Riassunto esame Fondamenti di ecologia, Prof. Vizzarri Matteo, libro consigliato Ecologia, Michael L. Cain

ECOLOGIA

def: l’ecologia è la scienza che studia le interazioni fra gli organismi e il loro ambiente

(principi base dell’ecologia: legge di conservazione dell’energia)

tipi di ecologia:

Ecofisiologia: lo studio degli adattamenti fisiologici di un organismo alle condizioni

● fisico-chimiche dell’ambiente in cui vive;

ecologia comportamentale: studio delle basi ecologiche ed evolutive del

● comportamento animale;

ecologia di popolazione: studio delle caratteristiche e delle dinamiche di popolazione;

● ecologia di comunità: studio dei rapporti che intercorrono fra l’ambiente e gruppi di

● specie e di individui, quali associazioni, raggruppamenti, biocenosi.

Alcuni termini di base in ecologia

● Adattamento: capacità di sopravvivere o riprodursi nel proprio ambiente

● Selezione naturale: capacità di evolversi in base a caratteristiche particolari

● Produttore: capacità di ottenere energia da fonti abiotiche

● Consumatore: capacità di ottenere energia da fonti biotiche (vive o morte)

● Produttività primaria netta: quantità di energia per unità di tempo che i produttori

utilizzano al netto della respirazione cellulare

● Ciclo dei nutrienti: movimento ciclico di una sostanza nutritiva fra organismi e ambiente

CONCETTI DI SCALA E LIVELLI GERARCHICI (slide 14)

teoria generale dei sistemi: Il mondo non è un complesso caotico di elementi contraddistinto

da leggi causa-effetto lineari, ma un organismo dotato di principi e leggi che coinvolgono la

totalità delle sue componenti.

● Sistema = complesso di parti che interagiscono tra loro e il cui comportamento risulta

dalle interazioni con le altre. Tutte insieme conferiscono al sistema delle proprietà che

non sono la mera sommatoria delle proprietà delle singole parti, ma risultano del tutto

originali (proprietà emergenti).

Gli organismi viventi sono sistemi aperti in equilibrio dinamico

● Totalità = ogni parte di un sistema è in rapporto con le altre parti tale che qualunque

cambiamento in una parte causa un cambiamento in tutte le parti e in tutto il sistema

Complessità = l’analisi dei componenti in modo isolato non porta alla comprensione del

● sistema

Proprietà emergenti =

● caratteristiche non proprie delle componenti in senso individuale, ma

che emergono solo post interazione con altre componenti (v. prossime slide)

● Meccanismi di retroazione = ogni sistema reagisce agli input esterni, modificandoli:

○ RETROAZIONE POSITIVA = provoca cambiamento, per cui si perde stabilità ed

equilibrio

○ RETROAZIONE NEGATIVA = i dati in ingresso sono usati per mantenere lo stato

stazionario del sistema

IPOTESI GAIA: pianeta ideale

ipotesi Gaia: Nel Pianeta delle Margherite ci sono due tipi di margherite, quelle nere e quelle bianche.

Quelle nere hanno un basso albedo (indice del potere riflettente della radiazione solare incidente, %),

quindi assorbono meno radiazione solare rispetto alle bianche. In condizioni molto calde e luminose,

le margherite nere si surriscaldano e lasciano spazio alle bianche. In condizioni fredde e nuvolose, le

margherite bianche non riescono ad acquisire sufficiente energia perché riflettono più radiazione

solare e quindi lasciano spazio alle nere. Non essendoci competizione né predazione, in questo

sistema «ideale» solo il clima gioca un ruolo importante per il pianeta delle margherite a raggiungere

un punto di equilibrio. Terra come super organismo che si

autosostiene

Processo co-evolutivo e metabolico fra

viventi e ambiente fisico

Regolazione dei processi abiotici a

favore di quelli biotici (gas in atmosfera

- fotosintesi)

PROPRIETà EMERGENTI E

COLLETTIVE

Proprietà emergenti: sviluppo post interazione su nuovo livello

es: la formazione della molecola dell’acqua, compaiono quando una componente del sistema

interagisce con le altre, dando origine a una complessità sempre maggiore a seconda del tipo

di interazione

Proprietà collettive: interazioni caratteristiche esistenti

es. somma delle nascite in un certo periodo di tempo, risultano dall’insieme dei

comportamenti delle singole componenti del sistema

MECCANISMI DI RETROAZIONE

I meccanismi di retroazione fungono da auto-controllo dei sistemi ecologici:

● Nella retroazione positiva,(accellerazione della deviazione) un fenomeno viene

amplificato. Il contrario con la retroazione negativa (neutralizzazione della deviazione)

○ es retroazione positiva: Un esempio di retroazione positiva riguarda il

collegamento fra presenza di ghiaccio e albedo. Le basse temperature facilitano

la formazione di ghiaccio che ha alti valori di albedo (= frazione di luce incidente

che viene riflessa). In questo modo ci sarà sempre meno luce assorbita, con

ulteriore raffreddamento e creazione di superficie di neve e ghiaccio. Al

contrario, le alte temperature limitano la formazione di ghiaccio e aumentano la

quantità di energia assorbita dalla superficie terrestre, che limiterà ulteriormente

la formazione di ghiaccio con conseguente aumento delle temperature.

