Produttività primaria

ANALISI DIRETTE

A queste analisi possiamo abbinare anche analisi dire-e che ci perme-ono di osservare qual è il

fitoplancton presente e l’abbondanza.

Misura della produLvità primaria

Quando parliamo però di produ:vità primaria non parliamo di concentrazione, ma di tasso di

produzione. Cosa significa? La produ:vità primaria viene descri-a come il tasso di formazione di

materia organica, cioè di compos7 organici ad alta energia, a par7re da compos7 inorganici. Con

tasso di formazione indichiamo quanta materia organica viene formata per unità di area per unità di

tempo. Quindi, una 7pica misura di produ:vità primaria è g/ (m2 * ora) o g/ (m2 * giorno).

Mentre l’analisi della clorofilla ci perme-e di definire un’abbondanza, la produ:vità primaria è una

misura di un flusso (quan7tà * unità di area * unità di tempo).

Quando andiamo a descrivere la produ:vità primaria, in oceanografia si fa una principale

dis7nzione: si dis7ngue una produ:vità primaria lorda e una produ:vità primaria ne-a.

Quindi:

- PPL: tu-a la produzione di materia organica effe-uata nella zona fo7ca

- PPN: produ:vità totale meno la quan7tà che viene consumata durante la respirazione

Nel grafico vediamo che la curva nera descrive l’andamento della PPL (totale di ciò che viene

prodo-o), mentre la barra bianca ci definisce l’en7tà della respirazione. Quindi la PPN è la differenza

tra quella lorda e la respirazione (area in grigio). In oceanografia poi si fa un’altra importante

dis7nzione: produ:vità nuova e rigenerata. Quindi:

- ProduLvità nuova: u7lizza nutrien7 nuovi, ovvero tu: quei compos7 inorganici (nitra7, nitri7 e

fosfa7),che derivano o dall’esterno (trasporto eolico o fluviale) o dalla risalita di acque profonde.

- ProduLvità rigenerata: u7lizza nutrien7 organici che derivano dalla degradazione della materia

organica stessa all’interno della zona fo7ca.

Sono conce: stre-amente lega7. In un sistema dinamico arrivano nutrien7 dall’esterno (es. nitra7

porta7 dal vento). Ques7 vengono u7lizza7 per fare una produ:vità lorda o anche nuova. Una parte

di questa materia organica prodo-a viene riciclata (respirata) e questo fenomeno della degradazione

rime-e in circolo all’interno della zona fo7ca dei nutrien7, che però sono nutrien7 organici

(essenzialmente ammonia). Ques7 nutrien7 sostengono ancora della produ:vità da parte di altri

organismi che li possono u7lizzare. Questa è la produ:vità rigenerata.

Per convenzione: produ:vità nuova coincide con produ:vità ne-a. Perché in un sistema dinamico

tu-o ciò che viene rigenerato resta all’interno del sistema, mentre c’è una parte che esce dal

sistema, perché sedimenta e viene trasportata.

Quindi questa quan7tà deve essere rimpiazzata da nutrien7 nuovi che arrivano dall’esterno (fiumi

o vento o oceano profondo). MISURE DIRETTE

La produ:vità primaria può essere misurata in modo dire-o andando a fare degli esperimen7 di

incubazione. Si vanno a prendere campioni d’acqua dove si vuole studiare la produ:vità, anche a

diverse profondità per andare a vedere come cambia nella colonna d’acqua. Si fanno delle misure,

si aggiungono dei compos7 e poi si rime-e il campione d’acqua all’interno di bo:glie, che si

rime-ono alla profondità a cui il campione era stato preso usando delle catene di monitoraggio.

Cosa viene aggiunto e cosa viene misurato?

Ci sono essenzialmente due metodi per misurare la produ:vità: uno u7lizza la misura dell’ossigeno,

perché la quan7tà di ossigeno è stre-amente legata ai processi di produzione e degradazione.

Si misura l’ossigeno nel campione d’acqua prima e dopo l‘incubazione, ovvero dopo che il campione

è stato rimesso nella bo:glia, lasciato lì per un tot di tempo e poi recuperato. Quindi la quan7tà di

ossigeno iniziale e finale danno un’idea di cosa è successo nel campione d’acqua.

Perché in par7colare il campione d’acqua viene rimesso all’interno di due bo:glie: una trasparente

e una buia. In quella trasparente avvengono normalmente i processi sia di produ:vità primaria che

di respirazione, mentre nella bo:glia nera avviene solo la respirazione. Quindi con dei calcoli si può

risalire alla produ:vità.

Altri 7pi di analisi si possono fare usando dei traccian7, ad esempio il 14C. Nel caso di questo metodo

si prende il campione d’acqua, gli si aggiunge una quan7tà nota di 14C all’interno del bicarbonato e

poi si fa l’incubazione e infine si va a misurare quanto 14C è stato incorporato so-oforma di materia

organica.

L’altra modalità di incubazione è di farla a bordo delle navi: si prende il campione, lo si me-e nelle

bo:glie senza rime-erle nella colonna d’acqua, semplicemente usando dei filtri per schermare la

luce solare per simulare la profondità alla quale il campione è stato preso.

