Gli ecosistemi e la biosfera - L'ecosistema: l'unità fondamentale dell'ecologia, I fattori abiotici: una componente essenziale di tutti gli eco

Gli ecosistemi e la biosfera

2.1 L'ecosistema: l'unità fondamentale dell'ecologia

A. A. L'ecosistema

è l'unità fondamentale dell'ecologia

si può definire come l'insieme di una comunità di organismi in grado di autosostenersi e dell'ambiente fisico con il quale essi interagiscono

B. B. In un ecosistema

i fattori biotici sono le componenti viventi

tutti gli esseri viventi che vivono nel sistema

i fattori abiotici sono le componenti non viventi 

risorse disponibili, luce, composizione chimica del terreno, e così via

2.2 I fattori abiotici: una componente essenziale di tutti gli ecosistemi

A. A. I cicli biogeochimici

sono quelli nei quali l'acqua e i nutrienti passano costantemente dal mondo biotico a quello abiotico

i più importanti in ecologia sono:

ciclo del carbonio

ciclo dell'azoto

ciclo dell'acqua

B. B. Nel ciclo del carbonio, la fonte di carbonio è la CO₂ presente nell'atmosfera:

le piante assorbono CO₂ dall'atmosfera e la usano per sintetizzare carboidrati con la fotosintesi

le piante usano questi carboidrati per formare i loro tessuti, immobilizzando così una certa quantità di carbonio

gli animali, mangiando le piante immagazzinano il carbonio in esse contenuto

quando le piante e gli animali muoiono, i loro tessuti vengono decomposti ad opera di batteri e funghi che così liberano di nuovo CO₂ nell'atmosfera

parte del carbonio contenuto nei resti di organismi morti rimane immobilizzata nei combustibili fossili, la cui combustione libera ancora CO₂ nell'atmosfera

C. C. Nel ciclo dell'azoto, l'azoto proviene dall'atmosfera:

alcuni batteri (batteri azotofissatori) convertono l'azoto atmosferico in ammoniaca, che con l'acqua si trasforma in ione ammonio, che le piante possono assimilare

altri batteri producono ioni nitrato, anch'essi assimilabili dalle piante

gli animali mangiano le piante e assimilano l'azoto contenuto nei loro tessuti

quando piante e animali muoiono, vengono decomposti ad opera di batteri e funghi che così riconvertono l'azoto organico in ioni ammonio

altri batteri nitrificanti convertono lo ione ammonio in ione nitrato

parte degli ioni nitrato viene convertita dai batteri denitrificanti in azoto gassoso che torna nell'atmosfera

D. D. Nel ciclo dell'acqua:

l'acqua contenuta negli oceani evapora:

il 90% di quest'acqua evaporata ritorna agli oceani sotto forma di precipitazioni

il 10% di quest'acqua evaporata cade, sotto forma di precipitazioni, sulle terre emerse

l'acqua caduta sulle terre emerse subisce destini diversi:

in parte è immagazzinata nei ghiacciai e nei nevai

in parte torna nell'atmosfera per traspirazione e evaporazione

in parte, con un deflusso superficiale o sotterraneo, ritorna agli oceani

2.3 Il flusso dell'energia negli ecosistemi

A. A. Ricordiamo che

l'energia non può essere creata né distrutta ma solo trasformata

l'energia fluisce spontaneamente solo in una direzione, cioè da uno stato più ordinato a uno meno ordinato

il destino ultimo dell'energia è quello di essere convertita in calore

gli organismi viventi entrano nel ciclo dell'energia perché assorbono una parte dell'energia solare e la immobilizzano per un certo tempo sotto forma di legami chimici

B. B. In un ecosistema, il cibo e l'energia sono collegati nei livelli trofici:

il primo livello trofico è rappresentato dai produttori

sono gli organismi fotosintetici

il secondo livello trofico è rappresentato dai consumatori primari

sono i predatori delle piante (erbivori e onnivori)

il terzo livello trofico è rappresentato dai consumatori secondari

sono i predatori degli erbivori (carnivori e onnivori)

il quarto livello trofico è rappresentato dai consumatori terziari

organismi che predano i consumatori secondari (altri carnivori e onnivori)

