non coi sono organismi che vivono

nella massa d’aria. Ad esempio, gli uccelli volano ma hanno la necessità di poggiarsi nel suolo.

La porzione di atmosfera nella quale è presente acqua nello stato gassoso non si eleva oltre i 10Km dal

livello del mare.

La biosfera è la parte più esterna della sfera terrestre, essa include la parte inferiore dell’atmosfera, gli

oceani, il suolo e la litosfera fino a circa 2 Km di profondità. Essa rappresenta il massimo sistema biologico

che include tutti gli organismi viventi sulla terra, interagenti con l’ambiente fisico in modo da formare un

unico sistema. La biosfera è attraversata da un flusso continuo di energia che proviene dal sole. Di tutta

l’energia solare che giunge sulla Terra, solo una piccola quantità è disponibile per finalità biologiche: la luce

solare assorbita dalle piante è circa l’1%; il 60% viene riflessa e la maggior parte di quella restante viene

assorbita dagli oceani, dall’atmosfera e dalle terre emerse per essere subito irradiata nello spazio come

calore.

Ecosfera

Se la biosfera è l’insieme di tutte le forme di vita sulla terra, l’ecosfera è il luogo in cui la biosfera esplica le

sue funzioni; quindi, non parliamo più solo di forme di vita, ma del contesto in cui interagiscono le forme di

vita (idrosfera, atmosfera e geosfera).

I cicli biogeochimici

I cicli biogeochimici sono percorsi chiusi attraverso cui nell'ecosistema avviene la circolazione di elementi

chimici tra ambiente fisico e organismi viventi.

I cicli biogeochimici descrivono il movimento e la conservazione dei materiali, per attività biogeochimica,

fra popolazione biotica e abiotica dell’ecosfera.

Gli elementi indispensabili alla vita (come carbonio, ossigeno, azoto, fosforo), presenti nelle molecole

inorganiche che si trovano nell'ambiente fisico (rocce, suolo, aria, acqua), sono continuamente incorporati

e trasformati in molecole organiche dagli organismi viventi attraverso le catene alimentari; in seguito, nel

corso dei processi metabolici degli organismi in vita e nel corso dei processi di decomposizione dopo la

morte, questi elementi sono di nuovo trasferiti in molecole inorganiche e restituiti all'ambiente.

La fonte principale, di ogni elemento si trova in genere nell'ambiente non vivente. I cicli in cui la fonte è

rappresentata dall'atmosfera (come quelli del carbonio e dell'azoto) sono detti cicli atmosferici; i cicli in cui

la fonte è costituita dai sedimenti (come quello del fosforo) sono detti cicli sedimentari.

Il ciclo del carbonio

Il carbonio è presente in natura sotto diverse forme: si trova nell'anidride carbonica dell'atmosfera, nelle

molecole organiche degli esseri viventi e in alcune molecole inorganiche ( i carbonati)presenti nelle rocce e

nell'acqua. Tali composti del carbonio passano continuamente da una forma all'altra grazie all'azione degli

esseri viventi che li riciclano impedendone l'esaurimento. Il ciclo del carbonio è pertanto un ciclo naturale

che coinvolge tutto il mondo dei viventi. I processi di respirazione degli esseri viventi, i processi di

combustione e l'attività vulcanica liberano nell'atmosfera una certa quantità di anidride carbonica. I

vegetali usano la maggior parte di questa anidride carbonica per effettuare la fotosintesi clorofilliana e

produrre così gli zuccheri, molecole organiche necessarie per il loro nutrimento.

Attraverso i diversi passaggi della catena, le sostanze organiche prodotte dai vegetali vengono messe a

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disposizione degli animali che le trasformano in energia necessaria per svolgere tutte le loro funzioni vitali.

Tutti gli organismi, sia gli animali sia i vegetali, liberano il carbonio sotto forma di sostanze organiche

presenti nei loro prodotti di rifiuto .Tali sostanze vengono attaccate dai microrganismi decompositori

(batteri, funghi) che, a loro volta, liberano nell'atmosfera anidride carbonica.

Inoltre, il carbonio contento nei rifiuti organici, accumulati in particolari ambienti privi d'aria, è attaccato da

microrganismi che, in tempi molto lunghi, lo trasformano in combustibili fossili come il carbone e il petrolio.

In tal caso, il carbonio viene restituito all'atmosfera dai processi di combustione effettuati dell'attività

umana.

Un eccessivo arricchimento di anidride carbonica nell'atmosfera risulterebbe dannoso per gli esseri viventi,

se non provvedessero le piogge ad impoverirla; il risultato finale di queste trasformazione è un quantitativo

pressoché costante di carbonio.

Il ciclo dell'ossigeno

L'ossigeno è un fattore limitante per gli organismi aerobi. l ciclo dell'ossigeno è strettamente legato al ciclo

del carbonio; entrambi gli elementi, infatti, entrano nei processi della fotosintesi e della respirazione. Oltre

che in atmosfera, di cui costituisce circa il 21%, l'ossigeno è presente in grandi quantità nelle acque marine.

L'ossigeno presente in atmosfera è il prodotto dell'attività fotosintetica di batteri, alghe e piante superiori.

Tra i prodotti della fotosintesi (6CO2+6H2O=C6H12O6+6O2), infatti, accanto agli zuccheri ottenuti c'è

l'ossigeno. Gli organismi fotosintetici, dunque, quando sfruttano la luce solare per procurarsi nutrimento,

cedono ossigeno all'atmosfera, permettendo la vita di altri organismi.

atmosfera ozono

Negli strati alti dell' l'ossigeno si trasforma in che, assorbendo determinate lunghezze

d'onda ad alta energia, dalla radiazione solare che arriva alla terra, costituisce uno schermo protettivo per

gli esseri viventi.

L'ossigeno viene continuamente prelevato dai viventi per la respirazione. Il processo consuma ossigeno e

produce anidride carbonica, andando a riequilibrare i livelli dei due gas utilizzati nell'ambito dell'attività

fotosintetica delle piante. L'ossigeno viene consumato anche in attività geologiche, per esempio

ossidazione del ferro

l'alterazione superficiale delle rocce affioranti, come l' e di altri elementi.

Il ciclo dell'azoto

1. fissazione dell'azoto atmosferico (che non può essere utilizzato direttamente dagli organismi) per opera

di batteri azotofissatori, che vivono nel terreno; in questo processo l'azoto è trasformato in composti

inorganici come ammoniaca e ioni ammonio, nitrati o nitriti;

2. utilizzazione dei composti inorganici azotati da parte delle piante per assorbimento e successiva

trasformazione in composti organici, soprattutto proteine, che passano nella catena alimentare;

3. ritorno dei composti azotati all'ambiente per escrezione di urea, acido urico o ammoniaca nelle urine e di

composti semplici