Elementi di Ecologia Zanotti

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-1-
1. Sommario
1.
SOMMARIO ___________________________________________________________________ 2
2.
INTRODUZIONE ALL’ECOLOGIA ___________________________________________________ 5
1.1 Storia della vita sulla terra __________________________________________________________ 5
1.1.1
1.1.2
1.1.3
1.1.4
L’inizio di tutto _______________________________________________________________________
L’affermarsi della vita__________________________________________________________________
Dalla cellula agli esseri pluricellulari ______________________________________________________
Dagli invertebrati all’uomo ______________________________________________________________
5
5
6
7
1.2 L’era Quaternaria o Neozoica (1,64 Ma)_______________________________________________ 8
1.2.1
1.2.2
Le glaciazioni ________________________________________________________________________ 8
L’uomo _____________________________________________________________________________ 9
1.3 Le divisioni tassonomiche __________________________________________________________ 10
1.3.1
1.3.2
1.3.3
1.3.4
1.3.5
1.3.6
Aerobi e anaerobi ____________________________________________________________________
Autotrofi ed eterotrofi _________________________________________________________________
Saprotrofi e fagotrofi__________________________________________________________________
Regni tassonomici con parallelismo alle categorie ecologiche __________________________________
Alghe______________________________________________________________________________
Funghi _____________________________________________________________________________
10
10
10
10
11
11
1.4 Alcune definizioni ________________________________________________________________ 12
1.4.1
1.4.2
1.4.3
3.
FOTOSINTESI CLOROFILLIANA ___________________________________________________ 14
1.5
1.6
1.7
1.8
Assorbimento della luce da parte della clorofilla _______________________________________ 14
Lo spettro visibile ________________________________________________________________ 14
I cloroplasti _____________________________________________________________________ 14
La foglia ________________________________________________________________________ 15
1.8.1
4.
Decomposizione _____________________________________________________________________ 12
Produzione _________________________________________________________________________ 12
Metabolismo ________________________________________________________________________ 12
Gli Stomi___________________________________________________________________________ 15
GLI ECOSISTEMI ______________________________________________________________ 16
1.9 Le comumità ____________________________________________________________________ 16
1.10 Flusso di energia unidirezionale_____________________________________________________ 17
1.10.1
1.10.2
1.10.3
1.10.4
1.10.5
Catene alimentari e livelli trofici_________________________________________________________
Caratteristica universale degli ecosistemi __________________________________________________
Produttività primaria e secondaria________________________________________________________
Modello generale di flusso energetico: efficienze ecologiche___________________________________
Classificazione energetica degli ecosistemi ________________________________________________
17
18
18
20
20
1.11 Agroecosistemi ___________________________________________________________________ 20
1.12 Fattori limitanti per la fotosintesi ___________________________________________________ 21
1.12.1
Piante con diverso metabolismo: C3 e C4. __________________________________________________ 22
1.13 Esempi _________________________________________________________________________ 23
1.13.1.1
1.13.1.2
1.13.1.3
5.
In irlanda ______________________________________________________________________ 23
Società ad alto spreco ____________________________________________________________ 23
Concentrazione delle sostanze tossiche lungo la catena alimentare _________________________ 24
I CICLI BIOGEOCHIMICI ________________________________________________________ 25
1.14 Ciclo del carbonio ________________________________________________________________ 25
1.14.1
L’azione umana______________________________________________________________________ 25
1.15 Ciclo dell’azoto e fissazione simbiotica _______________________________________________ 25
-2-
1.15.1
L’azione umana______________________________________________________________________ 26
1.16 Ciclo del fosforo __________________________________________________________________ 26
1.16.1
L’azione umana______________________________________________________________________ 26
1.17 Ciclo dello zolfo __________________________________________________________________ 26
1.18 Inquinamento dell’aria ____________________________________________________________ 27
1.19 Ciclo dell’ossigeno e degli elementi non essenziali ______________________________________ 27
6.
L’ACQUA ____________________________________________________________________ 28
1.20
1.21
1.22
1.23
1.24
1.25
Proprietà e ciclo idrogeologico ______________________________________________________ 28
Traspirazione delle piante e trasporto dei soluti _______________________________________ 28
Acque sotterranee ________________________________________________________________ 28
Uso dell’acqua da parte dell’uomo___________________________________________________ 29
Eccesso e carenza d’acqua _________________________________________________________ 29
Ecosistemi d’acqua dolce __________________________________________________________ 30
1.25.1 Ecosistemi lotici: Fiumi _______________________________________________________________
1.25.2 Ecosistemi lentici ____________________________________________________________________
1.25.2.1
Laghi _________________________________________________________________________
1.25.2.2
Paludi e d acquitrini______________________________________________________________
30
30
30
31
1.26 Ecosistemi marini ________________________________________________________________ 32
1.27 Inquinamento delle acque dolci e marine _____________________________________________ 33
1.27.1
Fonti puntiformi e diffuse ______________________________________________________________ 33
1.28 Depurazione dell’acqua____________________________________________________________ 34
7.
FATTORI LIMITANTI ___________________________________________________________ 36
1.29 Radiazioni ionizzanti ______________________________________________________________ 36
1.30 Acqua __________________________________________________________________________ 37
8.
IL CLIMA ____________________________________________________________________ 38
1.31
1.32
1.33
1.34
Elementi del clima ________________________________________________________________ 38
Diagrammi climatici ______________________________________________________________ 38
Regimi pluviometrici ______________________________________________________________ 39
I biomi terrestri __________________________________________________________________ 40
1.34.1 Deserti _____________________________________________________________________________
1.34.2 Praterie ____________________________________________________________________________
1.34.2.1
Savane (prateria tropicale)_________________________________________________________
1.34.2.2
Praterie temperate _______________________________________________________________
1.34.2.3
Tundra (prateria polare)___________________________________________________________
1.34.3 Foreste_____________________________________________________________________________
1.34.3.1
Foreste tropicali pluviali __________________________________________________________
1.34.3.1.1 Disboscamento _______________________________________________________________
1.34.3.2
Foreste decidue monsoniche_______________________________________________________
1.34.3.3
Foreste pluviali temperate _________________________________________________________
1.34.3.4
Foreste decidue _________________________________________________________________
1.34.3.5
Taiga (foreste boreali) ____________________________________________________________
40
40
40
41
41
41
41
42
42
42
42
42
1.35 Zone bioclimatiche del globo _______________________________________________________ 43
1.36 Cambiamenti climatici ed effetto serra _______________________________________________ 43
1.37 Deplezione della fascia di ozono _____________________________________________________ 44
9.
IL SUOLO ____________________________________________________________________ 46
1.38 Origine ed evoluzione del suolo _____________________________________________________ 46
1.39 I suoli maturi ____________________________________________________________________ 46
-3-
1.40 Tipi principali di suoli _____________________________________________________________ 47
1.41 Desertificazione __________________________________________________________________ 49
10. ECOLOGIA DEL PAESAGGIO______________________________________________________ 50
1.42 Regioni climatiche europee _________________________________________________________ 50
1.42.1
1.42.2
1.42.3
1.42.4
1.42.5
Regione Artica ______________________________________________________________________
Boreale ____________________________________________________________________________
Atlantica ___________________________________________________________________________
Centroeuropea _______________________________________________________________________
Pannonica __________________________________________________________________________
50
50
50
51
51
1.43 Regione mediterranea e paesaggio italiano ____________________________________________ 51
1.44 Areali di distribuzione delle principali specie forestali __________________________________ 52
1.45 Vegetazione a seconda dell’altitudine (Alpi) ___________________________________________ 53
11. VEGETAZIONE DELL’EMILIA ROMAGNA ____________________________________________ 54
1.46 Fascia planiziaria: Pianura Padana__________________________________________________ 54
1.47 Fascia costiera ___________________________________________________________________ 55
1.47.1
Le spiagge __________________________________________________________________________ 55
1.48 Fascia collinare e montana _________________________________________________________ 55
1.48.1
1.48.2
1.48.3
Tra i 200 e gli 800 m__________________________________________________________________ 55
Dagli 800 fino ai 1700 m ______________________________________________________________ 56
Sopra i 1700 m ______________________________________________________________________ 56
1.49 Cartografia della vegetazione _______________________________________________________ 56
12. PROBLEMI GLOBALI ___________________________________________________________ 58
1.50 Risorse alimentari ________________________________________________________________ 58
1.51 Risorse energetiche _______________________________________________________________ 58
1.51.1
1.51.2
1.51.3
Fonti non rinnovabili__________________________________________________________________ 58
Fonti rinnovabili e alternative ___________________________________________________________ 58
Risorse minerarie non combustibili_______________________________________________________ 58
1.52 Rifiuti __________________________________________________________________________ 58
1.53 Dinamica di popolazione___________________________________________________________ 58
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2. Introduzione all’ecologia
ECOLOGIA: studio dei rapporti specifici tra organismi viventi e ambiente circostante e le conseguenze
di tali rapporti, al fine di limitarne o eliminarne la nocività.
1.1 STORIA DELLA VITA SULLA TERRA
1.1.1 L’INIZIO DI TUTTO
Circa 15 miliardi d’anni fa è avvenuto il big bang con l’inizio dell’espansione dell’universo, poi via
via si sono andate creando le galassie e i vari sistemi planetari. La nostra Terra si è formata circa 5 miliardi d’anni fa. Essa, come tutti i pianeti, deriverebbe dall’aggregazione di grani di polvere che collidono; crescendo le dimensioni degli aggregati, nuove collisioni possono amalgamare in corpi sempre
più grossi o frammentarli. I “micropianeti” aumentano la loro massa e, sotto l’effetto della gravità, gli
elementi più pesanti migrano verso il centro, si ha così la contrazione e la compressione della massa
stessa, che genera calore.
L’ambiente era ancora molto ostile alla vita, ma ciò nonostante essa fa la sua comparsa circa 3,5 miliardi d’anni fa, appena dopo che la Terra si era raffreddata sotto i 100°C ed esisteva una crosta solida
permanente oltre all’acqua.
1.1.2 L’AFFERMARSI DELLA VITA
Gli elementi base della vita sono C, O, N, H e P. Questi si organizzano in composti organici immersi
in acqua insieme con ioni ed elementi minerali più semplici. Per produrre le molecole organiche possono bastare scariche elettriche, o radiazioni, su rocce contenenti minerali di P; quindi i fulmini possono usare la loro energia per fabbricare composti chimici semplici 1 : glucidi (zuccheri), protidi, lipidi
(grassi). Il problema è tenere insieme le molecole organiche e fare in modo che autoriproducano. Il calore, l’agitazione termica e le radiazioni tendono a smontarle; l’autoriproduzione avviene solo se sono
presenti una serie di istruzioni per dirigerla e anche organi in grado di leggere le istruzioni e metterle
in pratica.
Questi due ruoli sono svolti dagli acidi nucleici: RNA (copia e trasferisce informazioni) e DNA (è il
depositario del codice genetico e di tutte le informazioni interne utili alla vita). Sono lunghe stringhe
di nucleotidi, ognuno dei quali è formato da uno zucchero (ribosio o desossiribosio), una base azotata
e un gruppo fosfato. Le stringhe dell’RNA sono singole, quelle del DNA sono doppie (a scala) e avvolte a elica. Una delle funzioni principali degli acidi nucleici è la sintesi delle proteine.
Proprio da qui nasce il problema paradossale: ”è nato prima l’uovo o la gallina?”, infatti, per fare le
proteine occorrono gli acidi nucleici, ma per riprodurre questi ultimi sono necessarie le proteine 2 . Da
esperimenti fatti in laboratorio è più probabile che sia stato inventato prima il codice genetico, ma il
portatore originario non sarebbe stato il DNA, ma l’RNA che in certe condizioni si può autoreplicare.
Inoltre esso avrebbe potuto anche evolversi inserendosi in nuove molecole vicine, trasmettendo così
informazioni genetiche 3 . Ci si può immaginare un embrione di biosfera fatto solo di RNA, da cui poi
si sarebbero evoluti successivamente proteine, DNA, cellule e tutto il resto.
1
Questo è stato verificato sperimentalmente in laboratorio.
Potrebbero essere piovuti sulla Terra dallo spazio (ipotesi della panspermia)
3
Gli errori di copiatura introducevano delle mutazioni e grazie alla selezione naturale si mantenevano solo le versioni migliori delle copie.
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Rimane ora da capire dove la vita si sia originata 4 . L’ipotesi più attendibile è quella che minerali argillosi, prodotti dall’alterazione di rocce vulcaniche, all’interno di un sedimento sul fondo di una laguna
sarebbero stati i sostituti delle proteine. Poi un vulcano vicino avrebbe fornito una fonte di calore e di
energia, sostanze nutritive minerali (fosforo), esalazioni di gas e una circolazione d’acqua a diverse
temperature. Questo avviene ancora sulla Terra alle Galapagos, dove vicino ad alcuni vulcani marini
sono stati trovate cellule procariote (solfobatteri) 5 .
1.1.3 DALLA CELLULA AGLI ESSERI PLURICELLULARI
Il passo successivo fu la cellula. La materia vivente aveva bisogno di un contenitore, si formò così una
membrana fosfolipidica. Le prime cellule erano procariote, in altre parole prive di nucleo, tutto il materiale ereditario e proteico era sparso nel protoplasma: i batteri. I primi erano anaerobi (archeobatteri) che si trovavano nelle acque stagnanti, non hanno bisogno di luce e usano donatori inorganici, ve
ne sono di due tipi:
1. Metanobatteri: ricavano metano (biogas) riducendo la CO2 con l’idrogeno ( CO2 + H2 → CH4 ).
Ricavano energia dalla chemiosintesi, in pratica ossidando composti inorganici. Sono respiranti e
fermentanti
Sorg. Calda
⎯→ Carboidrati + S + O2 ) fanno una fotosintesi primitiva basa2. Solfobatteri: ( H2 S + CO2 ⎯⎯⎯⎯
ta sullo zolfo. Fermentanti.