Sono analisi piu-osto lunghe che richiedono un’intera giornata di lavoro o incubazione. Dopodiché

è però possibile o-enere un valore di quanta materia organica è stata prodo-a, in termini proprio

di flusso, cioè g/m2 * ora. Ovviamente sono da7 pun7formi, cioè rela7vi a quel determinato punto

di campionamento, di quel determinato giorno, di quel determinato anno. Quindi sono misure

estremamente accurate ma pun7formi. Però sono misure fondamentali, perché sono misure dire-e

che servono a calibrare i da7 di concentrazione di clorofille che o-eniamo da satellite. Quindi ques7

da7 di produ:vità primaria possono essere integra7 per o-enere delle misure che possono valere

per tempi più lunghi.

Una singola misura di produ:vità primaria espressa in g di C * L * ora può essere integrata lungo la

colonna d’acqua u7lizzando i da7 di illuminazione presente, assumendo che se l’illuminazione

diminuisce, la produ:vità diminuisce. E ques7 da7 di un singolo giorno, perché l’incubazione dura

un giorno, possono essere integra7 tra più giorni usando i da7 di illuminazione superficiale (SPAR) e

quindi possono essere usa7 per o-enere da7 di produ:vità per giorno o mese o anno, ovviamente

facendo una serie di assunzioni. Quindi ques7 da7 di produ:vità primaria sono sta7 u7lizza7 per

creare un algoritmo che perme-e di trasformare i da7 di concentrazione di clorofilla da satellite in

da7 di produ:vità primaria.

Quindi si possono creare mappe con valori di produ:vità primaria calcola7 da da7 integra7 di

concentrazioni di clorofilla + da7 di T + illuminazione (PAR) + variazione nella profondità della zona

fo7ca. Quindi grazie all’integrazione di da7 dire: e indire: è stato possibile avere delle mappe

molto accurate di quella che non solo la variazione di concentrazione di clorofilla, ma anche la

variazione della produ:vità primaria negli oceani.

I produGori secondari: zooplancton

Metodi per campionare lo zooplancton

Lo zooplancton, avendo abbondanze molto più basse rispe-o al fitoplancton, non può essere

raccolto in campioni d’acqua con bo:glie, ma 7picamente viene raccolto tramite re7ni da plancton,

che vengono cala7 in mare, trascina7 per un certo tra-o e perme-ono di o-enere campioni di

zooplancton abbastanza grandi da poter essere studia7. Ma perme-ono di prendere campioni a una

sola profondità.

MulEnet possono arrivare anche a più profondità, sono stru-ure complesse su cui sono monta7 più

re7ni con una sorta di bracci che possono essere comanda7 dalla nave. Quindi è intui7vo capire che

non sono cala7 con un semplice cavo da traino, ma con un cavo ele-romeccanico, quindi

contengono tu-a una parte ele-ronica che perme-e di muovere ques7 bracci che si spostano e

perme-ono di chiudere una rete e aprirne un’altra. Quindi vengono calate in profondità, trascinate

per un tra-o, riportate più su, trascinate ancora. Quindi più profondità alla quale o-enere dei

campioni.

Un altro metodo interessante per campionare lo zooplancton si chiama Con7nus Plankton Recorder.

Ovvero registratore di plancton in con7nuo. È una stru-ura molto semplice meccanica a forma di

pesce, che viene calata in mare e ha un’apertura dove entra l’acqua e può essere fa-a passare

a-raverso il filtro. Lavora in modo autonomo, viene calato in mare e passivamente raccoglie l’acqua

che passa al suo interno e la filtra al di sopra di un filtro apposito. Viene montato sulle navi da carico,

che si spostano sugli oceani, perché perme-e di raccogliere grandi quan7tà di plancton senza

impiegare mano d’opera.

Come funziona: al suo interno c’è un filtro montato su dei rulli che ruotano a una velocità stabilità:

1 cm ogni miglio nau7co percorso. In questo modo ogni miglio nau7co l’acqua verrà filtrata su un

pezze:no differente di questo filtro e quindi una volta recuperato il filtro e i da7 della navigazione,

sarà possibile o-enere la presenza di plancton riferito a una determinata zona geografica.

Dalla produLvità primaria ai sedimenE

Fitoplancton e zooplancton, una volta che sono vissu7 con le loro dinamiche nelle acque superficiali

muoiono o possono essere mangia7 da organismi più grandi e poi espulsi so-oforma di pallo-ole

fecali. Tu-a la materia organica prodo-a dal fitoplancton o zooplancton, una volta morto o inglobato

nelle pallo-ole fecali, scende al di so-o della zona fo7ca. Si dice che questa materia organica viene

esportata.

Per convenzione in oceanografia questa materia organica trasportata prende il nome di export

produc7on, e corrisponde per convenzione alla produzione nuova di cui abbiamo parlato prima,

sempre perché materia organica nuova viene prodo-a con nutrien7 nuovi, una parte viene riciclata,

una parte se ne va e viene esportata.

Quindi questa materia organica nuova, che viene esportata, può essere misurata in termini di flussi,

a-raverso uno strumento chiamato trappola di sedimento. Sono degli imbu7 che viene messo in

mare e se ne sta lì aperto a raccogliere tu-o ciò che scende, quindi la export produc7on. Viene messa

una griglia sopra per evitare che i pesci entrino e mangino la materia organica e il materiale viene

convogliato so-o all’interno di bocce:ne.

Poiché queste trappole vengono lasciate in mare un anno lungo delle catene di monitoraggio, è stato

previsto un sistema a ghiera con numerosi bocce:ni che possono raccogliere il materiale che scende

e un motore che regola la rotazione di questa ghiera in modo da me-ere via via un bara-olino

diverso al di so-o dell’imbuto. Poiché esistono 24 bocce:ni, la trappola resta un anno in ma