Ecologia - cicli biogeochimici

I cicli biogeochimici

Gli elementi che costituiscono la materia vivente sono all’incirca 26 ed hanno un numero atomico inferiore a 53.

Abbondanza relativa degli elementi nell'universo

Abbondanza relativa degli elementi nell’universo in funzione del numero atomico (silicio uguale a 10.000).

I cicli biogeochimici

Tutte le forme di vita richiedono gli specifici elementi chimici costituenti che devono essere continuamente forniti nella quantità e nella velocità giusta. N, P, S – è fondamentale l’attività degli organismi per il rifornimento ed il riciclo.

Processi di assimilazione e dissimilazione

I processi di incorporazione degli elementi nella biomassa sono definiti di assimilazione, quelli che restituiscono gli elementi nell’ambiente fisico vengono definiti dissimilativi.

Compartimenti abiotici e biotici

• Aria
• Acqua
• Suolo
• Sedimenti

• Biomassa vegetale
• Biomassa animale
• Biomassa microbica
• Necromassa

Gli elementi si spostano da un compartimento all’altro per effetto di processi fisici e chimici (ciclo esterno). Lo spostamento degli elementi attraverso i compartimenti biotici avviene grazie ai processi di produzione, erbivoria, predazione e degradazione biologica del detrito (ciclo interno).

Flusso e tempo di residenza

Flusso: quantità di un dato elemento che si sposta da un comparto all’altro nell’unità di tempo. Tempo di residenza: tempo di permanenza di un dato elemento in un comparto.

• Pool di riserva: generalmente non biologico e stabile
• Pool labile: circolante più attivamente e piccolo

Cicli gassosi e sedimentari

• Cicli gassosi – Pool di riserva: fase gassosa più importante di quella sedimentaria (N, C)
• Cicli sedimentari – Pool di riserva: fase sedimentaria fondamentale (P, S)

La vita sulla Terra dipende dal flusso unidirezionale di energia (linee tratteggiate) che proviene dal sole e attraversa l’ecosfera, dai cicli degli elementi critici (linee continue intorno ai cerchi) e dalla gravità, che trattiene i gas nell’atmosfera impedendo la loro fuga verso lo spazio e porta le sostanze chimiche dei cicli della materia verso il basso. Questa panoramica semplificata mostra solo alcuni dei tanti elementi in gioco.

Il ciclo dell’acqua

È fondamentale per la vita sulla Terra, considerando il ruolo essenziale dell’acqua all’interno degli organismi. Tuttavia, gli organismi non giocano un ruolo fondamentale nell’alterazione dell’acqua come fanno per gli altri elementi. Non si hanno trasformazioni chimiche dell’acqua dovute all’assorbimento e al rilascio.

Il ciclo del carbonio

Fotosintesi, Respirazione, CO₂ Chemiosintesi, Decomposizione.

Sostanza organica, Organismi viventi, Atmosfera del suolo, Rocce, Sedimenti, Oceani, Carbon fossile.

Produttori primari

CO₂ + H₂O → CH₂O + O₂

Passaggio del carbonio dall’atmosfera agli organismi. La principale forma di carbonio nel biota è di tipo organica.

Metanogenesi

In condizioni anaerobiche, alcuni batteri sono in grado di trasformare l’anidride carbonica e il carbonio organico in metano. La reazione globale parte dal metanolo:

4CH₃OH → 3CH₄ + CO₂ + 2H₂O

CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O

Il metano viene prodotto in grandi quantità dai batteri intestinali dei bovini e dai batteri anaerobi nelle risaie. Il metano è un gas ad effetto serra e contribuisce al riscaldamento dell’atmosfera.

Processi del ciclo del carbonio

Ceduto all’atmosfera: metanogenesi, ossidazione carbonio organico, riduzione ossidazioni, reazioni di ossido-riduzioni endoergonica, esoergoniche, esoergoniche accoppiate in ambiente ossico, in ambiente anossico.

CO₂ dissoluzione e precipitazione in corpi idrici, rocce e sedimenti.

CO₂ + H₂O ↔ H₂CO₃

H₂CO₃ ↔ H⁺ + HCO₃⁻ ↔ 2H⁺ + CO₃²⁻

Ca²⁺ + CO₃²⁻ ↔ CaCO₃

Modello del ciclo globale del carbonio

Modello semplificato del ciclo globale del carbonio. La parte a sinistra mostra il movimento del carbonio attraverso gli ecosistemi marini, e la parte destra mostra il suo spostamento attraverso gli ecosistemi terrestri. Le riserve di carbonio sono mostrate come rettangoli; i processi che cambiano una forma di carbonio nell’altra non sono inseriti in un riquadro.

I gas ad effetto serra

• H₂O
• CO₂
• O₃
• CFC
• CH₄
• N₂O

L’effetto serra

L’effetto serra: senza effetto serra la temperatura superficiale del pianeta sarebbe di -18°C, rispetto agli attuali 15°C.

• In che parte dell’atmosfera avviene: Troposfera
• Che processo avviene: Intrappola il calore vicino alla Terra
• Quali gas naturali sono coinvolti: H₂O, CO₂, CH₄
• Quali sono gli altri gas coinvolti: CO₂, CH₄, CFC, N₂O