Analisi di controllo ambientale

Domande aperte di analisi e controllo ambientale

Descrivere i principali tipi di ecosistemi e le loro caratteristiche

Esistono due tipi di ecosistemi: terrestri e acquatici. Gli ecosistemi terrestri, anche chiamati biomi, sono influenzati dal clima e si suddividono in 9 sottogruppi quali: zone polari e ghiacci in cui la vegetazione è assente; la tundra caratterizzata da forti venti e precipitazioni e da piante erbacee e muschi; le foreste conifere con inverni freddi e lunghi ed estati brevi e con la presenza di alberi sempreverdi; le foreste decidue delle zone temperate con inverni rigidi ed estati calde; le praterie caratterizzate da un clima secco e piante erbacee; la macchia mediterranea formata da arbusti spinosi; le savane che si trovano alle latitudini tropicali; i deserti caratterizzati da scarsa pioggia e temperature elevate; infine le foreste tropicali che si trovano tra i due tropici e sono formate da temperatura elevata tutto l’anno. Invece, gli ecosistemi acquatici, che costituiscono la maggior parte della terra, si suddividono in acqua salata e acqua dolce.

Quali sono i processi che garantiscono il funzionamento degli ecosistemi?

Il funzionamento di tutti gli ecosistemi è garantito da due processi che avvengono al loro interno:

• Il flusso dell’energia;
• Il riciclaggio chimico delle sostanze.

Negli ecosistemi l’energia entra sotto forma di radiazione elettromagnetica solare e passa da un organismo all’altro a seconda della struttura trofica dell’ecosistema stesso. La struttura trofica è l’insieme di relazioni alimentari, strutturate a loro volta su più livelli. La sequenza che prevede il passaggio di cibo attraverso i diversi livelli trofici si chiama catena alimentare. Nella struttura trofica si riconoscono livelli trofici diversi.

Il primo è occupato dai produttori primari, cioè gli organismi autotrofi in grado di produrre il cibo per sé e per gli altri. Sulla terraferma i produttori primari sono in genere rappresentati dalle piante, mentre negli ecosistemi acquatici dalle alghe. Dai produttori l’energia è trasferita agli erbivori, animali che si nutrono di piante o alghe, e detti perciò consumatori primari. Il livello successivo è costituito dagli animali che si nutrono di altri animali, cioè dai consumatori secondari.

In tutti gli ecosistemi è presente, infine, il livello dei detritivori, formato da organismi che traggono energia da materiali morti prodotti da tutti gli altri livelli. I detritivori comprendono i saprofagi, animali come avvoltoi e lombrichi, che si nutrono di animali morti, e i decompositori, principalmente funghi e batteri, che trasformano le sostanze organiche in composti inorganici come sali minerali, anidride carbonica e acqua.

Quasi tutti gli animali sono sia preda che predatore di molte specie diverse. Di conseguenza le catene alimentari sono spesso collegate tra loro a formare una rete alimentare. L’altro fattore che garantisce il funzionamento degli ecosistemi è il riciclaggio della materia negli ecosistemi. Gli elementi chimici, come il carbonio, l’azoto e il fosforo, subiscono all’interno della biosfera dei trasferimenti ciclici che coinvolgono sia la componente abiotica, l’aria, l’acqua e il suolo, sia quella biotica degli ecosistemi.

Cos'è la biosfera?

La biosfera rappresenta la porzione del nostro pianeta in cui si hanno le caratteristiche indispensabili alla vita animale e vegetale.

Nella biosfera si possono distinguere tre zone corrispondenti ai diversi stati di aggregazione della materia, aeriforme, liquido o solido:

• L'atmosfera che rappresenta l'insieme dei gas che costituiscono l'aria, stato di aggregazione della materia aeriforme;
• L'idrosfera, che rappresenta l'insieme delle acque, stato di aggregazione della materia liquido;
• La litosfera che rappresenta l'insieme delle sostanze solide che formano le rocce e i suoli delle terre emerse, stato di aggregazione della materia solido.