Questi batteri si erano adattati molto bene all’ambiente in cui si trovavano, infatti, l’atmosfera originaria della Terra 6 (4,5 miliardi di anni fa) era formata sia da elementi gassosi primordiali (H2, He, CH4,
H2O, N2, NH3) sia da gas sfuggiti più tardi dai fusi magmatici (CO2 e SO2). CH4, H2O e CO2 sono i
cosiddetti gas serra: trasparenti alle radiazioni incidenti, ma opachi rispetto a quelle termiche riemesse. Ora gli archeobatteri si sono ritirati in ambienti ristretti, relativamente accessibili all’ossigeno e in
cui vi sono le condizioni cui si erano adattati 7 .
Tutto ciò è avvenuto perché altri tipi di batteri fotosintetici ed aerobi si sono affermati, essi espellono
l’O2 che ricavano dall’ossidazione del ferro solubile ( Fe2+ → Fe3+ che essendo insolubile forma un
precipitato 8 ). Quando tutto l’Fe2+ presente in una determinata zona si è consumato, inizia ad accumularsi ossigeno nell’atmosfera. A questo punto si evolvono gli eubatteri (cianobatteri) fotosintetici aerobi e respiranti, essi:
1. Fanno la fotosintesi: processo tramite il quale l’energia solare è trasformata in energia chimica
LUCE
6CO2 + 6H2 O ⎯⎯⎯→ C6 H12 O6 + 6O2 .
2. Fissano l’azoto dall’atmosfera in sostanza organica.
3. Accumulano sul fondo del mare e delle lagune CaCO3 per fissazione della CO2 nel sedimento
(stromatoliti), facendo abbassare la temperatura.
Avviene quindi un calo nettissimo della CO2 (dal 98% al 0,0036%) e della temperatura media (da
100°C a 13°C), mentre l’azoto aumenta fino all’attuale 78%.
4
Ipotesi del “brodo primordiale”: in specchi d’acqua relativamente isolati sotto costa, come baie, lagune e pozze lasciate
dalle alte maree o dalle tempeste, dove l’agitazione termica sarebbe diminuita rispetto al mare aperto, l’evaporazione avrebbe concentrato il “brodo” di composti organici e la radiazione ultravioletta avrebbe fornito l’energia di legame.
5
Quando la sonda Galileo arrivò vicino Giove, scattò delle foto al suo satellite (Europa). Da queste si notava una superficie completamente ghiacciata con fratture di solo un metro di profondità, ciò fece pensare ad una forma di calore sotto al
ghiaccio. Allora si ipotizzò che sotto alla superficie vi fosse acqua melmosa e sul fondo conetti vulcanici; vicino a questi,
come succede sulla Terra, potrebbero trovarsi dei solfobatteri
6
Essa può essere paragonata a quella attuale di Venere.
7
Acque del Mar Morto oppure solfatara di Pozzuoli.
8
I maggiori giacimenti di ferro del pianeta si trovano proprio nelle rocce precambriane (BIF).
-6-
Come è avvenuto questo profondo cambiamento? Lovelock (1979) formulò l’ipotesi Gaia, essa suppone che grazie agli organismi si sia smaltita la CO2 e prodotto ossigeno facendo anche abbassare la
temperatura: “La vita ha modificato l’ambiente terrestre ed è regolatrice della circolazione di materia
e di energia”. Il nostro pianeta è un complesso, ma unificato, sistema cibernetico che possiede un apparato di controllo ambientale integrato, ma occorre preservare l’integrità dei sistemi tampone, infatti,
l’atmosfera attuale si mantiene per l’azione di piante e microbi che smorzano le fluttuazioni dei fattori
fisici. Quindi gli organismi (specie i microrganismi) si sono evoluti con l’ambiente stesso producendo
un complicato sistema di controllo (azione tamponante) che mantiene condizioni favorevole per la vita
sulla Terra.
Poi circa 3 miliardi di anni fa (precambriano) si evolvono gli organismi eucarioti unicellulari (o protisti) da questi si sono poi evoluti tutti gli organismi pluricellulari. La cellula eucariote è divisa da
membrane interne in vari scomparti all’interno del citoplasma: il nucleo, contiene il DNA che è suddiviso in vari cromosomi 9 ; i plastidi, sede della fotosintesi (solo nei vegetali); i mitocondri, sedi della
respirazione; i vacuoli, cavità piene di liquido (solo nei vegetali); i ribosomi, fondamentali per la sintesi delle proteine. Fecero poi la loro comparsa gli organismi eucarioti pluricellulari (2,5 miliardi di
anni fa), la biodiversità aumentava velocemente e “l’albero della vita” si espandeva e ramificava.
1.1.4 DAGLI INVERTEBRATI ALL’UOMO
Nel Paleozoico (600-225 Ma) le terre erano tutte unite in un unico continente (Pangea) con un profondo golfo (Tetide).
Cambriano (500 Ma) compaiono i primi invertebrati.
Devoniano (400 Ma) si sviluppano le felci nei bassopiani umidi. I primi pesci.
Carbonifero (350 Ma) dominio delle felci 10 in Europa (clima umido), deserti nelle zone subtropicali e temperate. Anfibi.
Permiano (230 Ma) peggioramento del clima che diviene freddo e arido (glaciazione verso il polo
sud). Si sviluppano le conifere. Primi rettili.
Nel Mesozoico (225-65 Ma) si ha lo smembramento della Pangea in Eurasia e Gondwana. L’Italia era
in pratica tutta sommersa e somigliava all’attuale arcipelago delle Maldive.
Triassico (200 Ma) clima meno rigido, secco nelle zone continentali e subtropicali. Dominano le
conifere. Mammiferi.
Giurassico (150 Ma) dominano i dinosauri 11 . Il clima è uniformemente caldo e umido, tipo tropicale. Si sviluppano boschi e giungle tropicali (felci arboree e gimnosperme 12 ). Uccelli.
Cretaceo (50 Ma) compaiono le angiosperme 13 . Il clima ha variazioni stagionali, ma rimane sempre tropicale.
Alla fine del Mesozoico l’India era ancora staccata dall’Asia e l’Australia ancora unita al polo sud.
Nel Terziario si vanno formando le principali catene montuose (Alpi, Himalaia, Caucaso, Pirenei). Alla fine di questo periodo si sviluppano le cormofite 14 , molte oggi si sono estinte e ne abbiamo i resti
9
L’uomo ne ha 46.
Dai resti delle felci che si trovano in ambienti umidi e anossici in presenza di batteri si va formando il carbone con questo ordine: felci → torba → lignite → litantrace → antracite. Da sinistra a destra c’è una diminuzione dell’ossigeno e un
aumento del carbonio. Con i consumi attuali il carbone durerebbe per altri 40 anni (ma il consumo è destinato a
crescere sempre).
11
Si estinguono circa 65 Ma, è l’estinzione più grandiosa mai avvenuta, è attribuita ad uno o una serie di meteoriti caduti
sulla Terra (nel golfo del Messico).
12
Foglie strette a forma di ago, non hanno veri e propri fiori, ma per la prima volta sulla Terra hanno i semi, che sono esposti all’esterno e non racchiusi all’interno di un frutto. In greco significa seme nudo.
13
Possiedono fiori, frutti e semi.
14
Sono le piante dotate di radici, fusto e foglie. Le piante in cui questi non si distinguono sono dette tallofite.
-710
fossili, mentre altre (Ginko Biloba) esistono ancora oggi. L’Italia all’inizio era sommersa, anche se affioravano le prime vette, nel Terziario medio si forma il Mediterraneo, in quello tardo (5 Ma) il mediterraneo resta isolato, emergono Appennini e tutta l’Italia tranne la pianura Padana. Si affermano i
primi mammiferi.
Nel Quaternario fa la sua comparsa l’uomo.
1.2 L’ERA QUATERNARIA O NEOZOICA (1,64 MA)
1.2.1 LE GLACIAZIONI
L’era quaternaria è l’era delle grandi glaciazioni, cominciano circa 600000 anni fa e l’ultima in ordine
di tempo è stata circa 22000 anni fa, sono intervallate da periodi interglaciali di 20000 anni e la loro
durata media è di 100000 anni.
Come mai avvengono le glaciazioni?
Le cause sono prevalentemente astronomiche:
1. Fenomeno di precessione. L’inclinazione dell’asse terrestre determina variazioni continue di insolazione su ogni punto della superficie terrestre: si hanno così le stagioni. Le posizioni chiave sono
gli equinozi e i solstizi. Durante gli equinozi la linea d’ombra, che separa il dì e la notte, passa per
i poli e il Sole è sulla verticale dell’Equatore, mentre durante i solstizi la linea va al di là dei poli
(illuminati tutto il giorno) e il Sole è allo zenit di uno dei tropici. A causa dell’attrazione del Sole,
della Luna e di altri pianeti, la direzione dell’asse terrestre descrive in 21000 anni un doppio cono 15 , ciò è dovuto al fatto che tra un equinozio o un solstizio dell’anno successivo, la Terra non
giunge all’appuntamento col Sole in un anno esatto, ma 21 minuti prima. La precessione può avere
quindi effetti sul clima; ora per esempio il rigore dell’inverno è attenuato dalla minore distanza del
Sole, ma quando saremo in perielio d’estate, il caldo sarà più torrido.
2. Variazione dell’eccentricità dell’orbita terrestre: oggi è vicina al minimo (0,01) e l’orbita è quasi
circolare, ma quando arriva al massimo (0,07) l’escursione termica stagionale aumenta. Vi sono
due periodi tipici: 100000 e 400000 anni.
3. Cicli di obliquità: l’asse terrestre cambia anche di inclinazione con un periodo di 18 anni, questi
moti secondari sovrappongono delle ondulazioni sinusoidali al cono della traiettoria. Ne derivano
dei cicli della durata di 40000 anni e anch’essi possono influenzare il clima.
Tenendo conto delle tre perturbazioni cicliche, la massima stagionalità del clima si avrà quando coincidono massima eccentricità, massima obliquità ed estate in afelio (paradossalmente).
Quando inizia la crescita dei ghiacci, si innesca una retroazione positiva: aumenta l’albedo, diminuisce la radiazione solare assorbita e la temperatura, si forma ancora più ghiaccio. Il mare si ritira perché
diminuisce il volume dell’acqua. Però poi si arriva ad un punto in cui la retroazione positiva si ferma,
infatti man mano che la superficie degli oceani si raffredda, l’evaporazione si riduce e con essa le precipitazioni. La crescita dei ghiacci si arresta. Col passare del tempo varia la posizione astronomica
della Terra e varia l’insolazione, fino a che si ha un aumento della temperatura. Questo fa sciogliere
del ghiaccio; l’acqua dolce di fusione galleggia su quella marina ed è riscaldata dal sole. L’albedo diminuisce e così innesca così una nuova retroazione positiva che favorisce la deglaciazione.
Questa è più rapida della glaciazione, in quanto l’acqua di fusione rimane in superficie e impiega molto tempo per rimescolarsi con quella sottostante. Questa rimane isolata e fredda, non influendo sulla
fusione; mentre quando l’oceano si raffredda, l’acqua superficiale affonda ed è sostituita da acqua profonda. La massa d’acqua si deve mescolare e raffreddare tutta, prima che l’evaporazione si riduca; la
crescita dei ghiacci si protrae dunque più a lungo. Fenomeni così rapidi geologicamente parlando ogni
15
Attualmente la Terra si trova in perielio durante il solstizio d’inverno e in afelio durante quello d’estate.
-8-
tanto possono scatenare delle catastrofi: per esempio, grosse masse d’acqua si fermano dietro dighe di
ghiaccio e al collassare di queste si verificano spaventose inondazioni (“diluvio universale”).
Le glaciazioni hanno portato all’estinzione di numerose specie animali (es. Mammut), ma anche alla
comparsa di nuove. Questo è molto evidente sull’arco alpino per quanto riguarda i vegetali. I ghiacci
arrivavano fino al lago di Garda ma in alcuni punti i ghiacci non erano presenti (punti isolati, detti
“nunnataker”, vedi pag. 50 esempio della Dryas Octopetala), così qui migravano e si rifugiavano le
specie montane, è quindi subentrata una notevole specializzazione. Attualmente è per questo motivo
che sulle Alpi troviamo specie vegetali presenti anche al polo (tundra): gli areali.
1.2.2 L’UOMO
I nostri avi più lontani sono i primati, mammiferi che si adattano alla vita arborea, nella loro evoluzione la vista si sviluppò a scapito dell’olfatto. Oggi i primati più evoluti sono le scimmie antropomorfe
(gorilla e scimpanzé).
