Download - Ecologia ed educazione ambientale
Ecologia ed educazione ambientale
Lezione 4Ecosistemi e loro funzionamento: collegamenti in natura
Luca Fiorani
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
L'ecologia e la vita Come abbiamo già visto, la parola
ecologia deriva dal greco οίκος (oikos) e λόγος (logos) e significa quindi studio dell’ambiente. Il termine risale al 1866, quando Ernst Haeckel lo definì come l’indagine delle relazioni di un animale con il suo contesto che, secondo Darwin, sono le condizioni della lotta per l’esistenza.
2
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
L'ecologia e la vita
3
Organismo Specie (stimate
5-100 milioni, note 1.8 milioni)
Popolazione(diversità genetica)
Comunità (habitat) Ecosistema Biosfera o ecosfera
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
L'ecologia e la vita Farfalle monarca ed euforbia Diversità genetica nella chiocciola dei
Caraibi
4
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
L'ecologia e la vita Che cos'è la vita?
gli organismi viventi sono formati da cellule che hanno strutture interne e funzioni altamente organizzate (dai batteri in su)
gli organismi viventi hanno molecole di DNA tipico in ciascuna cellula
gli organismi viventi catturano e trasformano la materia e l'energia dall'ambiente per soddisfare le loro necessità per la sopravvivenza, la crescita e la riproduzione (metabolismo)
5
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
L'ecologia e la vita gli organismi viventi mantengono condizioni
interne favorevoli nonostante i cambiamenti nell'ambiente esterno, se questo non è stressato
gli organismi viventi si perpetuano attraverso la riproduzione, cioè la produzione di figli da parte di uno o più genitori (riproduzione asessuata e sessuale)
gli organismi viventi si adattano ai cambiamenti delle condizioni ambientali attraverso il processo di evoluzione
6
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
I sistemi che sostengono la vita sulla Terra Atmosfera (troposfera, stratosfera) Idrosfera (criosfera) Litosfera Biosfera o ecosfera Noosfera
(Pierre Teilhard de Chardin,paleontologo e teologo)
7
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
I sistemi che sostengono la vita sulla Terra La vita sulla Terra dipende da tre fattori:
flusso di energia di alta qualità dal Sole (torna nello spazio come energia di bassa qualità)
ciclo della materia (apporto trascurabile dallo spazio)
gravità (trattiene l'atmosfera e garantisce i cicli)
8
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
I sistemi che sostengono la vita sulla Terra Il Sole:
fornisce l'energia per la fotosintesi alimenta il ciclo della materia guida i sistemi climatici
(distribuzione di calore e acqua dolce sulla superficie terrestre)
riscalda l'atmosfera (effetto serra naturale)
9
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Concetti e componenti dell'ecosistema Bioma: vasta regione caratterizzata da
condizioni climatiche e forme di vita, specialmente vegetali (foresta, prateria, deserto…)
Zone di vitaacquatica
10
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Concetti e componenti dell'ecosistema Bioma: contiene molti ecosistemi Ecosistema: comprende componenti
abiotici (acqua, aria, nutrienti ed energia solare) e biotici (microorganismi, piante, animali)
Biota: insieme dei componenti biotici
11
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Concetti e componenti dell'ecosistema Ecosistema d'acqua dolce
12
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Concetti e componenti dell'ecosistema Ecosistema in un campo
13
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Concetti e componenti dell'ecosistema Ambito di tolleranza ai componenti
abiotici
14
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Concetti e componenti dell'ecosistema Legge della tolleranza: l'esistenza,
l'abbondanza e la distribuzione di una specie in un ecosistema sono determinate dal livello di uno o più fattori fisici e chimici che cadono all'interno del suo ambito di tolleranza
In altre parole ci sono limiti minimi e massimi per le condizioni fisiche e chimiche (limiti di tolleranza) oltre i quali nessun organismo di una specie può sopravvivere
15
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Concetti e componenti dell'ecosistema Molti fattori influiscono su una
popolazione Il fattore limitante è quello più importante Principio del fattore limitante: qualsiasi
fattore abiotico in dosi troppo piccole o troppo grandi può limitare o impedire la crescita di una popolazione, anche se tutti gli altri fattori sono nell'ambito ottimale di tolleranza
Es.: terreno con acqua, azoto, potassio… a livelli ottimali ma privo di fosforo: il grano non cresce (anche il troppo stroppia!)
