Ecologia: Bilanci termici

BILANCI TERMICI

98% dell’energia solare incidente viene dissipata nei sistemi

 fisici della biosfera.

Le singole unità viventi non possono controllare il proprio

 ambiente ma devono adattarsi alle realtà fisiche dei diversi

habitat, le cui caratteristiche sono determinate dalla forza della

luce solare.

Gli organismi viventi devono equilibrare i loro bilanci termici:

 producono calore associato al loro lavoro, e ricevono calore dal

sole.

Lo scambio di calore tra un organismo e il suo ambiente può avvenire

Evaporazione

Passaggio di stato, determina perdita di calore

Calore di evaporazione dell’H O: 2400J/g H O

2 2

Quando l’acqua evapora, porta con se’ energia cinetica

Il tasso di evaporazione dipende da:

a) Temperatura della superficie

b) Differenza della pressione di vapore dell’acqua

Quando c’e’ molta umidità, l’evaporazione è inesistente!

c) Resistenza della superficie alle perdite d'acqua e.g. pelle, lingua piedi, gola

IRRAGGIAMENTO

Scambio di energia elettromagnetica tra oggetti non in contatto

Tutto ciò che non è allo zero assoluto emette radiazioni

L’emissione di radiazioni è proporzionale alla temperatura della superficie

Il sole è la sorgente

di radiazioni a

onde corte Radiazione da

oggetti sulla terra

= onde lunghe

Willmer et al. 2000

Conduzione : in contatto

Trasferimento diretto di calore tra due materiali

(solidi, o fluidi)

Controllo del flusso di calore per conduzione: conduttività termica

Migliori isolanti

Materiale Thermal conductivity

Aria ferma 0.024

Pelliccia di volpe 0.036

Lana di pecora 0.063

Piume di piccione (arruffate) 0.065

Piume di piccione (liscie) 0.16

Grasso 0.17

Acqua 0.59

Ghiaccio 2.20 Peggiori isolanti

Aluminum 240

CONVEZIONE

L’aria in movimento accelera la perdita di calore!

15°C, senza vento 15°C, vento (2 m/sec)

15

Termografie all’infrarosso di un passero domestico: è più difficile mantenere la

temperatura corporea in condizioni di vento, anche se l’aria è alla stessa

temperatura A B

La perdita di calore dalla superficie del corpo è proporzionale alla temperatura corporea .

L’animale può ridurre questa perdita isolando se stesso o limitando radiazione o

convezione (superficie corporea)

Regola di Allee: estremità larghe dannose alle latitudini nordiche

Meccanismi di scambio in controcorrente

Zampe di uccelli e mammiferi

Pinne

Palchi di Corna degli Ungulati

Code dei castori

Orecchie delle lepri artiche

Muscoli del nuoto dei tonni

Scambio in controcorrente

( perchè gli uccelli non perdono tutto il loro calore dalle zampe?)

Brrrrr Scambio in controcorrente: :

Scambio di calore tra due vasi che

1) scorrono in direzioni opposte

2) sono in stretto contatto

37 32 28 23 18 13 Regione

Regione Fredda

calda 10°

37° 34 29 24 19 14 10

Le arterie che vanno alle zampe portano sangue più caldo, le vene dalle

zampe portano sangue più freddo

arteria

vene

Per le diapositive seguenti, indicate:

quale meccanismo di scambio di calore sta operando?

 Si determina perdita o guadagno di calore per l’animale?

 Radiazione: “Basking”

Si orienta il corpo in modo

da intercettare la massima

radiazione solare

Massimizza il guadagno

di calore

Gli animali “hanno freddo”

Evaporazione:

panting, “gular flutter” , and spraying

Non spreca l’acqua del corpo!!

Utilizza l’acqua del corpo!!

Massimizza la perdita di calore Gli animali hanno caldo

Conduzione: arruffamento delle penne k

Modifica

isolamento

MINIMIZZA

LE PERDITE

DI CALORE

Gli uccelli sono caldi

L’aria è fredda

Conduzione: “Stilting” nei coleotteri deserticoli

Riduce l’area di contatto tra l’insetto e il terreno

MINIMIZZA IL GUADAGNO

DI CALORE PER CONDUZIONE

Il terreno è molto caldo

Ectotermo – la temperatura

corporea dipende principalmente

da fonti esterne di calore

Endotermo – la temperatura

corporea dipende principalmente

da fonti interne di calore

Pecilotermo – la temperatura

corporea dell’animale fluttua in

rapporto a quella ambientale

Omeotermo – la temperatura

corporea dell’animale rimane

costante entro certi limiti di

fluttuazioni ambientali

La vasta maggioranza delle specie

animali sono ectotermi!

Insetti endotermi

Forti volatori: Imenotteri e Lepdotteri Sfingidi

 Aumentano la temperatura dei muscoli del volo mediante brividi



e T del torace sono alte e costanti durante il volo

Inizio volo