Circa 6,6 Ma un essere che camminava eretto lasciò le sue impronte su uno strato di cenere vulcanica,
poi induriti e giunto sino a noi. Non era ancora un uomo, ma un ominide a cui è stato dato il nome di
Australopiteco (gracile e robusto). Questo animale, di cui ne è stato ritrovato un famoso scheletro
femminile, Lucy, pesava solo 25-50 Kg e aveva un cervello di 400 cm3 (rispetto ai nostri 1400) e
mangiava frutti, semi e radici. Circa 2 Ma (fine Pliocene) dall’Australopiteco della varietà gracile discese l’Homo Habilis, forse il primo dei nostri antenati a usare strumenti e quindi a introdurre carne
nella sua dieta. Ciò non significa che fosse un cacciatore, il suo cervello era di 700 cm3, ma doveva
svilupparsi ancora per competere con i predatori carnivori. L’altro ramo dell’Australopiteco robusto
conviveva con lui. Una di queste due specie scoprì l’uso del fuoco, che inizialmente era conservato
perché non si sapeva accenderlo. Oppure fu l’Homo Erectus, comparso in Africa all’inizio del Quaternario, circa 1,6 Ma ed estintosi 3-400000 anni fa. Aumentava ancora il volume del cervello e la capacità di fabbricare utensili e armi per la caccia.
Il passaggio all’uomo moderno (Homo Sapiens) avvenne circa 150-200000 anni fa, dapprima si ebbe
l’uomo di Neanderthal, che aveva uno scheletro robusto, poi l’uomo di Cro-Magnon, che per un po’
convisse e si incrociò coi neanderthaliani, poi, essendo più dotato e aggressivo, prevalse. L’uomo di
Neanderthal si estinse 40-60000 anni fa, nonostante avesse un cervello un po’ più grande del nostro e
una cultura già sviluppata (seppellivano i morti). Quindi l’Homo Sapiens di Cro-Magnon si afferma
40000 anni fa durante l’ultima glaciazione: la würmiana.
Dopodiché, con la scoperta dell’agricoltura nell’Olocene (10-80000 anni fa), l’uomo diventa sedentario. Da qui partirono poi tutte le attività sociali che sono ancora presenti al giorno d’oggi, compresa la
guerra 16 ! L’Olocene è diviso in cinque età messe in corrispondenza con 5 stadi della civilizzazione
umana:
1. Preboreale (Mesolitico): foreste di pini e betulle sostituirono la tundra artica. Si afferma
l’agricoltura (8000 anni fa).
2. Boreale (Mesolitico): i ghiacci si ritirano nei monte della Scandinavia, mentre le foreste continuano ad estendersi.
3. Atlantico (fine Mesolitico e Neolitico): circa 4500 anni fa si ha un periodo di optimum climatico,
dove la temperatura è molto più alta di quella attuale, ciò è dovuto al fatta che la Terra si trova in
perielio in estate 17 . Il ghiaccio scompare tranne che in Groenlandia, il livello del mare raggiunge
quello attuale, precipitazioni abbondanti sul Sahara e in Africa settentrionale. In pianura si hanno
boschi di farnia, olmi e tigli. Nella pianura Padana si sviluppa l’agricoltura e vengono inventati i
carri con le ruote 18 .
16
I primi manufatti dell’uomo erano in prevalenza armi.
Maggiore escursione termica e i venti monsonici portano le piogge anche dove oggi c’è il deserto.
18
Prima si facevano rotolare i tronchi.
-917
4. Sub-boreale (età del Rame e poi del Bronzo): clima un po’ più freddo e umido, allungamento della
stagione secca nel mediterraneo orientale. In pianura boschi di latifogli e in montagna faggete.
Migrazione del Leccio (vedi pag. 51). Si cominciano ad usare manufatti di ferro.
5. Sub-atlantico (dall’età del Ferro ad oggi): il clima è come quello attuale. Avviene la desertificazione del Sahara 19 . A metà del 1300 (1350-1860) inizia una “Piccola età glaciale” 20 .
Possiamo sapere che piante, e quindi che clima, vi erano nel passato grazie ai resti dei pollini emessi
dagli stami delle piante. Il polline si deposita ovunque, esso si mantiene particolarmente bene negli
acquitrini, i quali una volta riempiti di sostanza organica (le torbiere) questa viene decomposta anaerobicamente che acidifica il substrato senza andare a variare i pollini. Poi si fanno perforazioni e si
prelevano lunghi campioni cilindrici, detti carote: dalla superficie verso il basso si incontrano materiali sempre più antichi. Osservata la stratigrafia della carota si data ogni strato rilevando la percentuale
di polline, così si riesce a capire come è variata nel tempo la vegetazione (e anche la temperatura) nel
punto di prelievo della carota 21 .
1.3 LE DIVISIONI TASSONOMICHE
1.3.1 AEROBI E ANAEROBI
Gli aerobi traggono il loro fabbisogno di energia dalla respirazione in cui l’ossigeno funzione da agente ossidante terminale.
Gli anaerobi sono di due tipi:
1. Obbligati: vivono sfruttando reazioni che non implicano l’uso di ossigeno, che per molti di loro è
tossico.
2. Facoltativi: vivono sia in presenza sia in assenza di ossigeno, cambiano il loro metabolismo secondo le situazioni.
1.3.2 AUTOTROFI ED ETEROTROFI
Gli autotrofi si nutrono di anidride carbonica, acqua e ioni inorganici, e hanno il compito di sintetizzare la sostanza organica (per sé e per gli altri) tramite la fotosintesi (usando la luce) o la chemiosintesi
(usando uno ione inorganico da ossidare). Tra loro vi sono le piante verdi, alghe azzurre e alcune specie di batteri.
Gli eterotrofi sono organismi che hanno bisogno anche di sostanza organica per vivere. Tra loro vi sono animali, funghi e molte specie di batteri.
Quindi gli autotrofi si nutrono da sé, senza aver bisogno di altri esseri viventi mentre gli eterotrofi
hanno bisogno di altri organismi per potersi nutrire. Durante l’evoluzione si sviluppano prima gli autotrofi poi gli eterotrofi (500 Ma).
1.3.3 SAPROTROFI E FAGOTROFI
I saprotrofi vivono nutrendosi prevalentemente di sostanze in decomposizione: microconsumatori e
decompositori.
I fagotrofi sono organismi che si nutrono di altri esseri viventi e non (come l’uomo): macroconsumatori.
1.3.4 REGNI TASSONOMICI CON PARALLELISMO ALLE CATEGORIE ECOLOGICHE
I Monera sono i primitivi organismi unicellulari procarioti: batteri e alghe azzurre. Per 2 miliardi di
anni i batteri sono stati gli unici padroni della Terra e ancora oggi lo sono, infatti avendo una struttura
19
Dalla foresta alla savana, dalla savana alla steppa, dalla steppa al deserto.
Ghiaccia anche la laguna di Venezia nel ‘700 (film di Fellini: “Casanova”).
21
Un’obbiezione che si può fare è che il polline arrivi da molto lontano, falsando quindi i risultati.
- 10 20
molto semplice si riproducono per mitosi (da una cellula per strozzatura se ne formano due) in circa
un ora. Hanno prevalentemente tre forme caratteristiche: cilindrica (bacilli), sferica (cocchi) e ad elica
(spirilli). Le alghe azzurre (cianobatteri): sono molto più grandi e si formano in colonie tenute assieme
da una matrice gelatinosa. Sono alghe fissatrici dell’azoto: il massimo dell’autotrofia.
I Protisti (eucarioti) si svilupparono dai Monera. Probabilmente il protista animale si sviluppò quando
un Monera ne inglobò un altro (un batterio più piccolo) ma non riuscì a digerirla, questa diventò un
mitocondrio; mentre un protista vegetale si formò quando quello animale inglobò un’alga, acquisendo
proprietà fotosintetiche. A questo gruppo appartengono i Protozoi (Amebe e Flagellati), alghe verdi,
ecc…
Inizialmente Monera e Protisti erano produttori e consumatori, poi (un miliardo di anni fa) vi fu una
specializzazione: un gruppo produttore e due gruppi consumatori. Vi furono tre vie preferenziali di
evoluzione secondo il metodo di sopravvivenza degli organismi pluricellulari:
¾ fotosintesi (produttori) → piante: alghe (vedi più avanti per alcuni esempi), licheni, muschi, felci,
gimnosperme e angiosperme.
¾ assorbimento (saprotrofi) → funghi: mondo molto vario, va dai parassiti a quelli commestibili con
il cappello (vedi più avanti per alcuni esempi).
¾ ingestione (fagotrofi) → animali: la prima grande divisione di questo mondo è tra invertebrati (nati nel Paleozoico) e vertebrati. Poi rettili, uccelli, mammiferi, anfibi, uomo, ecc…
1.3.5 ALGHE
Vi sono vari tipi di alghe (tutte autotrofe). Quelle verdi sono le più comuni e vanno da quelle unicellulari e quelle molto “grosse”. Quelle azzurre possiedono solo la clorofilla A, mentre le verdi anche
quella B 22 . Le alghe brune sono in realtà bianche e vivono al pelo dell’acqua, esse sono già piante sviluppate.
Quelle che hanno prodotto la mucillagine nell’Adriatico appartenevano alle Dinoficee, sono molto
tossiche e portano all’eutrofia; alcuni tipi di queste sono responsabili dell’arrossamento di alcuni laghi
(Lago di Tovel). Anche le Diatomee sono molto dannose, sono specie planctoniche (alcune si attaccano a specie sommerse), unicellulari e eucariote; sono munite di una sorta di guscio scolpito o fusto che
quando muoiono rimane intatto, è questa la cosiddetta farina fossile (Monte Amiata).
1.3.6 FUNGHI
Sono tutti eterotrofi. I tipici funghi sono le muffe (saprofite e parassite): filamenti marroncini (ife) si
attaccano al substrato con le loro capocchie (nelle quali si producono le spore) e formano uno strato
biancastro che ricopre la superficie. Altro tipo di muffe sono quelle verdi (es. limone ammuffito), il
colore verde nelle muffe non è la clorofilla. Molte muffe producono sostanze antibiotiche tipo la penicillina.
Altri tipi di funghi sono i lieviti essi vivono in colonie e sono molto importanti per la fermentazione
alcolica. Il lievito del pane usa la CO2, mentre quello della birra usa lo zucchero.
I tartufi sono eterotrofi e vivono in simbiosi con le radici di alcune piante. Nei funghi sono presenti
anche quelli a cappello dove le ife sono sotterranee, quando si raccoglie il fungo le ife non si rompono
e il fungo ricresce sempre nella stessa posizione.
22
La clorofilla A è di colore verdazzurro, mentre quella B è verdegiallo. La differenza sta nella loro composizione chimica.
- 11 -
1.4 ALCUNE DEFINIZIONI
1.4.1 DECOMPOSIZIONE
Ogni ossidazione biologica che, grazie all’ossigeno e al detrito organico (parti morte di piante e animali), attraverso fattori abiotici (clima) e microrganismi eterotrofi o saprotrofi che vi secernono enzimi, produce energia.
Vi è una decomposizione rapida iniziale con utilizzazione di ossigeno (respirazione aerobica): batteri
aerobi, funghi e protozoi (saprotrofi e fagotrofi) che decompongono protidi, lipidi e glucidi. Poi una
decomposizione più lenta in ambiente anaerobico ad opera di organismi anaerobi e saprotrofi di cellulosa, lignina, ecc…
Gli organismi saprotrofi (batteri, funghi) secernono enzimi all’interno della materia morta e assorbono
alcune sostanze, inoltre, in un secondo tempo, immettono metaboliti inibitori e stimolanti.
Gli organismi fagotrofi (protozoi, invertebrati: gasteropodi, nematodi e insetti in generale) servono per
frantumare il detrito, fornire proteine per stimolare la crescita microbiotica, stimolano la crescita e
l’attività metabolica dei microbi con la predazione e inoltre ingeriscono escrementi arricchiti dai microrganismi.
Tre tipi di decomposizione:
1. Fermentazione (putrefazione): consumo di sostanza organica da parte dei lieviti e produzione di
composti organici ridotti (etanolo, acido lattico). Avviene nel sottosuolo e nel mare
2. Respirazione aerobica: con l’ossigeno si ossida la sostanza organica (prodotto della fermentazione) a CO2 e H2O con produzione di energia.
3. Respirazione anaerobica: consumo di sostanza organica da parte di batteri (denitrificanti, solfobatteri e metanobatteri 23 ), lieviti, muffe e protozoi con produzione di composti inorganici ridotti
(NO2, N2, S2, CH4). Avviene soprattutto nelle profondità del suolo (processo di carbonizzazione). I
saprofagi anaerobi sono i soli che possono respirare al buio e in assenza di ossigeno.
L’humus è il prodotto della lenta decomposizione da parte di microrganismi delle proteine e dei polisaccaridi oppure il risultato di processi chimici-abiotici da cui si ottengono i fenoli. I fertilizzanti sono
derivati dalla decomposizione.
1.4.2 PRODUZIONE
Avviene tramite due processi:
1. Chemiosintesi: ossidazione chimica di composti inorganici ridotti: nitrosobatteri (NH3 →NO2), nitrobatteri (NO2→NO3), solfobatteri (H2S→S, non fotosintetici), ferrobatteri (Fe2+→Fe3+, organicazione del carbonio al buio).
2. Fotosintesi (vedi pag. 14): la fanno le piante verdi: 6CO2 + 6H2 O ⎯⎯⎯→ C6 H12 O6 + 6O2 e i batteLUCE
ri fotosintetici (solfobatteri verdi e purpurei): 6CO2 + 6 H2 S ⎯⎯⎯→ C6 H12 O6 + 6S2 .
LUCE
1.4.3 METABOLISMO
Come nella fotosintesi anche qui si legano molecole semplici in molecole complesse, sono i processi
anabolici; quelli inversi, che degradano l’energia smontando le molecole complesse in composti più
semplici, sono i processi catabolici.