○ es. retroazione negativa: riguarda il collegamento fra l’erosione delle rocce e

l’effetto serra. Le rocce esposte in superficie interagiscono con l'acqua e

l'atmosfera e subiscono una serie di cambiamenti chimici e fisici che chiamiamo

agenti atmosferici. La parte chimica dell'erosione comporta spesso il consumo di

acido carbonico (formato da acqua e anidride carbonica) nella dissoluzione dei

minerali nelle rocce. Questo processo di invecchiamento è quindi un pozzo per

l'anidride carbonica atmosferica, che è un importante gas serra. Se rimuovi

l'anidride carbonica dall'atmosfera, indebolisci l'effetto serra e questo porta al

raffreddamento della Terra. In questo caso, il cambiamento iniziale ha innescato

una serie di processi che hanno contrastato il cambiamento iniziale.

RESILIENZA E RESISTENZA IN ECOLOGIA

● Resilienza = capacità di un sistema di giungere a un nuovo stato di equilibrio

post-disturbo

● Resistenza = capacità di un sistema di «attutire» gli effetti di un disturbo

● Adattamento o capacità adattiva = capacità di un sistema di rispondere al disturbo

restando all'interno delle sue capacità

GERARCHIA DELLA COMPLESSITà

1. Specie = gruppi di individui che si accoppiano e

producono prole vitale e fertile

2. Popolazione = gruppi di individui simili che si

accoppiano tra loro in una specifica area geografica

3. Comunità = le relazioni tra gruppi di specie diverse

4. Ecosistema = oggetto chiave e funzionale dell’ecologia,

relazioni tra organismi e loro ambiente

5. Biosfera = tutti i viventi in connessione con il loro

ambiente: atmosfera, litosfera, idrosfera e biosfera

GERARCHIA DELLA COMPLESSITà 2

Popolamento forestale = Comunità di alberi sufficientemente uniforme da poter essere

1. distinta dal suo intorno per composizione delle specie

arboree, età e struttura

Tipo forestale = È l’unità fondamentale della

2. classificazione, omogenea sotto gli aspetti floristici e

stazionali, le tendenze dinamiche ed eventualmente

selvicolturali e gestionali; ciascun tipo contiene nella

sua denominazione le principali caratteristiche

ecologiche, strutturali e flogistiche particolarmente

significative per la sua distinzione Ecosistema

forestale = unità funzionale di componenti biotiche e

abiotiche e loro interazioni

Bioma = ampia regione del mondo (porzione di

3. biosfera) classificata in base alla combinazione fra forme dominanti di vegetazione (se

terrestre) o specie (se marino/acquatico) e variabili climatiche

AMBIENTE FISICO E BIOSFERA

Ambiente fisico:

● clima

● suolo

● composizione chimica di aria e acqua

CLIMA:

def: Carattere medio dell'atmosfera nel corso dell'anno in un determinato luogo =

Insieme delle condizioni atmosferiche prevalenti che influenzano la vita in un certo

luogo in un determinato intervallo temporale (es. anno)

tempo metereologico Condizioni che caratterizzano l'atmosfera in un preciso

:

momento.

La temperatura determina la velocità delle reazioni biochimiche e delle attività

fisiologiche di tutti gli organismi:

● L’acqua attraverso le precipitazioni diventa una risorsa essenziale per tutti gli

organismi.

● Le correnti oceaniche influenzano la temperatura e il flusso di nutrienti

disponibili per gli organismi.

● La distribuzione geografica degli organismi dipende soprattutto dalle condizioni

climatiche estreme piuttosto che da quelle intermedie.

FATTORI ED ELEMENTI CLIMATICI.