Ecosistemi marini: O2 disciolto, nutrienti, salinità
16
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Concetti e componenti dell'ecosistema Gli organismi sono produttori o
consumatori I produttori (autotrofi) ottengono il cibo
dai composti dell'ambiente con la fotosintesi:6 CO2 + 6 H2O + energia solare → C6H12O6 + 6 O2
o dalla chemiosintesi (senza energia solare)
I consumatori (eterotrofi) sono erbivori (consumatori primari), carnivori (secondari se si nutrono solo di primari, terziari se si nutrono solo di altri carnivori), onnivori, saprofagi, detritivori e decompositori (mangiano tutto ciò che è biodegradabile e chiudono il ciclo dei composti)
17
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Concetti e componenti dell'ecosistema
18
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Concetti e componenti dell'ecosistema Respirazione aerobica (respirazione):
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + energia Respirazione anaerobica (fermentazione):
C6H12O6 (o altri composti organici) → metano, alcol etilico, acido acetico, acido solfidrico + energia
Un organismo dipende dal flusso di materia e di energia
L'ecosistema dipende dalla ricircolazione di materia e dal flusso di energia
Importanza dei decompositori19
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Concetti e componenti dell'ecosistema
20
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Collegamenti: reti alimentari e flusso di energia nell'ecosistema
21
La sequenza di organismi, ciascuno dei quali è fonte di cibo per il successivo, è chiamata catena alimentare
La catenaalimentare determina il flusso di materia e di energia
Livello trofico
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Collegamenti: reti alimentari e flusso di energia nell'ecosistema
22
Gli ecosistemi reali sono piùcomplessi: i consumatori mangiano e sono mangiatida più di un organismo
Rete alimentare: insieme delle catene alimentari
Rimangono i livelli trofici
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Collegamenti: reti alimentari e flusso di energia nell'ecosistema
23
Ciascun livello trofico contiene biomassa (materia organica secca)
L'energia è trasferita da un livello all'altro (parte è dispersa come calore)
Efficienza ecologica: se è il 10% e le piante di un ecosistema catturano 10,000 kcal, 1000 saranno disponibili per gli erbivori e 100 per i carnivori
Piramide del flusso di energia Se consumassimo più vegetali, la Terra
potrebbe sostenere una popolazione maggiore
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Collegamenti: reti alimentari e flusso di energia nell'ecosistema
24
Ecosistema acquaticoSilver Spring
Unità: kcal m-2 y-1
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Collegamenti: reti alimentari e flusso di energia nell'ecosistema
25
Piramide di biomassa Piramide dei numeri
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Collegamenti: reti alimentari e flusso di energia nell'ecosistema
26
Produttività primaria lorda (PPL): velocità con cui i produttori usano la fotosintesi per far aumentare la loro biomassa
Produttività primaria netta (PPN): PPL meno la velocità con cui i produttori usano la respirazione per la vita (riducendo la loro biomassa)
La produttività primaria si misura in g m-2 y-1
La PPN della Terra ne determina la capacità portante per tutte le specie
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Collegamenti: reti alimentari e flusso di energia nell'ecosistema
27
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Collegamenti: reti alimentari e flusso di energia nell'ecosistema
28
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Collegamenti: reti alimentari e flusso di energia nell'ecosistema
29
Dovremmo coltivare estuari, paludi e foreste pluviali? Probabilmente non funzionerebbe: ad es., nelle foreste pluviali, il suolo è povero
Il terreno agricolo, nonostante i fertilizzanti, non è il più produttivo