L’insieme di queste trasformazioni bioenergetiche costituiscono il metabolismo, che si può riassumere
in una reazione di doppio scambio, ossido-riduttiva:
23
metanolo ⎯
⎯→ CH 4 + H2 O Essi sono sia fermentanti che respiranti anaerobi.
- 12 -
H2 A + B + en. ←
⎯→ H2 B + A
B = CO2
B = carboidrati
A è il donatore di elettroni (sostanza che si ossida, cioè il riducente), B è l’accettore, e la reazione procede verso destra nell’anabolismo, verso sinistra nel catabolismo. B è la CO2 a sinistra, mentre a destra rappresenta i carboidrati. A è lo zolfo nella chemiosintesi e forse in forme primitive di fotosintesi,
ossigeno nell’attuale fotosintesi. Ne deriva che le molecole relative sono di acido solfidrico (H2S, gas
emesso dai vulcani) nel primo caso e di acqua nel secondo. La reazione anabolica che utilizza acqua e
produce ossigeno, mentre quella inversa produce CO2 da C e O e si può sintetizzare come un processo
di ossidazione, detto anche respirazione.
Catabolismo
Sostanze Organiche
Respirazione
Fermentazione
Anabolismo
Luce Solare
Energia chimica
Fotosintesi
Chemiosintesi
Energia
Organicazione
- 13 -
3. Fotosintesi clorofilliana
Questo fenomeno è molto complesso e può essere suddiviso in due fasi principali: fase luminosa e fase buia. L’utilizzazione diretta e quindi la trasformazione della luce solare nella fase luminosa producono questi effetti: si libera ossigeno, si forma una sostanza con forte potere riducente (NADPH) e
contemporaneamente viene immagazzinata energia nelle molecole di ATP. Con queste due sostanze la
cellula riesce poi nella fase buia a organicare l’anidride carbonica, cioè a farla combinare con l’acqua
per produrre glucosio che successivamente può polimerizzarsi dando amido e cellulosa.
1.5 ASSORBIMENTO DELLA LUCE DA PARTE DELLA CLOROFILLA
La fase luminosa avviene in presenza della clorofilla, che è la molecola base per la cattura dell’energia
contenuta nei fotoni. Le molecole della clorofilla riescono a catturare la radiazione perché essa provoca il salto di elettroni di legame a livelli quantici eccitati. L’energia non viene liberata con il ritorno
degli elettroni al livello quantico fondamentale, per ottenere questo risultato inusuale occorre che nel
tempo brevissimo (circa un miliardesimo di secondo) che precede la degradazione sia possibile trasformare e conservare in modo duraturo l’energia solare facendola diventare energia chimica. Tutto
ciò avviene nei tilacoidi all’interno dei cloroplasti in cui si producono ATP e NADPH.
1.6 LO SPETTRO VISIBILE
Le onde luminose sono una piccola parte del grande regno delle onde elettromagnetiche, queste sono
distinte secondo la lunghezza d’onda. A un estremo troviamo i raggi gamma e X con lunghezze
d’onda piccolissime; all’estremo opposto le onde radio con lunghezze d’onda anche di Km. La luce
visibile al nostro occhio (e utilizzata dalle piante per la fotosintesi) occupa esattamente la zona centrale di questa gamma: va da 390 (violetto) a 760 (rosso scuro) nm. Durante l’evoluzione gli esseri viventi si sono adattati a questa particolare composizione della luce solare24 . La clorofilla utilizza le radiazioni del rosso e del blu, mentre riflette quelle del verde, è per questo che le piante sono verdi.
Il Sole emette radiazione elettromagnetica compresa in una vasta gamma di lunghezze d’onda, ma solo una parte di essa arriva alla superficie terrestre 25 . I raggi gamma, X e UV sono fermati direttamente
dalla fascia di ozono26 ad un’altezza di 25 Km, passano i raggi luminosi (più della metà del totale), infrarossi e alcuni UV. Soltanto lo 0,023% della radiazione solare in arrivo è sfruttata per la fotosintesi e
viene trasformata in sostanza organica.
1.7 I CLOROPLASTI
Sono presenti in tutti gli organismi eucarioti capaci di fotosintesi: alghe, muschi, felci, gimnosperme e
angiosperme. In alcune alghe ve ne sono pochi e molto grandi, ma solitamente in tutte le piante sono
tanti e piccolissimi, per sfruttare in modo migliore la luce. Visti al microscopio sembrano palline verdi, non sferiche ma a forma di ellissoide al cui interno si riescono a distinguere delle macchiette scure
(grana), ognuna di esse è composta da migliaia di membrane sovrapposte (tilacoidi) al cui interno ci
sono i pigmenti di clorofilla adibiti alla cattura della luce e alcuni puntini bianchi che sono granuli
d’amido. Quindi i cloroplasti sono i laboratori chimici in cui avviene la fotosintesi.
24
Per essere utilizzata come fonte di energia la radiazione visibile va molto meglio dell’infrarosso, che non riesce a spostare elettroni in una molecola organica, dato il suo scarso valore energetico, e anche dell’ultravioletto, che essendo troppo
energetico, provoca alterazioni irreversibili in molte molecole organiche (proteine e acidi nucleici).
25
Un miliardesimo dell’energia che parte dal Sole arriva sulla nostra stratosfera: circa 2 cal/cm2. Poi il 34% viene riflessa
nell’atmosfera (nuvole, sostanze chimiche, polvere, superficie terrestre), del restante 66% (1,34 cal/cm2) viene disperso
come calore degradato in: 23% evaporazione acqua, 1% vento, 42% riscaldamento atmosfera e superficie terrestre.
26
È un gas serra che, assieme a CO2, CH4 e NO2, permette il riscaldamento della Terra impedendo che il calore si disperda
nello spazio.
- 14 -
1.8 LA FOGLIA
In una sezione trasversale di una foglia vediamo una specie di “panino”: due strati di epidermide con
all’interno un tessuto verde (perché vi sono molti cloroplasti). Esso è un tessuto “lasso” cioè vi sono
molti spazi in cui possono circolare i gas che entrano attraverso gli stomi a protezione dei quali vi sono le cellule di guardia 27 . Le increspature servono per il trasporto della sostanza nutritiva: acqua e sostanza organica nello xilema, mentre gli elaborati della fotosintesi nel floema.
1.8.1 GLI STOMI
Gli stomi regolano l’afflusso dei gas in entrata e in uscita dalla pianta (CO2, vapor acqueo, O2) e inoltre sono un dispositivo per regolare la traspirazione delle piante. Essi si aprono e si chiudono 28 secondo la disponibilità d’acqua: se il rifornimento è abbondante rispetto alle perdite allora gli stomi potranno essere quasi del tutto aperti, invece in un momento di siccità dovranno essere completamente
chiusi (la loro chiusura avviene comunque ogni notte). Dato che gli stomi regolano contemporaneamente l’entrata della CO2 e l’uscita d’acqua, in qualunque pianta esisterà un rapporto di proporzionalità tra traspirazione e fotosintesi: il coefficiente di traspirazione (o punto di compensazione). La regola da seguire è “chi fotosintetizza di più deve traspirare di più”.
27
28
Sono di colore verde e proprio loro danno questo colore alla foglia, l’epidermide non è verde.
Il loro movimento è abbastanza veloce, infatti, l’apertura e la chiusura avvengono nel giro di pochi minuti.
- 15 -
4. Gli ecosistemi
La definizione di ecosistema data da Odum è: unità che include tutti gli organismi che vivono insieme
(comunità biotica) in una data area, interagenti con l’ambiante fisico 29 e chimico 30 (non vivente) in
modo che un flusso di energia porti ad una definita struttura biotica e ad una ciclizzazione dei materiali tra viventi e non viventi all’interno del sistema.
L’insieme degli ecosistemi forma la biosfera 31 , cioè quella parte del globo abitata da esseri viventi, è
il massimo sistema biologico quasi completamente autosufficiente, include tutti gli organismi viventi
interagenti con l’ambiente fisico in modo da mantenere un sistema in equilibrio stazionario 32 . Essa
comprende la superficie terrestre, le acque, l’atmosfera sino a qualche migliaio di metri di altezza, il
terreno sino a qualche decina di metri di profondità.
DIAGRAMMA FUNZIONALE DI UN ECOSISTEMA:
Sostanza organica
(En. più concentrata
rispetto a quella
solare entrante)
Energia
Unidirezionale
Ciclizzazione dei
materiali
(da eterotrofi ad
autotrofi)
Materiali in entrata:
•
Materiali
Inorganici
•
Organismi
Perdita di En.
termica ad ogni
passaggio del ciclo
Per studiare un ecosistema 33 bisogna considerare tre componenti fondamentali: le comunità, il flusso
di energia (solare e unidirezionale) e la ciclizzazione dei materiali (vedi capitolo 5).
1.9 LE COMUMITÀ
Le popolazioni 34 di ogni specie che abitano un posto particolare formano una comunità. Un ecosistema è una comunità di varie specie che interagiscono fra loro a con i fattori abiotici.
In un ecosistema vi sono componenti viventi (biotici) e non viventi (abiotici).
I componenti abiotici comprendono i fattoti fisici e chimici: temperatura, precipitazioni, ombra, luce,
vento, altitudine, latitudine, tipo di suolo presente, correnti marine e anche sostanze nutrienti disciolte
in terra, aria e acqua, quindi salinità, ossigeno disciolto, ecc…
I componenti biotici sono classificati in generale come:
29
Temperatura, precipitazioni, ombra, luce, vento altitudine, latitudine, tipo di suolo presente, correnti marine, ecc…
Sostanze nutrienti disciolte in terra, aria e acqua, quindi salinità, ossigeno disciolto, ecc…
31
Rispetto al volume della Terra è meno della buccia di una mela.
32
Equilibrio che si automantiente grazie ad un flusso di energia che bilancia sole in entrata e perdite termiche in uscita nello spazio.
33
Tutti gli ecosistemi sono sistemi aperti.
34
Una popolazione è un gruppo di individui della stessa specie che occupano una data are allo stesso tempo (habitat).
- 16 30
9 Produttori. Sono tutti gli organismi autotrofi i quali producono sostanza organica partendo da
quelle inorganiche. Queste sostanze organiche vengono usate come nutrimento dalle altre due categorie. I principali sono le piante sulla terraferma e le alghe in mare.
9 Consumatori. Sono organismi eterotrofi i quali si nutrono delle sostanze organiche prodotte dagli
autotrofi. Si distinguono quelli di 1° ordine (erbivori), di 2° ordine (carnivori che si nutrono di erbivori), di 3° (carnivori che si nutrono di carnivori che a loro volta si nutrono di erbivori), ecc…
Ne fanno parte tutti gli animali.
9 Decompositori 35 . Si nutrono degli avanzi morti degli organismi appartenenti alle altre due categorie. Essi demoliscono le sostanze organiche contenute in questi avanzi e le ritrasformano in sostanze inorganiche. Fanno quindi l’esatto opposto dei produttori. I principali decompositori sono
batteri e funghi.
1.10 FLUSSO DI ENERGIA UNIDIREZIONALE
I principali componenti strutturali della biosfera (energia, sostanze chimiche e organismi) sono uniti
da due processi di base: i flussi di energia e il riciclaggio della materia. L’energia si degrada (non è ciclica!) scorrendo per i sistemi, fino a non poter essere più utilizzata, mentre le sostanze nutritive trovano sempre organismi che le possono riutilizzare, magari modificandole, grazie all’energia disponibile. Il motivo della degradazione dell’energia è la dissipazione irreversibile di calore ad ogni passaggio:
Energia
solare
Energia
solare
Produttori → Carnivori → Decompositori → Elementi chimici → Produttori → …
Calore
Calore
Calore
Calore
Calore
L’energia è capacità di produrre lavoro, può essere trasformata da un tipo all’altro, ma non può essere
né creata né distrutta (prima legge termodinamica). Inoltre, nessun processo che implica trasformazioni energetiche può avvenire spontaneamente senza una degradazione di energia da una forma concentrata in una dispersa (seconda legge della termodinamica) 36 . A causa di questo l’entropia, che è
l’indice generale del disordine associato all’energia degradata, è in costante aumento.
Gli ecosistemi creano e mantengono un elevato stato di ordine interno (bassa entropia) emettendo calore (disordine) con la respirazione. Mentre nelle catene alimentari la luce assorbita diventa cibo.
1.10.1 CATENE ALIMENTARI E LIVELLI TROFICI
Un serie di consumatori e decompositori formano una catena alimentare, e in essa ogni organismo
occupa un certo livello, detto trofico, in base a ciò che mangia e da chi viene mangiato.
Appartengono allo stesso livello trofico tutti gli organismi che ottengono cibo dal sole con lo stesso
numero di passaggi. Le catene alimentari non sono parallele, ma si intrecciano in reti alimentari, perché molti consumatori (compreso l’uomo) si nutrono di due o più tipi di organismi a diversi livelli tro35
I limite tra decompositori e consumatori non è ben definito. Un lombrico che si nutre di foglie marce dovrebbe essere
considerato un consumatore perché non demoliscono le sostanze come fanno i decompositori (cioè con appropriati enzimi). Comunque contribuiscono alla disgregazione meccanica e chimica degli avanzi vegetali e quindi sono decompositori sotto questo aspetto.
36
Solitamente tutto il lavoro può essere trasformato in calore, ma non viceversa, perché avviene una dispersione.
- 17 -
fici. Il numero dei consumatori dipende dalla lunghezza della catena. Maggiore è la distanza dal sole
nella catena alimentare, minore è il numero delle specie dell’ultimo livello trofico.