● Fattori cosmici

○ Movimenti di rotazione e rivoluzione della terra

○ Eccentricità dell'orbita terrestre

○ Forma sferica Inclinazione dell'asse terrestre

● Fattori geografici

○ Circolazione atmosferica

○ Distribuzione terre emerse, oceani e corpi idrici

○ Distanza dal mare

○ Correnti marinI

○ Rilievi ed esposizione

○ topografica

○ Attività vulcanica

● Elementi

○ Radiazione solare

○ Temperatura dell'aria

○ Precipitazioni

○ Umidità dell'aria

○ Venti

○ Pressione atmosferica

RADIAZIONE SOLARE E SCAMBI ENERGETICI

Il clima e le sue variazioni dipendono strettamente dai flussi energetici, a loro volta

derivanti dalla radiazione solare. La superficie riceve in media 340 W per metro quadro

di radiazione solare all’anno. Circa ⅓ della radiazione solare viene assorbita dalle nubi

e dal particolato atmosferico (aerosol). Un’altra porzione è assorbita dall’ozono, dal

vapore acqueo e dalle nubi. La restante è assorbita dalla superficie terrestre.

Affinché la temperatura resti constante, l’energia in ingresso dev’essere

controbilanciata dall’energia in uscita. Per questo motivo, il bilancio energetico della

Terra deve avvicinarsi a 0. L’energia assorbita dalla superficie terrestre viene restituita

all’atmosfera come radiazione infrarossa (energia a onde lunghe). Le perdite

avvengono prevalentemente per evapotraspirazione (flusso di calore latente, da stato

liquido a vapore) e per conduzione (scambio di energia tra le molecole a contatto) e

convezione (movimento di correnti d’aria e acqua). L’atmosfera assorbe la maggior

parte della radiazione infrarossa emessa dalla superficie terrestre e la irradia indietro

grazie ai gas radiativamente attivi (gas effetto-serra). Senza questi gas la temperatura

sulla superficie terrestre sarebbe molto più bassa.

CIRCOLAZIONE GENERALE DELL’ATMOSFERA

● + caldo all’Equatore e + freddo ai poli → l’angolo di incidenza dei raggi del sole influenza

l’intensità della radiazione solare che colpisce la superficie terrestre

● ciclo dell’ aria:

1. Superficie riscaldata dal sole emette radiazione infrarossa e riscalda l’aria sopra di

essa, che tenderà quindi a salire perché meno densa (bassa pressione)

2. mentre sale, l’aria calda di espande e si raffredda, sollevando le masse di aria fredda

circostanti

3. il vapore acqueo si condensa e forma e le nubi

4. le nubi raggiungono il limite tra troposfera e stratosfera (più calda)

5. Quando l’aria che si solleva raggiunge il limite tra troposfera e stratosfera, fluisce verso

i poli

6. incontra aria più fredda che arriva dai poli e ridiscende verso la superficie terrestre

(fenomeno della subsidenza)

7. questo movimento circolatorio dell’aria insiste nella cella di Hadley

N.B.:

■ I tropici ricevono una maggiore radiazione solare che porta a una superficie

riscaldata maggiore che porta a sua volta a una maggiore formazione delle nubi

■ La circolazione superficiale dei venti avviene verso destra per l’emisfero boreale,

e verso sinistra nell’emisfero australe. Questa tendenza si chiama effetto

Coriolis

CORRENTE OCEANICA

Quando le acque più calde e meno dense raggiungono i poli, si raffreddano, aumentano di

densità e di salinità e si muovono nuovamente verso gli strati più profondi. Questo movimento

si chiama downwelling (di sprofondamento), opposto al fenomeno dell’upwelling (di risalita),

che avviene quando il vento si muove parallelamente alla linea di costa. L’upwelling ha

implicazioni importanti per gli organismi che vivono nelle acque superficiali, poiché permette la

risalita dei nutrienti dalle acque più profonde.

VARIAZIONE CLIMATICHE SU PICCOLA SCALA

Vicinanza al mare clima marittimo: meno variazioni

stagionali di temperatura e maggiore umidità

Presenza di rilievi montuosi: aumento delle

precipitazioni, ombra pluviometrica sottovento,

dinamiche locali di venti e precipitazioni

La circolazione dei venti influenza la temperatura sulla

superficie terrestre, seguendo un gradiente termico

verticale. Man mano che ci si allontana dalla superficie

terrestre e che, quindi, la radiazione infrarossa riflessa

viene assorbita in minor quantità dalle molecole d’aria, la temperatura è inferiore.

Anche la vicinanza al mare ha effetti sul clima a scala regionale (clima marittimo vs. clima

continentale).

● I mari rappresentano una fonte umidità per la formazione delle nubi e le precipitazioni. I

cambiamenti stagionali di temperatura hanno un’ampiezza minore sui mari che sui

continenti.

● I rilievi influenza l’andamento dei venti e le precipitazioni. La quantità di precipitazioni

aumenta con l’altitudine.

