Appunti di Ecologia

CICLI BIOGEOCHIMICI

Per cicli biogeochimici, chiamati anche cicli della materia, ci si

riferisce alla circolazione degli elementi (nutrienti, sostanza

inorganica) dagli organismi viventi, per esempio dalle piante agli

animali, (comparto bio), all’ambiente, per esempio nel suolo,

(comparto geo), e viceversa. Il ciclo può quindi ricominciare

grazie a trasformazioni chimiche che convertono la sostanza

organica in inorganica (e viceversa), ovvero tramite processi di

decomposizione, e di fotosintesi.

Si può parlare inoltre di ciclo perché la materia viene persa e non

trasformata; nel flusso di energia invece la materia viene persa e

trasformata.

In particolare i composti inorganici diventano organici tramite il

processo della fotosintesi.

 NUTRIENTI

Per le piante e per gli animali sono importanti i macronutrienti e i micronutrienti:

 macronutrienti ---> nutrienti essenziali di cui piante e animali necessitano in grandi quantità: C, N,

P, K, Ca, Mg, S.

Questi nutrienti sono fondamentali per la produzione della sostanza organica. Inoltre i

macronutrienti possono influire sulla qualità del suolo e sulla composizione delle lettiera, quindi

anche sulla velocità di decomposizione (trasformazione della sostanza organica e inorganica);

 micronutrienti ---> nutrienti essenziali di cui piante e animali necessitano in piccole quantità: Fe,

Mn, Bo, Mo, Cu, Zn, Co.

Questi nutrienti se presenti in grande dosi possono diventare nocivi, tossici.

Nei cicli biogeochimici quindi questi elementi vengono organicati nella sostanza vegetali e poi nei tessuti

animali, quindi lungo la catena trofica. Successivamente la sostanza organica morta viene decomposta in

nutrienti, che verranno quindi riassorbiti e assimilati dalle piante per formare sostanza organica

(produttività primaria netta), e quindi ripetere il ciclo.

Come possono variare i valori in

diversi tipi di foreste 113

Accumulo annuale di nutrienti. La

lettiera ha un ruolo molto importante. Ciclo dei nutrienti. Possono essere assunti

dalle piante per uptake radicale o uptake

fogliare.

All’interno delle pianta vi è un riciclo dei

nutrienti, infine questi nutrienti possono

essere rilasciati, come sostanza organica

morta, sotto forma di caduta di foglie

(lettiera) o per dilavamento.

Per ogni ciclo sono individuabili:

 pool di scambio (source) ---> porzione di ambiente (atmosfera, idrosfera, litosfera, biosfera) dove

avvengono i principali scambi tra gli elementi;

 pool di riserva (sink) ---> porzioni di ambiente in cui gli elementi vengono depositati, stoccati.

1. CICLO DELL’ACQUA

Il ciclo dell’acqua è l’unico che può avvenire anche in assenza di organismi viventi. In altre parole la

presenza di organismi viventi non è necessaria per l’attivazione e il processo del ciclo; tuttavia la loro

presenza può influire in modo significativo sul ciclo, per esempio:

- la vegetazione può modificare in modo rilevante i flussi,

- l’uomo contribuisce in modo significativo sulla qualità dell’acqua, generalmente sul suo degrado.

L’evaporazione che si osserva a livello oceanico è molto più

alta rispetto a quella che si osserva nei bacini chiusi interni

(laghi) o tramite traspirazione. 3

Gran parte dell’acqua che evapora nell’oceano (430 * 10

3

km /anno) fa ritorno successivamente sull’oceano stesso

tramite precipitazioni, una piccola parte invece viene

trasportata dalle correnti e precipita sul suolo.

L’acqua che cade sul suolo in parte può percolare, e quindi

costituire l’acqua sotterranea, può provocare dilavamento

delle superfici e gran parte può rifinire nel mare portando

con se varie sostanze.

L’acqua che cade sotto forma di precipitazioni può avere una qualità differente rispetto a quella che

evapora: il vapore acqueo attraversa l’atmosfera che può essere inquinata, e quindi l’acqua può portare

sulla terraferma (suolo o ambiente marino) tali inquinanti, ma anche virus e altri piccoli organismi che

possono colonizzare diversi ambienti.

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Inoltre, l’aumento della temperatura porta ad un aumento del tasso di evaporazione; il vapore acqueo è un

gas serra (seppur di origine naturale).

 CICLO GLOBALE DELL’ACQUA

L’energia solare riscalda la superficie della terra causando l’evaporazione dell’acqua e il suo trasferimento

in atmosfera sotto forma di vapore acqueo. Il vapore, a contatto con la bassa temperatura atmosferica,

condensa in nuvole. Il movimento delle masse d’aria trasporta le nuvole anche a grandi distanze dove

l’umidità si trasforma in pioggia.

L’energia solare riscalda la superficie terrestre e idrica ---> evaporazione dell’acqua in atmosfera ---> vapore

acqueo condensa in nuvole, trasportate tramite masse d’aria (si può spostare lungo lunghe distanze) --->

vapore acqueo si trasforma in neve, acqua, a seconda delle condizioni ambientali.

Si può spostare tramite aria, percolazione, per lunghe distanze. Le nuvole trasportano anche altri materiali:

cenere, virus, organismi piccoli che possono colonizzare diversi ambienti.

 RIPARTIZIONE DELL’ACQUA NEL PIANETA

La maggior parte dell’acqua (97%) presente sulla terra è una condizione: non può essere utilizzata

direttamente dagli organismi come risorsa perché è salata.