C. C. Nelle relazioni alimentari:

una catena alimentare è un percorso trofico lineare

una rete alimentare è formata dalle interconnessioni di molte catene alimentari

D. D. I detritivori

sono una classe speciale di consumatori

sono organismi che si nutrono di detriti organici

comprendono i decompositori che riciclano le componenti inorganiche nell'ambiente

E.  E. Secondo il modello del flusso di energia

solo il 2% dell'energia solare che raggiunge le piante è catturata da esse e utilizzata per la fotosintesi

tale frazione di energia è detta produttività primaria lorda

solo il 30-85% della produttività primaria lorda viene usata dalle piante per costruire i propri tessuti e per riprodursi

questa percentuale è detta produttività primaria netta

il restante 15-70% viene disperso come calore oppure viene utilizzato per svolgere i normali processi cellulari

ben poca dell'energia immagazzinata nei tessuti vegetali è assimilata dai consumatori primari

a ogni passaggio di livello trofico, la quantità di energia disponibile si riduce di circa il 90%

questo è il motivo per cui esiste un limite per le dimensioni dei predatori al vertice delle reti alimentari

la produttività primaria è una variabile regionale

2.4 L'atmosfera terrestre e il clima

A. A. La Terra è circondata da un involucro di gas, l'atmosfera, che si può suddividere in vari strati:

la troposfera

è lo strato inferiore dell'atmosfera

contiene gran parte dei gas atmosferici (azoto, ossigeno, anidride carbonica e tracce di altri gas)

comincia a livello del mare e si estende fino a quota circa 12 km

la stratosfera

contiene lo strato di ozono che può essere distrutto dai clorofluorocarburi

B. B. L'aumento della concentrazione di CO₂ nell'atmosfera è responsabile del rialzo termico del pianeta:

la CO₂ intrappola intorno alla Terra il calore che deriva dalle radiazioni solari (effetto serra)

se la quantità di CO₂ aumenta, una maggior quantità di calore resta intrappolata attorno alla Terra e quindi la sua temperatura aumenta

C. C. I diversi climi sono dovuti alle differenze di temperatura presenti nelle varie zone del globo terrestre, dovute all'inclinazione dell'asse terrestre rispetto al piano dell'orbita terrestre di 23, 5°.

D. D. Le differenze di temperatura nel globo terrestre

sono il fattore più importante nel determinare la circolazione globale dell'aria nell'atmosfera

determinano la formazione di masse d'aria ascendenti e discendenti (celle di conone):

vicino all'equatore la Terra riceve una maggior quantità di calore per cui l'aria vicino al suolo si riscalda di più, si dilata e tende a salire

l'aria calda trattiene una maggior quantità di vapore acqueo per cui quando, salendo, si raffredda scarica gran parte dell'umidità sotto forma di pioggia sui tropici

le masse d'aria più fredde e più secche dai tropici si spostano verso i poli per ridiscendere a 30° di latitudine nord e sud

scendendo si riscaldano assorbendo umidità dal suolo per cui il clima a queste latitudini è più asciutto

dai 30° di latitudine queste masse d'aria fluiscono verso nord e verso sud

in prossimità del suolo quest'aria si carica di umidità per poi risalire e cedere l'umidità raccolta

E.  E. Le celle di conone determinano la presenza:

di una zona verde lungo l'equatore dove la piovosità è alta e quindi la vegetazione è rigogliosa

di deserti a 30° di latitudine nord e sud

F.  F. Le catene montuose influenzano le precipitazioni perché forzano le masse d'aria a salire di quota e l'aria, salendo, si raffredda e scarica la sua umidità come pioggia.

G. G. Il clima influenza la distribuzione geografica della vegetazione in quanto determina la presenza delle forme dominanti nelle diverse aree della Terra.