La biosfera rappresenta lo strato dello spessore di circa 20 km che circonda la superficie terrestre. La biosfera può essere suddivisa in unità funzionali detti ecosistemi. Un ecosistema è l’insieme di tutte le forme di vita, chiamate anche fattori biotici, e di tutti i fattori non viventi, o fattori abiotici, di una determinata zona. Sono proprio i fattori abiotici e biotici a determinare le caratteristiche di un ecosistema.

I fattori abiotici possono essere:

• Di tipo chimico, l’acqua, l’ossigeno e la composizione del suolo, …
• Di tipo fisico, l’energia solare, la temperatura, il tipo di substrato, …

I differenti organismi per sopravvivere devono adattarsi alle caratteristiche dell’ambiente in cui vivono, cioè ai fattori abiotici e biotici dell’ecosistema di cui fa parte. A tal proposito, i biologi definiscono adattamenti le strutture del corpo o le caratteristiche del comportamento che rendono gli organismi idonei all’ambiente in cui vivono.

Descrivere i principali indicatori ambientali

Gli indicatori ambientali sono degli strumenti che consentono di descrivere lo stato di inquinamento di una porzione più o meno grande dell’ambiente. In particolare, gli indicatori ambientali permettono di:

• Standardizzare l’informazione;
• Permettere il confronto tra territori diversi;
• Consentire l’analisi degli andamenti nel corso del tempo;
• Semplificare la comunicazione agli utenti.

Possono essere di tipo: descrittivo, di prestazione, di efficienza o del benessere totale.

Descrivere lo scopo del modello DPSIR

Il modello DPSIR si ottiene infatti identificando nella componente “pressione” la quantificazione dei fenomeni che le generano, Determinanti, e inserendo gli Impatti. Secondo tale modello, infatti, gli sviluppi di natura economica e sociale, Determinanti, esercitano Pressioni, che producono alterazioni sulla qualità e quantità, Stato, dell’ambiente e delle risorse naturali. L’alterazione delle condizioni ambientali determina degli Impatti sulla salute umana, sugli ecosistemi e sull’economia, che richiedono Risposte da parte della società.

Secondo lo schema DPSIR esiste la relazione di tipo causa-effetto come per il modello PSR ma la categoria risposta si considera retroattiva. Infatti, “le risposte che la società predispone possono agire indipendentemente sui fattori che generano l’impatto, sulle pressioni, sullo stato dell’ambiente e sugli impatti”.

Cosa si intende per matrici ambientali?

Le matrici ambientali possono essere definite come categorie di elementi fisicamente individuabili nell’ambiente cui viene riconosciuta un’omogeneità al fine degli impatti ambientali attesi. Le matrici ambientali sono: acqua, aria, biodiversità, suolo.

Le matrici ambientali sono a tutti gli effetti assimilabili a dei sistemi aperti.

Come si definisce l'atmosfera idrostatica?

L’atmosfera si definisce idrostatica quando non si hanno variazioni orizzontali delle grandezze termodinamiche, ma solo variazioni verticali secondo la legge dell’idrostatica. Quindi si assume un’atmosfera orizzontalmente omogenea e l’esistenza dell’equilibrio idrostatico, equilibrio tra la forza peso e la forza di pressione, lungo la direzione z perpendicolare alla superficie terrestre: dP = −ρgdz.

Descrivere la stratificazione dell'atmosfera

L’atmosfera si estende fino a circa 600 km dalla superficie terrestre e può essere suddivisa in diversi strati che in ordine di altezza crescente sono: troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera, esosfera.

La troposfera si estende a 10 km ed è la fascia più vicina alla superficie terrestre, ossia la fascia dove la vita stessa è possibile e in cui si sviluppano tutti i fenomeni meteorologici; la stratosfera si estende fino a circa 50 km dalla superficie del suolo. Nei primi 20 km della stratosfera la temperatura rimane pressoché costante, strato di transizione, poi, a differenza di quanto avviene nello strato sottostante, aumenta all’aumentare della quota. L’aumento di temperatura è dovuto alla presenza di uno strato di ozono, l’ozonosfera, che assorbe la maggior parte delle radiazioni solari ultraviolette, circa il 99%.