Ad ogni livello, una certa quantità di energia viene dissipata come calore attraverso il metabolismo e
la respirazione aerobica, quindi ad ogni passaggio aumenta la qualità dell’energia (perché diventa
sempre più concentrata) e diminuisce la quantità prodotta (perché si degrada l’energia) 37 .
Catena Alimentare
Sole
Piante
Erbivori
Predatori
Catena dell’industria elettrica
Sole
Piante
Luce
solare
Fossilizzazione
Legno
Industria
Carbone
(Petrolio)
Elettricità
Una Kcal di un predatore vale 100 Kcal di un erbivoro oppure 10000 Kcal di energia solare. La qualità del carbone o del petrolio è circa 2000 volte maggiore di quella dell’energia solare.
La perdita di energia in ogni livello trofico è quantificabile in un fattore 10. Solitamente per rappresentare questa degradazione si usa un diagramma a piramide. Inoltre ogni livello contiene una certa
biomassa, misurata come peso secco di sostanza organica, prelevando un campione dall’ecosistema e
pesando le frazioni relative a ogni livello ottengo una piramide anche per la biomassa.
1.10.2 CARATTERISTICA UNIVERSALE DEGLI ECOSISTEMI
L’ecosistema viene diviso in due parti: fascia verde, strato superiore in cui vivono gli autotrofi predominano fissazione e produzione di sostanze organiche, e fascia bruna, strato inferiore di suolo e sedimenti in cui predominano utilizzazione, trasformazione e decomposizione. Si formano così due catene alimentari: quella di pascolo (autotrofa) e quella di detrito (eterotrofa: batteri, funghi, ecc…). Al
primo livello trofico, cioè quello delle piante, dell’energia prodotta il 90% in una foresta e il 50% nella prateria finisce nella catena del detrito. Poi via via in ogni passaggio una percentuale va sempre ceduta dalla catena del pascolo a quella del detrito.
Componente principali:
1. Sostanze inorganiche (C, N, CO2, H2O,…).
2. Sostanze organiche (protidi, lipidi, glucidi,…).
3. Regime climatico (aria, acqua e substrato).
4. Produttori = autotrofi (piante).
5. Macroconsumatori = fagotrofi (animali).
6. Microconsumatori = saprotrofi (assorbono tessuti morti) e decompositori (assorbono materia organica disciolta).
1.10.3 PRODUTTIVITÀ PRIMARIA E SECONDARIA
La produttività primaria è la velocità alla quale l’energia raggiante viene trasformata dall’attività fotosintetica e chemiosintetica degli organismi produttori in sostanza organica. Si distinguono PP Lorda
(quantità totale di sostanza secca prodotta dalla fotosintesi nell’unità di tempo) e PP Netta (quantità di
sostanza secca prodotta dalla fotosintesi meno quella consumata dalla respirazione nell’unità di tem37
Ci vogliono in media 4-7 Kg di mangime (cereali) per produrre 1 Kg di carne bovina.
- 18 -
po). La PP Netta della comunità è data dalla PP Netta meno il consumo degli eterotrofi nell’unità di
tempo.
PP (Kcal/m2·anno)
Ecosistemi
Marini
Oceano aperto
Zone costiere
Estuari e barriere coralline
Terrestri
Deserti e tundre
Praterie e pascoli
Foreste nordiche di conifere
Foreste temperate
Foreste equatoriali
Artificiali
Agricoltura tradizionale
Agricoltura moderna
Totale
Oceano
Terre emerse
1000
2000
20000
200
2500
3000
8000
20000
3000
15000
55 miliardi di tonn./anno
100 miliardi di tonn./anno
La PP del mare è mediamente molto bassa perché per i primi tre metri di profondità vicino alla costa
hanno una grande produttività, ma a largo, dove l’acqua è molto profonda, è scarsa, così facendo una
media… Anche nei deserti, dove l’acqua manca del tutto, la PP è molto scarsa. Negli ecosistemi in rapido accrescimento (bosco tagliato da poco) la PP netta è molto elevata. Per questo motivo si potano
le piante oppure i boschi per produrre la legna, con questo metodo gli alberi producono più sostanza
secca rispetto a quella usata per crescere. In una foresta adulta la PP netta è minore perché la respirazione viene usata per il mantenimento. Come si vede dalla tabella sopra, dai minimi (deserti) ai massimi (barriere coralline) c’è una differenza di 100 volte.
La produttività secondaria è la velocità di immagazzinamento di energia a livello dei consumatori
nell’unità di tempo.
- 19 -
1.10.4 MODELLO GENERALE DI FLUSSO ENERGETICO: EFFICIENZE ECOLOGICHE
Input
Sorgente di energia: luce o cibo
Assimilato
Non utilizzato
luce non utilizzata e cibo
scartato o non metabolizzato
PP Lorda
S(immagazzinata)
Respirazione
Produzione
Energia persa per calore di
mantenimento
PP Netta (autotrofi)
Crescita
PS (assimilazione per eterotrofi)
Escreta
Livelli trofici
successivi
R è grande negli adulti (P bassa) e nei sistemi stressati (dove vi sono limiti di tolleranza).
A/I = efficienza di assimilazione: basso per la fotosintesi e per gli erbivori, che hanno bisogno di molto cibo per assimilare la sostanza organica.
P/A = efficienza di produzione : grande per gli erbivori, più basso per i carnivori.
Si ha una resa di circa il 20%, che è molto bassa, però gli ecosistemi si automantengono e autoriparano.
1.10.5 CLASSIFICAZIONE ENERGETICA DEGLI ECOSISTEMI
Le foreste e gli oceani sono scarsamente produttivi, ma servono per produrre cibo e fibre gratis, il
flusso di energia per m2 varia da 1000 a 10000 Kcal l’anno.
Laghi, estuari e foreste tropicali hanno un flusso di energia per m2 che varia da 10000 a 40000 Kcal
l’anno. L’energia sussidiaria è fornita dai venti, maree, correnti e da altri eventi naturali.
L’ecosistema urbano è completamente eterotrofo, non si produce niente, ma tutto dipende dal territorio circostante, con grande consumo per unità di area. Il flusso di energia per m2 varia da 100000 a
3000000 Kcal l’anno. Negli USA il flusso è 87 volte maggiore di quello del Pakistan. Il problema delle città è di avere una cintura verde, quindi le città dovrebbero essere isole nelle foreste, ma così non è
quindi si è cercato di ovviare a questo problema costruendo enormi giardini (Londra, Parigi).
1.11 AGROECOSISTEMI
Sono ecosistemi agricoli non naturali perché possiedono un tipo di energia in più, detta sussidiaria.
Ogni risorsa di energia che riduce il costo di automantenimento di un ecosistema, riducendo i costi di
respirazione, con aumento della PP Netta. Questa energia è data dal lavoro umano e animale, dai mezzi meccanici e dall’irrigazione, dai fertilizzanti, pesticidi e diserbanti, ecc… Per produrre tutto ciò si
consumano i combustibili fossili.
Questi tipi di ecosistemi hanno una scarsa biodiversità rispetto ad un prato naturale. Vi è selezione genetica, non naturale. I danni che si fanno sono: erosione del suolo, inquinamento (fertilizzanti, erbicidi, pesticidi, e anche la monocoltura fa diventare l’ambiente vulnerabile).
- 20 -
Della superficie terrestre (non coperta dai ghiacci) il 30% è adibita all’agricoltura. L’agricoltura preindustriale non aveva surplus di cibo (non poteva rifornire grandi città, ma anche oggi è il 60% del
totale), oppure si coltivava a rotazione (si disboscava e poi si lasciava ricrescere, aumentando così la
PP). Invece oggi il rapporto cibo per unità di area è molto elevato, sia perché il cibo costa poco, sia
perché il petrolio usato per l’energia sussidiaria costa poco. I paesi in grado di procurarsi questo sussidio energetico sono quelli più ricchi. Nei paesi industrializzati il prodotto pro-capite lordo è maggiore
di 1000$, mentre nei paesi sottosviluppati c’è una bassa produttività per ettaro e un grande incremento
demografico. Nasce quindi la necessità di coltivare altre terre disboscando. Nei paesi poveri c’è consumo di legname superiore a quello prodotto, così si rischia la desertificazione perché viene estirpato
anche l’humus.
In 70 anni (1900-1970) il consumo di cibo è passato da 1 a 10 Cal/ Kg cibo prodotto. Le calorie annue
consumate sono 6,7·1015, rispetto alle 4,3·1015 realmente necessarie, senza avere surplus di cibo a causa degli altissimi sprechi. Attualmente per raddoppiare il raccolto bisogna duplicare l’energia necessaria per produrre il cibo (1 cibo → 2 en. sussidiaria). Inoltre non possiamo aumentare l’energia sussidiaria all’infinito, perché altrimenti interviene lo stress da input, ad esempio se concimiamo troppo, il
raccolto inizialmente aumenta, dopodiché c’è un calo dell’efficienza.
1.12 FATTORI LIMITANTI PER LA FOTOSINTESI
Sono molti i parametri che influenzano la fotosintesi: Tipo morfologico: dimensione, anatomia e forma della foglia e superficie fogliare totale di una pianta; Tipo fisiologico: resistenza alla perdita di acqua; aumento di anidride carbonica, temperatura, luce.
I fattori limitanti sono qualunque fattore abiotico al di fuori dei limiti di tolleranza che impedisce
l’accrescimento di una specie, anche se tutti gli altri fattori sono entro i limiti.
La domanda chiave è: come facciamo ad aumentare la PP?
Aumentiamo luce, temperatura e variamo la CO2.
Ad esempio se aumentiamo la luce si raggiunge una massimo di sfruttamento dopodiché il valore di
fotosintesi fatta si stabilizza. Le piante molto esposte si dicono eliofite, le altre sciafite.
I fotosintesi
Eliofite
Sciafite
I luce
L’anidride carbonica è un fattore limitante in quanto blocca l’accrescimento della curva. La quantità
di anidride carbonica non è sufficiente per utilizzare la luce in eccesso, così anche qui il grafico raggiunge un massimo e poi si stabilizza.
- 21 -
I fotosintesi
0,04% di CO2
0,01% di CO2
I luce
Il grafico dell’andamento della fotosintesi con l’aumentare della CO2 è analogo a questi, infatti raggiunge il massimo e poi si stabilizza in quanto la luce fornita è poca rispetto alla CO2 da organicare.
Quindi anidride carbonica e luce limitano l’andamento della fotosintesi a vicenda.
Anche la temperatura è stata considerata costante, ma anch’essa è limitante (al freddo la fotosintesi
rallenta). Per organismi acquatici valgono i fattori limitanti dell’acqua (temperatura, luce, contenuto di
ossigeno disciolto, disponibilità di nutrienti e salinità), inoltre il fitoplancton non vive sotto i 50 metri,
mentre alcune alghe si sono adattate anche a zone più profonde sfruttando anche le radiazioni di colore blu che sono più penetranti.
1.12.1 PIANTE CON DIVERSO METABOLISMO: C3 E C4.
La fissazione del carbonio nelle piante avviene attraverso diversi percorsi biochimici: quello più comune è detto ciclo di Calvin e caratterizza le piante C3, così dette perché il prodotto finale del ciclo è
un composto a tre atomi di carbonio, sono le più diffuse. Le piante C4 invece utilizzano altri tipi di reazione che danno come prodotto finale un composto a quattro atomi di carbonio.
La differenza sta nella diversa risposta fotosintetica all’incremento della temperatura e dell’intensità
luminosa in arrivo.
C4
Tasso fotosintetico
C3
Luce solare piena
Intensità luminosa crescente
Temperatura crescente
- 22 -
Le piante C3 hanno il massimo tasso fotosintetico con moderate intensità di luce e temperatura (grano,
riso e patate) 38 , mentre le C4 si sono adattate a temperature e intensità luminosa alte (mais, sorgo,
canna da zucchero e in generale piante erbacee), perché sfruttano l’acqua in modo più efficiente (basso tasso di respirazione, possono vivere anche nel deserto).
La traspirazione delle piante si misura correlata con la PP Netta/quantità acqua traspirata. L’efficienza
si traspirazione è molto bassa, circa 2 per le C3 e 4 per le C4 coltivate.
1.13 ESEMPI
Prato
Lago
Antartide
Bacino per pesca sportiva
Foresta equatoriale (Mangrovie)
1.13.1.1 IN IRLANDA
Nell’Ottocento le patate in Irlanda, che erano l’unico cibo disponibile, sono state attaccate da un fungo, allora la gente ha cominciato a morire di fame. Alla fine dell’epidemia 1 milione di persone erano
morte e molte emigrarono negli USA per sopravvivere.
1.13.1.2 SOCIETÀ AD ALTO SPRECO
Società ad alto spreco
Materia
Bassa Energia
Aria
Acqua
Suolo
Sistema
Energia
Immissione di rifiuti
Recupero
Riciclaggio
e riuso
Quando si brucia carbone i legami fra ossigeno e carbonio si rompono e si producono anidride carbonica e calore che dà energia più bassa.
Quando si usano le risorse energetiche si producono allo stesso tempo anche rifiuti, questi possono essere riciclati dai decompositori, ma in un caso limite in cui ci sia un massimo consumo di energia e
materia, allora gli ecosistemi non potranno più riciclare la materia e produrre energia. La filosofia politica attuale che molti paesi adottano è che più consumo porti a più benessere, questo è senz’altro vero per il presente, ma per le genti future?
38
Si sono sviluppate quando la concentrazione dell’anidride carbonica era più alta di quella dell’ossigeno.