2.5 La vita sulla Terra: i biomi terrestri

A. A. I biomi

sono vasti territori, caratterizzati ciascuno da una forma diversa di vegetazione dominante, considerati nell'insieme dei loro fattori biotici e abiotici

possono essere terrestri o marini

B. B. I biomi terrestri sono:

la tundra

è il bioma che caratterizza le estreme latitudini settentrionali

occupa circa un quarto delle terre emerse

è tale che la sua vegetazione è formata da arbusti bassi, muschi, licheni, erbe e ciperacee

riceve solo circa 250 mm di pioggia all'anno

in estate è impregnata d'acqua perché a circa 1 metro di profondità dalla sua superficie ha uno strato di ghiaccio permanente (permafrost)

ha una stagione vegetativa di soli 50 giorni

soprattutto in estate è ricca di caribù e buoi muschiati, tutto l'anno ospita volpi artiche, lepri e lemming

la taiga

è la foresta settentrionale di conifere che si estende fino al limite della tundra

ha un clima asciutto e freddo

ha una stagione vegetativa è breve

ha come dominanti ecologici soprattutto pini e abeti

ospita alci, orsi, caribù, visoni, castori, zibellini, lepri artiche e ghiottoni

la foresta decidua temperata

cresce dove c'è abbondanza di acqua

è caratterizzata dalla presenza di alberi decidui quali querce, faggi, aceri e betulle

ha un florido sottobosco

è ricca di rettili e anfibi

la prateria

può essere temperata (la 'prateria' degli Stati Uniti, la 'steppa' della Russia, la 'pampas' dell'Argentina, la 'veldt' del Sudafrica) oppure tropicale (in Australia, in Africa e in Sudamerica)

in genere è situata tra le foreste e i deserti

è un bioma asciutto, talvolta molto fertile

la macchia mediterranea

è dominata da una vegetazione arbustiva sempreverde, punteggiata di pini e querce

ha un clima di tipo mediterraneo

il deserto

è caratterizzato da precipitazioni scarse e sporadiche

ha forme di vita adattate al suo clima

la foresta pluviale tropicale

è il bioma più produttivo del mondo e quello con maggiore biodiversità

è caratterizzato da una piovosità molto alta

ha una vegetazione rigogliosa ma un suolo povero

costituisce una grande riserva di carbonio

2.6 La vita nell'acqua: gli ecosistemi acquatici

A. A. Gli ecosistemi acquatici si distinguono in:

ecosistemi marini

ecosistemi d'acqua dolce

B. B. L'oceano può essere suddiviso in zone a seconda della vita che esso ospita:

zona neritica

si estende dal livello dell'alta marea fino al punto in cui in mare termina la piattaforma continentale

è caratterizzata da un'abbondanza di forme di vita

zona intercotidale

è la fascia compresa fra il livello della bassa marea e quello dell'alta marea

è tale che gli esseri viventi che la abitano vivono per un certo tempo sommerse dall'acqua e per un certo tempo esposte all'aria

è una zona molto produttiva

C. C. Considerando l'oceano nella sua dimensione verticale si distingue:

una zona pelagica

rappresenta tutta l'acqua, dalla superficie al fondale

la parte compresa tra la superficie e i 100 m di profondità, dove arriva la luce, è detta zona fotica

una zona bentonica

rappresenta il fondale

D. D. La produttività degli ecosistemi marini

è maggiore vicino alle coste e minore in mare aperto

è maggiore vicino ai poli e minore lontano da essi

è tra le più alte nei mari tropicali grazie alla presenza delle barriere coralline

si sviluppano in acque poco profonde

costituisce l'habitat di un gran numero di specie viventi

E.  E. Gli ecosistemi di acqua dolce

sono laghi e fiumi e altre acque correnti, estuari e paludi

coprono solo il 2,1% della superficie terrestre

F.  F. In un lago si distingue:

una zona litoranea

è la zona più produttiva, caratterizzata dalle acque basse

una zona limnetica

comincia in superficie e finisce in profondità, fino a dove arriva la luce

una zona profonda

in essa non avviene la fotosintesi

G. G. I laghi possono essere

eutrofici, cioè ricchi di nutrienti

lo sono naturalmente o artificialmente (eutrofizzazione artificiale)

quando hanno sovrabbondanza di nutrienti quali fosforo e azoto possono avere un'eccessiva proliferazione di alghe (fioritura algale)

in genere hanno una copertura algale

oligotrofici, cioè poveri di nutrienti

in genere hanno acque limpide e profonde

H. H. Gli estuari

sono a cavallo tra un habitat di acqua dolce e uno di acqua salata

sono fra gli ecosistemi più produttivi

I.    I. Le paludi

sono territori umidi, almeno per una parte dell'anno impregnati d'acqua

possono essere interne o adiacenti al mare (paludi costiere o lagune)

L. La biosfera è l'insieme di tutti gli ecosistemi del mondo.