La mesosfera va dai 50 agli 80 km di quota, l'atmosfera non subisce più l'influsso della superficie terrestre ed è costante a tutte le latitudini. Non ci sono più né venti o correnti ascensionali, né nubi o perturbazioni. Nella mesosfera aumentano le percentuali di gas leggeri come elio e idrogeno; la termosfera arriva fino alla quota di circa 200 km. Qui si ha nuovamente una inversione di temperatura che aumenta all’aumentare della quota per effetto del riscaldamento dovuto all’assorbimento della radiazione ultravioletta da parte dell’ossigeno atomico che si ionizza. La parte superiore della termosfera è per questo denominata ionosfera; infine, l’esosfera è la parte più esterna dell'atmosfera terrestre. L'esosfera non ha un vero limite superiore. I suoi costituenti sono perlopiù idrogeno ed elio.

Descrivere le forze apparenti

Nel caso di un sistema di riferimento non inerziale si considerano le forze apparenti che sono: centrifuga e di Coriolis. La forza centrifuga è una forza che appare agire su di un corpo che si muove di moto curvilineo, quando tale moto viene analizzato in un sistema di riferimento ad esso solidale e, quindi, in un sistema di riferimento non inerziale. La forza centrifuga, Fcf, può dunque essere espressa come: Fcf = −mω²r̅.

La seconda legge di Newton del moto può essere applicata nel caso di coordinate in rotazione per descrivere un corpo in quiete rispetto al sistema di riferimento rotante a patto che una forza apparente, la forza centrifuga, venga inclusa tra tutte quelle che agiscono sul corpo.

Se il corpo è in moto rispetto al sistema in rotazione, è necessaria un’ulteriore forza apparente, la forza di Coriolis, perché la seconda legge di Newton rimanga valida. La forza di Coriolis ha la forma seguente: ∧FC = −2mΩ V.

Cos'è e come agisce la forza di Coriolis?

La seconda legge di Newton del moto può essere applicata nel caso di coordinate in rotazione per descrivere un corpo in quiete rispetto al sistema di riferimento rotante a patto che una forza apparente, la forza centrifuga, venga inclusa tra tutte quelle che agiscono sul corpo.

Se il corpo è in moto rispetto al sistema in rotazione, è necessaria un’ulteriore forza apparente, la forza di Coriolis, perché la seconda legge di Newton rimanga valida. La forza di Coriolis, dunque, è una delle forze apparenti a cui risulta soggetto un corpo quando si osserva il suo moto da un sistema di riferimento non inerziale e il sistema di riferimento è in moto circolare rispetto a un sistema di riferimento inerziale.

Dal punto di vista del sistema di coordinate rotanti appare presente una forza apparente che deflette un corpo in moto inerziale dal suo cammino rettilineo. Inoltre, il cammino è curvato in direzione opposta al senso di rotazione del sistema di riferimento. La deflessione osservata è dovuta alla forza di Coriolis. L'entità della forza di Coriolis dipende quindi:

• Dalla massa del corpo;
• Dalla velocità di rotazione del sistema di riferimento non inerziale;
• Dalla velocità del corpo misurata in quest'ultimo sistema;
• Dall'angolo α formato dall'asse di rotazione del sistema di riferimento con la direzione della velocità del corpo.

Descrivere il fenomeno dell'inversione termica

Si parla di inversione termica quando la temperatura dell’aria aumenta con la quota. Le condizioni di inversione termica rappresentano un caso estremo di stabilità atmosferica, in quanto inibiscono fortemente i movimenti verticali dell’aria. L’inversione termica può essere al suolo o in quota.

Le cause che provocano l’inversione termica sono essenzialmente due:

• Inversione per radiazione: dovuta al raffreddamento della superficie terrestre durante la notte;
• Inversione per subsidenza: dovuta alla compressione dei bassi strati.

Cosa si intende per stabilità atmosferica?

Una caratteristica molto importante per valutare lo stato dell’atmosfera è la stabilità atmosferica. In generale, l’atmosfera si dice stabile quando tende ad annullare i moti verticali che tendono a formarsi spontaneamente al suo interno. La stabilità dipende essenzialmente dal suo gradiente termico verticale della temperatura. Il gradiente termico verticale viene definito come la variazione della temperatura rispetto alla quota.