- 23 -
1.13.1.3 CONCENTRAZIONE DELLE SOSTANZE TOSSICHE LUNGO LA CATENA ALIMENTARE
Si è visto un aumento geometrico (piramide inversa) della concentrazione di sostanze tossiche (DDT)
fino ad un milione di volte quella iniziale. Inoltre ha fatto estinguere alcuni tipi di uccelli perché non
faceva indurire il guscio delle uova.
Un discorso analogo può essere fatto per i radionucleidi (Iodio, Cesio, ecc…) che vanno ad accumularsi nel nostro organismo in quantità molto elevate provocando vari disturbi.
- 24 -
5. I cicli biogeochimici
Nella biosfera c’è continuo riciclo di energia, che è regolato dal sole e della gravità. Ogni ciclo ha un
pool di riserva e di scambio. I cicli possono essere gassosi, quando il pool di riserva è in atmosfera o
in idrosfera, oppure sedimentari, quando il pool di riserva è nella crosta terrestre. A volte l’azione umana snatura questi cicli rendendoli imperfetti o aciclici.
1.14 CICLO DEL CARBONIO
Il pool di riserva è in atmosfera (anche se la quantità è di solo il 0,036%), negli oceani (carbonati) e
nei combustibili fossili. Il tenore di carbonio varia giornalmente in acqua e aria e anche stagionalmente nell’atmosfera.
In atmosfera la CO2 è allo stato gassoso e viene usata principalmente dalle piante per fare la fotosintesi, dopodiché rientra in ciclo grazie alla respirazione degli stessi produttori, dei consumatori e anche
dei decompositori. Altra fonte di C sono le emissioni vulcaniche che entrano nel ciclo atmosferico.
Nel Carbonifero (100 milioni di anni fa) la fissazione del C è stata in eccesso rispetto alla respirazione
così si è avuto la formazione di depositi fossili di carbone, che per lungo tempo sono state riserva di
CO2. Questo è il ciclo terrestre.
In acqua la CO2 si discioglie facilmente e viene usata dal fitoplancton che fa la fotosintesi emettendo
ossigeno che viene usato dai consumatori, decompositori e dagli stessi produttori, che la rimettono in
circolo. Sia produttori che decompositori determinano anche un deposito di CaCO3 (contenuto nel loro scheletro) sul fondo del mare. Inoltre negli oceani è presente un sistema tampone che limita
l’eccesso di CO2 nell’atmosfera: se aumenta nell’atmosfera, allora una parte finisce disciolta
nell’acqua.
1.14.1 L’AZIONE UMANA
L’uomo interviene nel ciclo del C bruciando combustibili fossili, con le pratiche agricole (arature) e
con il disboscamento (legno e ossidazione di humus). Questi ultimi due provocano la perdita di humus
e un aumento di CO2 in atmosfera, inoltre si ha una diminuzione del flusso di acque acide (molibdeno,
zinco, …) e quindi la conseguente dissoluzione di questi nelle rocce.
La concentrazione di CO2 è aumentata notevolmente nell’ultimo secolo: nel 1850 era di 284 ppm, oggi è di 326 ppm. Le principali fonti sono le combustioni di carburanti fossili 39 . Ciò potrebbe portare
ad un aumento della temperatura a causa dell’effetto serra, anche se non tutti sono d’accordo, infatti
dicono che le polveri emesse assieme alla CO2 provocheranno un raffreddamento che andrà a bilanciare la temperatura.
1.15 CICLO DELL’AZOTO E FISSAZIONE SIMBIOTICA
Il più vasto serbatoio è la troposfera (78%), che è alimentato anche da gas vulcanici. Gli organismi usano N in varie forme chimiche per sintetizzare proteine, acidi nucleici e altri composti, e quello non
utilizzato va a finire negli escrementi, quindi l’azoto viene riemesso sotto forma di ione ammonio:
questa è la fissazione biologica.
proteine ⎯
⎯→ amminoacidi ⎯
⎯→ urea ⎯
⎯→ ammoniaca ⎯
⎯→ nitriti ⎯
⎯→ nitrati
Ne esiste anche una non biologica fatta dai fulmini, che con la loro scarica elettrica rompono il triplo
legame dell’N2 ossidandolo in NO2 e NO3; questi reagendo con il vapor d’acqua formano acido nitrico
(HNO3) che cade al suolo con le precipitazioni.
39
La combustione di metano non altera lo strato di ozono.
- 25 -
L’azoto molecolare non può essere usato direttamente, ma deve essere convertito in composti solubili
in acqua (NO3-, NH4+ e NH3). La fissazione biologica passa attraverso la nitrificazione fatta dai cianobatteri o da batteri (Rhizobium) che vivono in simbiosi con le radici delle leguminose 40 , rendono così
l’azoto assimilabile dalle piante (ammoniaca e ione ammonio). La nitrificazione si completa, grazie ad
altri batteri, con l’ossidazione dell’ammonio a nitrito e di questo a nitrato.
0
−3
elemento
neutro
ammoniaca
H+
−3
+3
−
2
nitriti
+5
N2 ⎯
⎯→ NH 3 ⎯ ⎯→ NH ⎯
⎯→ NO ⎯
⎯→ NO 3−
+
4
ammonio
nitrato
Nel corso della decomposizione avviene la denitrificazione, sempre a opera di batteri (anaerobi eterotrofi): gli ossidi di N sono ridotti ad azoto molecolare o a biossido di azoto e restituiti all’atmosfera.
Una parte dell’azoto contenuto in acqua dolce viene sepolta nei sedimenti marini.
Immettendo nell’atmosfera grandi quantità di NO coi processi di combustione ad alta temperatura;
aumenta così l’acido nitrico nelle precipitazioni: piogge acide.
Il prodotto agricolo può essere migliorato con la rotazione agraria, coltivando alternativamente con
erba medica o trifoglio e cereali, per favorire la denitrificazione, infatti troppo azoto nel terreno può
aumentare il raccolto. Se si usano troppi fertilizzanti, questi favoriscono lo sviluppo di batteri denitrificanti e questi producono NO2, gas che contribuisce all’effetto serra e alla distruzione dell’ozono.
Arricchendo le acque con ioni nitrato e ammonio derivanti dal dilavamento, scarichi delle fogne e di
allevamenti agricoli, questi sono alimento per le alghe che proliferano. Si ha cioè l’eutrofizzazione
degli ecosistemi acquatici. L’aumento di biomassa in decomposizione (catena del detrito: mucillagine)
consuma ossigeno e uccide i pesci.
I legumi sono ricchissimi di proteine (proprio grazie all’azoto) ciò potrebbe risolvere la mancanza di
carne nei paesi meno sviluppati.
1.16 CICLO DEL FOSFORO
È un ciclo sedimentario: la fonte principale sono le rocce vulcaniche e sedimentarie, da cui il P inorganico passa lentamente ai suoli, poi per erosione e dilavamento passa nel mare. Qui una parte va a finire nei sedimenti profondi e viene perduto, l’altra va nei sedimenti litoranei e viene utilizzata dai pesci, poi passa negli uccelli e il P ritorna sulla terra nello loro deiezioni (guano), che sono un ottimo
fertilizzante.
Il P è un elemento nutritivo essenziale per piante e animali. Il P parte come fosfato inorganico nel terreno, viene assorbito dagli autotrofi, poi passa agli eterotrofi (fosfato organico) e ritorna in circolo
grazie ad una azione batterica.
L’uomo interviene immettendo fosfato inorganico dagli scarichi di allevamenti e culture e da quelli
delle città. In alcuni ambienti marini provoca eutrofizzazione (alghe) e la scomparsa totale dei pesci.
1.17 CICLO DELLO ZOLFO
Lo S fissato nelle rocce sedimentarie (pirite e gesso) passa nei suoli e nelle rocce con la degradazione,
mentre quello emesso dai vulcani (H2S e SO2) viene immesso nell’atmosfera o nell’acqua (eruzioni
subacquee e sorgenti termali). Lo S passa in atmosfera dal mare per via biologica attraverso la produ-
40
Anche le alghe azzurre sono fissatrici di azoto.
- 26 -
zione delle alghe nella zona eufotica degli oceani e a causa della attività umane attraverso la combustione di olio e carbone e processi di raffineria e fonderie.
Le trasformazioni operate dai solfobatteri hanno un ruolo molto importante, attraverso ossidazioni e
riduzioni in rapido flusso.
Lo zolfo atmosferico si ossida rapidamente in acido solforico che cadendo sulla terra con la pioggia
provoca le piogge acide. Queste sono dannose si per la terra (quelle con poco calcare) che per l’acqua
(plancton).
1.18 INQUINAMENTO DELL’ARIA
Gli inquinanti rientrano in cinque gruppi principali: CO, NOx (scarichi delle auto), Sox (combustione
del carbone), composti organici volatili (idrocarburi) e particelle sospese. A questi si può aggiungere
l’ozono e il Pb. Le principali fonti sono i trasporti, le industrie, combustione di impianti fissi e le discariche.
Il disboscamento, oltre ad introdurre nell’ambiente CO2, espone il suolo da cui si libera NO2, lo stesso
gas emesso dai fertilizzanti naturali.
Le centrali elettriche e le industrie bruciano carbone e le loro ciminiere emettono grandi quantità di
SO2, NO e particelle sospese. In seguito alle prime lamentele le aziende, anziché installare dei filtri,
hanno alzato le ciminiere sopra lo strato di inversione termica, inquinando le zone lontane sottovento!
Si formavano nel frattempo inquinanti secondari, come l’acido solforico e l’acido nitrico: nasceva così
il problema delle piogge acide. Esse indeboliscono la resistenza delle piante, che risultano stressate e
deboli. Soprattutto sulle foglie aghiformi delle conifere il rivestimento di cera protettiva e la clorofilla
si danneggiano, perciò il nutrimento è minore, anche a causa del fatto che dal suolo vengono asportati
Ca, Mg e altre sostanze nutritive, allora si perde la chioma e la pianta comincia a morire. Esse possono
anche causare varie malattie respiratorie (e forse anche il cancro) e infine deteriorano monumenti cittadini 41 . Si ha anche acidità dell’acqua, soprattutto nei laghi nei quali si verifica formazione di metilmercurio che penetra nei tessuti adiposi ed entra nella catena alimentare. In Italia i suoli sono abbastanza protetti dagli acidi suddetti per la presenza di carbonato di calcio che ha un effetto tampone.
L’ozono, deriva dall’ossigeno, ma i suoi effetti quando è sottoposto a radiazioni ultraviolette sono
molto dannosi, perché interviene una somma di effetti a catena (sinergismo tra NO2 e idrocarburi incombusti) con formazione di smog fotochimico. Questo fenomeno avviene soprattutto d’estate quando
l’illuminazione solare è prolungata.
1.19 CICLO DELL’OSSIGENO E DEGLI ELEMENTI NON ESSENZIALI
L’ossigeno partecipa a tutti i suddetti cicli. L’ossigeno atmosferico si rimette in ciclo ogni 2000 anni,
combinandosi con C, N e S; tra le sue fonti, oltre all’acqua (da cui lo estrae la fotosintesi) a alla CO2,
vi sono quindi gli ioni solfato e solfato. Da questo l’ossigeno viene estratto per riduzione da parte di
microrganismi. Altre reazioni a cui partecipa l’ossigeno sono l’alterazione dei minerali contenenti Fe
la combinazione tra ossigeno molecolare e atomico, che produce ozono.
Tra gli elementi non essenziali troviamo: stronzio 90 (radioattivo, deriva dalla fissione nucleare
dell’uranio e può essere immesso in atmosfera a causa delle perdite delle centrali, quando si ha una ricaduta al suolo di queste particelle si forma un fall out, allora esse entrano nelle catene alimentari arrivando fino all’uomo e fissandosi nelle ossa indebolendole), cesio 137 (radioattivo, rilevato soprattutto
dopo l’esplosione di Chernobyl, oggi ancora molto presente nei funghi), mercurio (è molto nocivo e
attacca il sistema nervoso, deriva dagli scarichi delle industrie minerarie e manifatturiere), cromo, rame e zinco (anch’essi possono diventare tossici se presenti in grandi quantità).
41
Strutture in arenaria di palazzo Re Enzo a Bologna (formelle).
- 27 -
6. L’acqua
1.20 PROPRIETÀ E CICLO IDROGEOLOGICO
Le proprietà dell’acqua sono molteplici:
¬ Varia lentamente la propria temperatura e rilascia lentamente il calore assorbito, questo è molto
importante per il clima.
¬ Elevato calore latente di evaporazione.
¬ Contiene molti composti in soluzione
¬ Forte attrazione fra le molecole e forte tensione superficiale che permette all’acqua di risalire
all’interno della pianta.
¬ Il ghiaccio è più leggero dell’acqua, grazie al legame idrogeno.
Il ciclo idrologico 42 è abbastanza semplice.
L’acqua (vapore acque condensato nelle nubi) che cade sulla terraferma sotto forma di pioggia, neve,
ecc… proviene dall’evaporazione sia dei mari sia della terraferma stessa (terreno e acque interne), inoltre quasi la metà è dovuta alla traspirazione delle piante (che estraggono acqua dal suolo). L’acqua
caduta nel terreno in parte scorre in superficie, in parte percola in profondità finché incontra uno strato
impermeabile che blocca il suo movimento verso il basso. Si ha un deflusso sotterraneo con formazione di una falda acquifera (freatica), che a volte può anche riemergere all’aperto sotto forma di sorgente (polle). Una parte dell’acqua ritorna al mare direttamente attraverso i corsi d’acqua, un’altra ritorna
invece nell’atmosfera per evaporazione o traspirazione ricominciando il ciclo. In mancanza di vegetazione una quantità maggiore d’acqua penetrerebbe in profondità nel terreno e quindi l’evaporazione
sarebbe minore.