Il 2.5% è costituito da acqua dolce ghiacciata, ma solo lo 0.5% è effettivamente disponibile come risorsa, e

quindi utilizzabile dagli organismi.

La gran parte dell’acqua dolce è compartimentata negli acquiferi: il complesso roccioso nel quale sono

presenti e circolano con continuità acque sotterranee. L’acqua dolce viene anche compartimentata nelle

nuvole; nei laghi; in piccola parte in bacini artificiali e nei fiumi.

 TIPI DI INQUINAMENTO DELL’ACQUA

Inquinamento significa modificazione negativa della qualità e della quantità dell’acqua.

 rispetto alla loro differenziazione nel ciclo naturale:

- inquinamento della acqua superficiali (laghi, fiumi), che possono trovarsi in prossimità di ambienti

dilavati;

- inquinamento delle acque meteoriche (l’acqua che cade sotto forma di pioggia, neve, …);

- inquinamenti delle acque sotterranee (a causa di quello che l’acqua ha raccolto attraversando

l’atmosfera e il suolo);

 rispetto alla loro provenienza d’uso:

- inquinamento di natura agronomica (acqua, utilizzata per irrigare i campi, contaminata con

fertilizzanti o scarti dell’allevamento, la quale poi viene immessa nei fiumi ecc…);

- inquinamento acqua di scarico nelle abitazioni civili (anche prodotti medicinali);

- inquinamento acqua di scarico delle industrie; 115

 rispetto alla tipologia di contaminante:

- inquinamento chimico (dal campo agronomico e industriale);

- inquinamento fisico (inquinamento termico, cioè acqua utilizzata per raffreddare gli impianti, che

quindi può essere rimessa nell’ambiente ad una temperatura più elevata; plastiche; scarti

radioattivi);

- inquinamento biologico (introduzione di specie esotiche, non indigene, che possono trovare degli

ambienti favorevoli e quindi entrare in competizione con specie autoctone);

- inquinamento microbiologico (scarico di industrie alimentari e abitazioni civili);

2. CICLO DEL CARBONIO (o ciclo dell’anidride carbonica)

Se viene considerata l’anidride carbonica, al ciclo del carbonio è associato anche il ciclo dell’ossigeno.

Il ciclo del carbonio avviene attraverso vari processi: chimici, fisici, geologici e biologici.

Il carbonio si trova come pool di riserva nella vegetazione (biosfera terrestre), in parte nell’atmosfera, nei

sedimenti (giacimenti fossili), e per la maggior parte negli oceani.

Il tempo di residenza nei vari ambienti è molto variabile.

Inoltre in atmosfera il carbonio è presente fondamentalmente come CO in parti molto contenute:

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approssimativamente 0.04% (in crescita).

Altri gas che contengono carbonio sono il metano e i clorofluorocarburi. Tutti questi sono gas serra: la loro

concentrazione in atmosfera tende a crescere e contribuisce all’aumento della temperatura globale.

Gli oceani contengono il maggior pool di scambio di carbonio a contatto con la superficie della terra, ma

quello contenuto nelle profondità oceaniche non può avere rapidi scambi con l’atmosfera.

Le frecce blu indicano il normale flusso di

scambio del carbonio, le frecce rosse

rappresentano il flusso di carbonio dovuto alle

attività umane, e quindi una modificazione del

ciclo naturale.

Le quantità di carbonio presenti in atmosfera e

nell’oceano sono praticamente in equilibrio, così

come gli scambi che avvengono attraverso la

respirazione e la produzione della produzione

primaria, tra vegetazione e atmosfera.

L’attività umana [frecce rosse] è legata al

cambiamento nell’utilizzo del suolo

(abbattimento delle foreste per costruire strade), e di conseguenza cambia lo scambio di anidride carbonica

tra il suolo (foreste) e atmosfera.

L’attività antropica relativa all’utilizzo dei combustili fossili nei processi industriali non viene invece

bilanciata, e si ha un flusso netto delle sostanze verso l’atmosfera.

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Dati relativi all’anidride carbonica. Si ha sempre un equilibrio, tra

fotosintesi e respirazione, a livello della vegetazione e dell’oceano, e

uno squilibrio dovuto alle attività industriali, che immettono in

atmosfera anidride carbonica che non può essere riequilibrata.

Dati relativi ai pool di scambio e di riserva.

Le frecce nere indicano i flussi naturali, le frecce rosse

indicano i contributi di origine antropica.

Nelle “scatole” sono indicati invece i pool di riserva:

atmosfera, biomassa della vegetazione e oceano.

Sono un pool di riserva anche i combustibili fossili,

ma questo pool viene prodotto molto lentamente e

viene consumato molto velocemente da parte

dell’uomo; si ha dunque un effetto negativo (rilascio

di inquinanti nell’atmosfera) perchè non sono

bilanciate le due velocità.

L’oceano, grazie alla sua vastità e all’attività degli organismi marini (specialmente in superficie), ha un ruolo

importante nella rimozione dell’anidride carbonica nell’atmosfera. Questo ruolo viene principalmente

svolto dalle barriere coralline (carbonato di calcio).

Inoltre alcuni studiosi hanno proposto di “fertilizzare” l’oceano, quindi utilizzare dei nutrienti per renderlo

più fertile, per aumentare la quota di CO rimossa dall’atmosfera attraverso la fotosintesi algale. Questa

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non è una grande idea perch