Cos'è il vento geostrofico?

Le masse d'aria hanno la tendenza a spostarsi da una zona di alta ad una di bassa pressione perché sono sottoposte all'azione di una forza che viene chiamata forza del gradiente di pressione o forza di gradiente. Questo spostamento genera il vento. Tuttavia, se le masse fossero sottoposte solo a questa forza, sarebbero costrette a muoversi perpendicolarmente alle isobare.

In realtà, esiste un'altra forza, forza di Coriolis, legata alla rotazione terrestre, in grado di deviare le masse d'aria verso est, emisfero boreale, o verso ovest, emisfero australe, e diretta perpendicolarmente allo spostamento. Quando le forze di Coriolis e di gradiente si equilibrano si ha il vento geostrofico che, essendo perpendicolare alla forza di Coriolis, si dispone parallelamente alle isobare. Più queste sono vicine, come nelle depressioni, più il vento è forte; al contrario, se le isobare sono distanziate, l'intensità del vento è debole. Nel moto geostrofico quindi le componenti orizzontali della forza di Coriolis e della forza da gradiente di pressione si bilanciano.

Classificazione dei venti

I venti si classificano in costanti, periodici e locali. I venti costanti sono quelli che soffiano tutto l'anno sempre nella stessa direzione e nello stesso senso. Tra questi vi sono gli alisei, i venti extratropicali e i venti occidentali. Si dicono venti periodici quelli che invertono periodicamente il loro senso. Il periodo può essere stagionale come nel caso dei monsoni o degli etesii o anche semplicemente diurno come nel caso delle brezze.

I venti locali, tipici delle zone temperate dove soffiano irregolarmente quando si vengono a creare zone cicloniche e anticicloniche, sono moltissimi e spesso legati alla nomenclatura locale, a seconda delle zone in cui si generano. Un'altra importante classificazione dei venti, relativa alle condizioni locali di ciascun luogo al quale ci si voglia riferire, singole città o regioni, o macroaree ancora più estese, è quella tra "venti regnanti" e "venti dominanti".

Si dice regnante un vento proveniente da una ben determinata direzione, quando è da questa direzione che spirano i venti con più frequenza, e non necessariamente con la maggiore intensità, nell'anno, in quella data zona, città o area geografica. Si dice dominante, invece, un vento che spira da un determinato quadrante quando è da quella direzione che provengono i venti che colpiscono quella data zona geografica con la maggiore intensità, in valore assoluto, nell'anno, e non necessariamente per il maggior numero di giorni.

Come avviene il processo che genera le perturbazioni?

La precipitazione è il processo che determina il trasferimento dell’acqua dall’atmosfera alla superficie terrestre. Esistono varie forme di precipitazione: pioggia, neve, grandine, rugiada, brina. In particolare, la pioggia è la forma di maggior rilevanza alle basse e medie latitudini. La pioggia è un insieme di gocce d’acqua che si formano per condensazione del vapore d’acqua dell’aria intorno a nuclei di condensazione.

Si può descrivere l’insieme delle gocce d’acqua tramite lo spettro dei raggi che rappresenta il numero di gocce di raggio r per unità di volume d’aria in funzione del raggio. Se il raggio delle gocce rimane limitato si ha una nube non precipitante. Per poter precipitare le gocce devono raggiungere una dimensione tale da vincere la resistenza del vento alla caduta.

Quando la goccia cade è soggetta alla forza peso e alla resistenza dell’aria. La resistenza dipende dalla velocità di caduta e dal raggio della particella. Quando si raggiunge la condizione di equilibrio tra la forza di gravità e la resistenza dell’aria le gocce d’acqua raggiungono la velocità terminale di caduta costante.

Cause e fattori dell'inquinamento atmosferico

Si definisce inquinamento atmosferico ogni “modificazione della normale composizione o stato fisico dell'aria atmosferica, dovuta alla presenza nella stessa di uno o più sostanze in quantità e con caratteristiche tali da: alterare le normali condizioni ambientali e di