L'umanità usa, spreca o distrugge circa il 40% della PPN degli ecosistemi terrestri: se la popolazione raddoppiasse, non resterebbe molto alle altre forme di vita
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Il ciclo della materia nell'ecosistema
30
Un nutriente è qualsiasi atomo, ione o molecola necessario a un organismo per vivere, crescere o riprodursi
Alcuni elementi (C, O, H, N, P, S, Ca) sono necessari in grandi quantità, altri (Na, Zn, Cu, I) in misura minore
I nutrienti sono riciclati nei cicli dei nutrienti o cicli biogeochimici (connessione passato-futuro)
I cicli biogeochimici sono alimentati dall'energia solare e guidati dalla gravità
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Il ciclo della materia nell'ecosistema
31
Ciclo dell'acqua
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Il ciclo della materia nell'ecosistema
32
Umidità assoluta e relativa Nuclei di condensazione (ceneri
vulcaniche, sali marini, particolato industriale…)
Punto di rugiada Modellazione del paesaggio Impatti:
prelievo (esaurimento della falda, salinizzazione…)
disboscamento (erosione, inondazioni, impoverimento della falda…)
inquinamento (eutrofizzazione)
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Il ciclo della materia nell'ecosistema
33
Ciclo del carbonio Mediante CO2 regola il clima Impatti: combustibili fossili e
deforestazione
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Il ciclo della materia nell'ecosistema
34
Ciclo dell'azoto
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Il ciclo della materia nell'ecosistema
35
Impatti: emissione di NO (bruciando i combustibili)
che si trasforma in NO2 e in HNO3 (piogge acide: alterazione dei sistemi acquatici, proliferazione delle erbacce, degradazione dei monumenti…)
emissione di NO2 (batteri che agiscono sui rifiuti) gas serra e killer dell'ozono
rimozione dalla crosta terrestre (miniere) rimozione dal suolo (bruciando,
disboscando, irrigando) immissione nelle acque (eutrofizzazione)
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Il ciclo della materia nell'ecosistema
36
Ciclo del fosforo
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Il ciclo della materia nell'ecosistema
37
I batteri sono meno importanti Poco fosforo circola in atmosfera (polvere) Il ciclo è lento Il fosforo è presente sotto forma di sali
fosfatici nelle rocce e nei sedimenti Il fosforo è spesso un fattore limitante Impatti:
estrazione mineraria deforestazione e dilavamento immissione nelle acque (eutrofizzazione)
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Il ciclo della materia nell'ecosistema
38
Ciclo dello zolfo Lo zolfo è presente sotto
forma di solfati nelle rocce e nei sedimenti
Circa un terzo dello zolfoatmosferico è antropico
Impatti: immissione (piogge acide)
bruciando i combustibili fossili raffinando il petrolio producendo i metalli
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
Come fanno gli ecologi a conoscere gli ecosistemi?
39
Ricerca sul campo: "biologia degli stivali fangosi", anche con telerilevamento e GIS
Ricerca in laboratorio: osservando un ecosistema modello si scompone la complessità (esperimenti controllati) e si analizza la causalità
Analisi dei sistemi: sviluppo di modelli al computer che simulano i sistemi, riproducendone la complessità
L'analisi dei sistemi necessita della ricerca in laboratorio e deve essere validata sul campo
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
I servizi dell'ecosistema e la sostenibilità
40
Gli ecosistemi forniscono servizi all'uomo (capitale naturale): diversità genetica, specifica ed ecologica (la
biodiversità è la polizza naturale contro i disastri)
aria, acqua, cibo, energia, materie prime, sostanze chimiche… (centinaia di miliardi di $)
riciclaggio, purificazione, controllo degli infestanti
Gli ecosistemi raggiungono la sostenibilità: usando l'energia solare (rinnovabile) riciclando i nutrienti
Luca Fiorani – Ecologiaed educazione ambientale
41
Fine della lezione…