L’acqua dolce non è priva di sali: ne contiene da 0,2 a 0,4 g/litro e li ottiene dalla dissoluzione parziale di minerali del suolo; quella piovana, in condizioni normali, è quasi pura.
1.21 TRASPIRAZIONE DELLE PIANTE E TRASPORTO DEI SOLUTI
L’acqua e i soluti nel suolo vengono catturati dalle radici e salgono lungo il fusto della pianta attraverso lo xilema (il legno) costituendo la linfa grezza. Arrivando nelle foglie (alle parti verdi), l’acqua
viene “elaborata”, dopodiché, passando attraverso il floema, la linfa elaborata (saccarosio, enzimi, …)
viene mandata in tutta la pianta per nutrire le cellule che non fanno la fotosintesi oppure, se è in eccesso, si va ad accumulare negli apparati di riserva 43 . La tensione di vapore fa si che una parte dell’acqua
venga traspirata dalla pianta attraverso gli stomi (vedi pag. 15) dai quali fuoriesce il vapor acqueo.
L’acqua assorbita viene usata come fonte di ossigeno per la fotosintesi. Molti ioni contenuti
nell’acqua piovana possono essere assorbiti direttamente per via epidermica. Quando le foglie muoiono le sostanze assorbite ritornano al suolo per essere decomposte.
Le piogge acide (vedi pag. 27) intaccano la pellicola cerata delle foglie (soprattutto delle conifere)
rendendole molto vulnerabili.
1.22 ACQUE SOTTERRANEE
L’acqua sotterranea si accumula se trova uno strato impermeabile e forma una falda freatica, la cui
superficie libera, che passa attraverso particelle di roccia e pori, è la tavola d’acqua (livello piezometrico). Se l’acqua si infiltra tra due strati impermeabili, forma una falda confinata, detta artesiana, la
42
43
Flusso di 103 miliardi di m3/anno.
La patata è un tipico esempio.
- 28 -
sua superficie piezometrica (teorica) può allora trovarsi sopra quella topografica, perché l’acqua è
soggetta a pressione. Se si fora la copertura, esce allora spontaneamente, mentre nella falda freatica
occorre fare un pozzo. La falda freatica si ricarica grazie alla pioggia, mentre quella artesiana si ricaricano con i laghi. Non tutte le falde si possono ricaricare: acqua fossile 44 , vi si è infiltrata in tempi geologici passati, è diventata quindi una risorsa non rinnovabile, perché hanno fondo cieco, cioè sono prive di uscite a valle.
1.23 USO DELL’ACQUA DA PARTE DELL’UOMO
Dal 1950 ad oggi il consumo mondiale di acqua45 è aumentato di 5 volte e si prevede un raddoppio
nei prossimi 20 anni. L’acqua viene usata (media mondiale):
Â 69% irrigazione (82% Asia contro 20% Europa).
Â 23% produzione di energia e rimozione dei rifiuti.
Â 8% uso domestico (15% USA e Europa, è da tener conto che in alcuni regioni l’acqua è gratuita,
aumenta così lo spreco!).
L’uomo impedisce il ricarico delle falde sotterranee antropizzando con asfalto la falda soprastante.
Con la canalizzazione, la compattazione dei suoli agricoli e con il disboscamento si fa in modo che
l’acqua scorra velocemente senza infiltrarsi, ciò provoca erosioni e frane. Naturalmente la cosa più
grave è il prelievo d’acqua direttamente dalle falde con pozzi freatici e artesiani, attorno ai quali si
formano coni di depressione, che possono dare problemi di subsidenza e, se troppo vicini al mare,
possono fare entrare nella falda acqua salmastra. Nelle zone aride la scarsità d’acqua si supera usando
le acque sotterranee
1.24 ECCESSO E CARENZA D’ACQUA
Nell’antichità quando un fiume (il Nilo) usciva dal suo alveo e allaga lo spazio attorno, le acqua trasportavano il limo con tutte le sue sostanze nutritive utili per la concimazione, ma oggi l’uomo abita
direttamente dentro l’alveo del fiume, grazie ad argini, terrapieni e canalizzazioni che contengono il
fiume nel suo letto. Oggi le acque dei fiumi sono inquinate e dopo un’alluvione, quando il fiume si ritira, restano molte sostanze inquinanti nei terreni circostanti (USA ’93).
Altro metodo per ridurre le inondazioni sono le dighe 46 da cui si può ricavare energia elettrica e può
essere usato come serbatoio per l’irrigazione, ma ci sono anche degli svantaggi: si bloccano nel bacino
le sostanze nutrienti, a volte vanno svuotate 47 , distruzione della vegetazione e degli abitati dove sorge
la diga, pericolo di crollo, terremoti che si verificano per il peso dell’acqua sul terreno.
Nei paesi caldi si utilizzano metodi di irrigazione a minimo spreco (spruzzamento e gocciolamento)
48
. Naturalmente la scarsità di acqua si fa sentire soprattutto quando non piove, anche a Bologna c’è
stato un periodo di siccità (aumento della temperatura e scarse precipitazioni). Inoltre la carenza di acqua è accentuata dal disboscamento (che non fa trattenere l’acqua nel suolo) e dalla successiva deserti44
Una famosa falda fossile è quella di Olgallalla, che si estende dal Texas al Kansas (USA). È previsto un esaurimento in
20 anni, ciò porterà a una grave crisi economica.
45
Acqua che non ritorna alla zona di prelievo.
46
Vajon: un’onda, derivata dal crollo di un pezzo di montagna ha devastato i paesi sottostanti la diga (Italia anni ’60).
Iankze (Cina): tre dighe enormi sono in costruzione, formeranno enormi laghi con le acque del fiume giallo e azzurro.
Assuan (Egitto): sono stati spostati monumenti e molti villaggi per far posto alla diga, ora si hanno tre raccolti all’anno
(cambiamento del microclima), però il lago soprastante è già pieno per metà dei sedimenti, scarsità di nutrimenti a valle,
quindi pochi pesci, e anche erosione delle spiagge sul delta del Nilo. Lago d’Aral (Russia): deviarono le acque per 1300
Km, il lago si ridimensionò lasciando un terreno desertico (immagine famosa delle navi in mezzo alla sabbia), pioggia
salata con mutamento del clima (molto caldo d’estate e molto freddo d’inverno), ci fu anche un calo di produzione dei
raccolti, con conseguente uso massicci di diserbanti che andarono a contaminare le falde sotterranee.
47
Inondazione di Firenze.
48
Israele ha cercato di irrigare il deserto!
- 29 -
ficazione, che può essere provocata anche dal pascolo se troppo abbondante. Si è pronosticato che la
carenza d’acqua si farà sentire soprattutto in USA, Russia, Medio Oriente, Messico e Cina, e siccome
in queste zone ci sono 5 fiumi appartenenti ad almeno 2 nazioni e 10 fiumi appartenenti da 3 a 10 nazioni, si sono pronosticati anche conflitti futuri proprio per l’acqua.
Si sono pensati molti metodi per ovviare la carenza d’acqua. Uno di questi è la desalinizzazione
dell’acqua marina 49 , ma il costo va da 3 a 5 volte quello dell’acqua “normale” e inoltre si producono
sostanze indesiderate (salamoia) che andrebbero poi smaltite. Altro sistema è quello della pioggia artificiale usando lo ioduro d’argento, ma ci servono sempre delle nuvole presenti. Oppure si potrebbero
trasportare degli iceberg da polo, ma il costo sarebbe davvero proibitivo.
Anzitutto si potrebbe agire riducendo gli sprechi 50 , riutilizzando acque di scarico trattate per
l’irrigazione o per le lavorazioni di certe industrie 51 .
1.25 ECOSISTEMI D’ACQUA DOLCE
1.25.1 ECOSISTEMI LOTICI: FIUMI
Il bacino idrografico (o di drenaggio) raccoglie sia le acque di precipitazione, cadute in un’area delimitata da una linea di crinali, sia quelle che arrivano da falde sotterranee anche al di fuori del perimetro dei crinali.
In base alla pendenza dell’alveo verso valle e al rilievo circostante, si riconoscono tre tratti in un corso
d’acqua sviluppato:
1. Montagna: vi si trova la sorgente, poca portata, ma alta pendenza e corrente (valle a V), forte capacità erosiva, rapide e cascate frequenti, il sedimento è molto grossolano. L’acqua è molto ossigenata (alto tenore di ossigeno disciolto OD 52 ).
2. Collina: pendii più dolci, la valle si allarga, inizia la sedimentazione con ciottoli e ghiaia, meno
rimescolamento delle acque (cala OD), variano anche le specie animali.
3. Pianura: zona di piena, maggiore sedimentazione fatta anche da elementi fini: sabbia, limi, argilla.
Il fiume forma vari meandri fino alla foce che può essere a estuario o a delta (con o senza paludi
costiere).
Ciò che deve attenuare l’effetto dell’erosione dell’acqua sul terreno è la copertura vegetale, infatti più
la vegetazione è fitta, minore è la portata dei fiumi perché l’acqua dilavata è ridotta, inoltre si ha una
forte traspirazione e un ottimo rilascio di ossigeno. Mentre gli effetti della deforestazione sono: il suolo viene eroso più velocemente sia dagli agenti atmosferici sia da un pascolo eccessivo, i nutrimenti
contenuti nell’acqua si dilavano, si ha un aumento dei sedimenti a valle che riempiono il letto del fiume, diminuisce la traspirazione, i terreni agricoli si riempiono d’acqua, le strade rendono meno stabili
le colline che tendono a franare, ecc…
1.25.2 ECOSISTEMI LENTICI
1.25.2.1 LAGHI
Possono avere origini glaciali, sono le morene che bloccano il ghiacciaio, questo rimane isolato e si
scioglie formando un lago (lago di Garda), oppure possono essersi formati a causa di terremoti o da
bocche di vulcani estinti.
49
Si conoscono due metodi: distillazione e osmosi.
Usare nei bagni sciacquoni anti-spreco. In Giappone sono state ideati prototipi di case che auto-reciclano l’acqua.
51
Il riciclo delle lattine è molto vantaggioso anche per un fattore di risparmio idrico nella lavorazione dell’alluminio.
52
Infatti un metodo per ossigenare l’acqua è proprio quello di farla “ruscellare”.
- 30 50
Durante l’anno i laghi cambino la stratificazione della loro acqua. Considerandone uno in una zona
temperata, durante l’estate si nota una zona di acqua calda (epilimnio) vicino alla superficie in cui
prevalgono gli autotrofi, mentre più in basso si ha una zona di acqua fredda (ipolimnio) in cui prevalgono gli eterotrofi, tra queste vi si trova uno strato intermedio detto termoclino.
Epilimnio
Termoclino
Ipolimnio
In autunno comincia il turn over: l’epilimnio, carico di ossigeno, si rimescola, a causa dei moti convettivi, con l’ipolimnio, carico di nutrienti che erano depositati sul fondo. Questi finendo in superficie
rendono l’acqua carica di sostanze organiche e si ha la fioritura delle alghe. In inverno non c’è la stratificazione. In primavera ricomincia il turn over. L’acqua superficiale a 4°C (massima densità) sprofonda carica di ossigeno e i nutrienti risalgono e si riottiene la fioritura.
Vi sono vari tipi di laghi:
1. Lago oligotrofo: poco nutrimento e poco plancton. Fondo roccioso. Sono sfruttati per risorsa idrica
e per praticare il nuoto.
2. Lago eutrofo: ben nutrito in pianura, ricca zona costiera, molti pesci e piante. Fondo fangoso e argilloso, ampia zona litoranea ricca di piante. Sfruttati per la pesca.
3. Lago mesotrofo: hanno caratteristiche intermedie tra i due precedenti.
1.25.2.2 PALUDI E D ACQUITRINI
Sono habitat ideali per gli uccelli perché molto produttivi. Sono ricoperti da acqua dolce poco profonda, sono molto utili perché filtrano la sostanza inquinante, diminuiscono l’erosione, e inoltre sono utilizzati per regolare il flusso fluviale quando piove molto: casse di espansione 53 . A volte però vengono
usati come discarica, rischiando così di inquinare le falde acquifere sottostanti. Fin dall’antichità queste zone umide sono state distrutte e bonificate per potervi abitare, ma ancora oggi che se ne conosce
la loro importanza ambientale (importanti per tutti i cicli biogeochimici e per il riciclo di sostanza organica) la distruzione procede 54 .
53
54
Un esempio è l’oasi di Campotto, in qui si riversano le acque del Reno quando questo è in piena.
14 ettari l’ora.
- 31 -
1.26 ECOSISTEMI MARINI
Zona costiera
Zona oceanica
Zona Intertidale
-50 m
Zona Neritica
-200 m
Piattaforma
continentale
Scarpata
continentale
Zona Batiale
-1500 m
Zona Abissale
Il 70% della superficie terrestre è ricoperta dal mare. Le zone caratteristiche sono sintetizzate nella figura. La più importante è senz’altro la zona intertidale che rappresenta la zona di differenza tra alta e
bassa marea (da 30 cm a 50 m), si ha la presenza in acqua di NaCl con una salinità del 35‰. L’oceano
ha un forte potere tamponante ed entra nel ciclo del carbonio (vedi pag. 25). Nel mare esistono delle
circolazioni di acqua calda o fredda (corrente del Golfo) che possono influenzare il clima in alcune
zone.