● La vegetazione gioca un ruolo fondamentale sul clima locale perché interagisce con la

radiazione solare e con il vento, e la quantità d’acqua che viene ceduta all’atmosfera. I

boschi di conifere (con fogliame di colore più scuro) assorbono meno radiazione solare.

Superfici «rugose» come quelle della savana, dove ci sono arbusti sparsi misti ad

alberi, riducono la velocità di circolazione del vento rispetto a una superficie liscia come

quella di una prateria

TEMPERATURA

● def di Temperatura: quantità di calore presente nell’aria (espressa in gradi centigradi)

● Escursione termica annua: grado di continentalità: differenza di temperatura tra il mese

più caldo e il mese più freddo

● Variazioni locali di temperatura: distribuzione terre emerse e oceani (assorbimento e

cessione dell’energia) alte e basse escursioni termiche annue

● Precipitazioni (mm day-1): quantità di pioggia in mm (1 litro d’acqua su una superficie di

1 m2)

○ Classificazione delle piogge:

■ Convettive (da radiazione solare e latitudine)

■ Orografiche (da andamento rilievi)

■ Cicloniche (da incontri di masse d’aria calda/tropici a masse di aria

fredda/alte latitudini)

● Regime pluviometrico: distribuzione stagionale delle piogge

CLASSIFICAZIONI ZONE CLIMATICHE

1. Equatoriale

2. Tropicale

3. Subtropicale

4. Transizione con piogge invernali

5. Temperato-calda

6. Temperato-umida

7. Temperato-arida

8. Temperato-fredda boreale

9. Artica

10. Rilievi

CLASSIFICAZIONI FITOCLIMATICHE :

Il presupposto su cui si basa la suddivisione del territorio in zone fitoclimatiche è l'analogia fra

associazioni vegetali simili dislocate in aree geografiche differenti per altitudine e latitudine ma

simili nel regime termico e pluviometrico.

BIOSFERA (slide 41)

Insieme delle zone della terra che ospitano la vita, compresa tra litosfera (crosta superficiale

e mantello) e troposfera (strato più basso dell’atmosfera)

CLASSIFICAZIONE BIOMI TERRESTI

Caratteristiche principali:

● Comunità ecologiche articolate su ampia scala

● Variazioni temperatura e precipitazioni

● Forme biologiche di Raunkiaer (risposta morfologica alle caratteristiche ambientali)

● Distribuzione potenziale vs distribuzione reale (antropizzazione

piante: ● Phanerophyte: piante legnose perenni (alberi e

arbusti) con accrescimento dello stelo e dei

germogli fuori dal terreno (>50 cm). Includono le

Epiphyte se parte dei germogli si trova nel terreno

● Chamaephyte: piccoli arbusti e piante erbacee con

germogli prossimi alla superficie del terreno (0-50

cm)

● Hemicryptophyte: arbusti o piante erbacee annuali

prostrate al suolo

● Cryptophyte: rizomi o bulbi che crescono nel suolo

● Therophyte: sopravvivono sottoforma di semi (annuali)

classificazione biomi terrestri:

Foresta tropicale

❖ Savana

❖ Deserto

❖ Ghiaccio polare e ghiacciai

❖ Arbusteto / boscaglia temperato/a

❖ Praterie temperate

❖ Boschi temperati decidui

❖ Boschi di conifere

❖ Tundra artica e alpina)

❖

Foresta tropicale pluviale

Foresta tropicale stagionale e savana

Deserto

Praterie temperate

Arbusteti e boscaglie temperate

Foreste temperate decidue

·Foreste temperate sempreverdi

Foresta primaria: non ha avuto impatto antropico

o Bosco vetusto: struttura con classi di età molto avanzate, ma utilizzato

o dall’uomo

·

Foreste boreali (taiga)

Tundra

ZONE BIOLOGICHE DELLE ACQUE DOLCI

Zone biologiche delle acque dolci

fiumi: ● Ecosistemi lotici (ecosistemi acquatici che si sviluppano in ambienti di acqua

corrente): diversa velocità dell’acqua (rapide e pozze)

● Continuum fluviale (ordine gerarchico dei bacini idrici)

● Struttura dei fiumi

○ zone riparie

○ alveo principale

○ zona bentonica: fondo del corso

d’acqua

○ zona iporreica: substrato sottostante,

dove l’acqua è ancora in movimento

anche dal terreno sottostante

○ interstiziale

mari: I mari coprono più del 70% della superficie terrestre e contengono una ricca diversità

biologica. La grande vastità di mari e oceani rende l’organizzazione delle comunità

molto meno strutturata rispetto ai biomi terrestri. La distribuzione degli organismi nei

mari e negli oceani dipende dalla d