La zona oceanica è scarsamente produttiva e popolata 55 . Mentre la zona costiera rappresenta il 10%
del totale, la piattaforma continentale contiene il 90% di tutte le specie viventi56 , si ha quindi una altissima PP Netta. Qui si sviluppano gli ecosistemi più produttivi:
1. Barriere coralline: sono formazioni organogene dei mari caldi, composte da scheletri di celenterati (coralli) che originariamente sono bianchi (fatti di CaCO3), ma i coralli 57 vivono in simbiosi con
alghe epifite di colore rosso. Le barriere coralline sono ricchissimi di vita, proteggono la costa dai
venti e dalle onde. Sono specie minacciate perché sono aumentati i sedimenti in sospensione che
soffocano i polipi dei coralli, inoltre, la luce non arriva più con la stessa intensità e le larve fanno
fatica a formarsi, quindi la barriera diventa bianca. Essi sono anche minacciati dal riscaldamento
globale, dal petrolio, dai detergenti (usati per pulire le petroliere) e naturalmente perché usati per
collane e acquari. Ricordiamo anche gli esperimenti atomici 58 .
2. Estuari.
3. Paludi costiere: depurano e filtrano l’acqua. In Italia laguna di Venezia, valli di Comacchio. Nelle
zone tropicali ci sono paludi di mangrovie. Subiscono le stesse distruzioni delle zone umide (acquitrini).
4. Spiagge: le dune naturali accumulate dal vento sono di primaria importanza per questo ecosistema,
sopra vi si insediano prima graminacee, poi cespugli, poi ancora più lontani dal mare troviamo ecosistemi paludosi salmastri oppure foreste. Per proteggere la costa dall’erosione del mare bisognerebbe lasciare le dune 59 .
55
Nella zona abissale ci sono i pesci abissali con bocche enormi e sono anche luminescenti.
Il Benthos sono gli organismi che vivono attaccati al fondale.
57
Si nutrono di dinoflagellati.
58
Nel ’54 l’atollo di Bikini (da cui prende poi il nome il costume a due pezzi) viene distrutto, le radiazioni investono mariani americani vicini. Qualche anno fa esperimenti francesi all’atollo di Mururoa.
59
Piantando gli ombrelloni tra una duna e l’altra.
- 32 56
5. Isola barriera: (come Venezia Lido) non bisognerebbe urbanizzarle perché non sono protette dalle
intemperie.
1.27 INQUINAMENTO DELLE ACQUE DOLCI E MARINE
Tipi comuni di inquinanti sono:
1. Agenti patogeni: virus, batteri, parassiti vari (protozoi, amebe, vermi) immessi nelle fogne o dagli
allevamenti. Un indicatore della qualità dell’acqua è il numero di colonie di batteri coliformi fecali
presenti in un campione di acqua di 100 ml. Essi vivono nell’intestino. Per rilevarli si fanno delle
colture di gelatina con dentro l’acqua filtrata da analizzare, se dopo qualche giorno compaiono dei
puntini gli agenti patogeni sono presenti. Il loro numero non deve superare le 100 unità per l’acqua
potabile e le 200 per la balneazione. Nell’acqua minerale non dovrebbero esserci colonie.
2. Rifiuti con richiesta di ossigeno che vengono decomposti dai batteri aerobici. Quando questi prolificano possono consumare tutto l’ossigeno disciolto nell’acqua. La quantità di ossigeno richiesta
per la decomposizione in un certo volume d’acqua si chiama domanda biologica di ossigeno
(BOD).
3. Composti solubili: i composti tossici 60 (Hg e Pb) possono rendere l’acqua non potabile o addirittura corrosiva. Nitrati e fosfati causano una eccessiva crescita algale e di altre piante acquatiche (eutrofizzazione: respirando la notte consumano ossigeno e morendo si decompongono, facendo aumentare il BOD). I nitrati riducono la capacità di ossigenazione del sangue (per i bambini).
4. Composti chimici organici: petrolio, benzina, plastica, insetticidi, erbicidi, solventi e detersivi.
Anche se si disperdono nell’ambiente, gli organismi li concentrano nei loro tessuti, e questa concentrazione aumenta esponenzialmente a ogni passaggio delle catene alimentari (vedi esempio del
DDT a pag. 24).
5. Particelle sospese di detrito che riducono la fotosintesi e possono caricarsi di batteri e sostanze organiche nocive.
6. Sostanze radioattive: vengono scaricate nelle acque superficiali e possono produrre danni genetici
ai nascituri e tumori.
7. Calore: un riscaldamento dei corpi d’acqua (a valle di una centrale idroelettrica) può andare oltre i
limiti di tolleranza di varie specie, anche perché fa diminuire l’OD (aumenta il BOD). Il calore
può provocare stress anche se avviene lentamente.
1.27.1 FONTI PUNTIFORMI E DIFFUSE
Le principali fonti di inquinamento sono gli scarichi domestici e industriali, campi coltivati, miniere e
discariche. Alcune sono puntiformi e relativamente facili da identificare, come le industrie, mentre altre sono diffuse su vaste aree, soprattutto agricole.
I fiumi smaltiscono più velocemente gli inquinanti grazie al loro potere autodepurante: azione congiunta della diluizione, dei batteri detritivori e dei funghi, che naturalmente consumano ossigeno. Perciò non bisogna sovraccaricare di inquinanti, ciò significa che gli inquinanti devono percorrere, a valle
di una fonte e prima che vi sia una nuova immissione, un tratto sufficiente a depurare l’acqua e a recuperare l’OD. Le concentrazioni urbane sono grosse fonti di inquinamento, il problema è più drammatico nei paesi poveri, che hanno meno mezzi per depurare i liquami 61 .
Nei corsi d’acqua chiusi o semichiusi la diluizione degli inquinanti è meno efficace che nei fiumi: la
contaminazione è massima sul fondo e il ripulimento può impiegare da 1 a 100 anni. Uno dei rischi
maggiori è l’eutrofizzazione, questa si può combattere solo con metodi preventivi.
60
61
180000 tonnellate di rifiuti tossici all’anno finiscono in mare, soltanto negli USA.
1,7 miliardi di persone senza gabinetto, 1,5 miliardi non hanno acqua potabile, 1,7 miliardi bevono acqua poco potabile.
- 33 -
Mari e oceani sono la grande discarica finale per molti rifiuti. Hanno una capacità di diluizione molto
grande, ma non infinita, vengono colpite soprattutto le aree costiere esposte a inquinanti ancora molto
concentrati. In mare vi sono scarichi di ogni tipo: detriti dei porti, fanghi dei trattamenti dei liquami
(nitrati e metalli), ceneri dei rifiuti bruciati dalle navi (la plastica fa strage di animali marini 62 ), scarico
di sostanze radioattive (fino al 1985 lo scarico era libero 63 , ma in Russia anche oggi ci sono stati casi
di scarico abusivo), scarichi di petrolio (oltre ai disastri causati da incidenti navali, le petroliere lavano
i loro serbatoi in alto mare e, inoltre, i pozzi marini hanno sempre delle perdite durante l’estrazione 64 ).
Scarsa è anche la protezione contro l’inquinamento delle acque sotterranee, la decomposizione dei
batteri è scarsa, poiché l’ossigeno consumato non viene sostituito, inoltre le temperature e le turbolenze sono basse e questo rallenta le reazioni, allora la depurazione di acqua sotterranea può impiegare
anche migliaia di anni. Le fonti principali sono: perdita da vasche e discariche che non hanno fondo
impermeabilizzato oppure si scaricano sostanze direttamente sotto alla falda tramite dei pozzi.
Non bisogna dimenticare che l’inquinamento delle falde freatiche è dovuto soprattutto alla percolazione dei fertilizzanti, insetticidi ed erbicidi. Questi sono utili per un rapido aumento del raccolto, però
poi ci si deve attendere un tracollo perché i pesticidi uccidono anche gli animali benefici e vengono a
prevalere specie resistenti al trattamento che possono poi diventare infestanti 65 .
Fondamentalmente il problema rimane il fatto di una educazione all’ecologia e, inoltre, si potrebbero
introdurre multe più salate per i trasgressori.
1.28 DEPURAZIONE DELL’ACQUA
I liquami sono trattati solo nei paesi industrializzati, la depurazione non rimuove gli isotopi radioattivi
e pesticidi. Sono solo 54 i paesi che hanno uno standard di depurazione accettabili.
Si hanno due linee di processo: trattamento primario (linea d’acqua), riduce gli inquinanti nell’acqua,
e secondario (linea dei fanghi), riduzione del volume dei fanghi.
62
Due milioni di uccelli e 100000 animali marini ogni anno muoiono soffocati.
Nel 1970 un fiume nell’Ohio si incendiava spontaneamente.
64
Il petrolio forma una pellicola appiccicosa sulla superficie dell’acqua, che danneggia soprattutto uccelli marini e foche.
L’effetto è devastante: occorrono 10 anni per recuperare una zona contaminata da petrolio raffinato e 3 anni se è petrolio
greggio.
65
Nel Texas fu osservato per il cotone. In 6 anni si raddoppiò il raccolto, poi vi fu un tracollo e solo con la lotta biologica
(o lotta integrata: si avvale di tecniche naturali e di insetticidi, con meno impatto ambientale dei pesticidi) si rimisero a
posto le cose.
- 34 63
Liquami
Trattamento
secondario
Grigliatura
Vasca con cloro
(Clorazione)
Digestore di fanghi
Ambiente
Trattamento
primario
Vasca di
sedimentazione
Fanghi
Attivi
Areazione dei liquami
(Ossigenazione)
Trattamento con
batteri aerobi per
decomporre i liquami
Essiccamento dei
fanghi
Smaltimento dei
fanghi
I fanghi attivi sono il processo più applicato ed efficiente: consente la rimozione di BOD, solidi sospesi, azoto e fosforo mediante la fermentazione batterica aerobi attuata in apposite vasche aerate dove
vengono in contatto il liquame e i fanghi batterici.
Esiste anche un trattamento avanzato che fa passare il liquame secondario attraverso una serie di processi chimico fisici per eliminare le sostanze tossiche, nitrati, insetticidi, ecc… (flocculazione, carboni
attivi, desalinizzazione, rimozione nitrati e DDT, ecc…).
La clorazione è il metodo più semplice per potabilizzare l’acqua, però c’è il rischio di composti clorurati tossici presenti nell’acqua, per eliminarli bisogna farli passare sotto gli UV oppure ozono, ma il
costo è molto elevato.
- 35 -
7. Fattori limitanti
Ogni popolazione ha dei limiti di tolleranza dei fattori abiotici. Gli intervalli variano a seconda della
specie e, poiché ogni individuo è diverso, anche gli intervalli di tolleranza saranno un po’ diversi
dall’uno all’altro. A seconda di un fattore (es. la temperatura), gli animali possono essere divisi in stenotermi (stretto intervallo di tolleranza per la temperatura) oppure euritermo (alto intervallo di tolleranza per la temperatura).
Quando un fattore varia gradualmente si può avere acclimatazione, cioè un lento adeguamento, poi però un altro lieve cambiamento, di un qualsiasi fattore, potrebbe portare oltre un limite di soglia oltre il
quale non si ha più acclimatazione, ciò spiega come mai certi problemi ambientali sembrano sorgere
all’improvviso, quando in realtà erano in incubazioni da tempo. Se il cambiamento è brusco ciò non
avviene e inoltre l’acclimatazione non può essere trasmessa alle generazioni successive.
Facciamo un esempio per i pesci con la temperatura:
Dimensione
della
popolazione
Zona di non
tolleranza:
nessun
organismo
Zona di stress
fisiologico:
pochi
organismi
Intervallo
ottimale:
molti
organismi
Zona di stress
fisiologico:
pochi
organismi
Zona di non
tolleranza:
nessun
organismo
Temperatura
La temperatura media dell’intervallo di tolleranza ci indica le condizioni ottimali per la maggior parte
degli individui, alcuni, però, preferiscono temperatura più basse, altri quelle più alte (chiamati ecotipi). Se la temperatura media variasse, una minoranza si troverebbe più a proprio agio e si riprodurrebbe di più, diventando dominante, l’altra opposta non sopravviverebbe, perché avrebbe passato il limite
di tolleranza: selezione naturale.
Per i fattori limitanti della fotosintesi vedi pagina 21.
In acqua i fattori limitanti sono temperatura, luce, contenuto di ossigeno disciolto, disponibilità di nutrienti e salinità (fosfati, nitrati, Ca, F, K, Mg, S sono i macronutrienti, cioè utili se in quantità elevate.
Solitamente si concima con N,P, e K 66 ). Anche l’anidride carbonica è limitante per i pesci, essa è collegata con il pH. L’eccesso di cobalto provoca una minore produttività in un ecosistema.
La vita sta tra 100 e –200°C. I batteri sopportano temperature molto elevate (anche 80°C). Il metabolismo è maggiore con una temperatura più alta.
1.29 RADIAZIONI IONIZZANTI
Possiedono un’alta energia, provengono dal decadimento degli isotopi instabili, la loro intensità decresce con la distanza percorsa. Ve ne sono di vari tipi:
1. α: vengono fermate da un foglio di carta.
2. β (e-): fermate da una lastra di legno.
66
Legge dei fattori limitanti: se abbonda K è inutile concimare solo con N e P, perché poi K diventa limitante.
- 36 -
3. γ: sono altamente penetranti, trapassano il cemento armato.
4. Neutroni: si trovano vicino alle centrali nucleari esplose
5. Raggi cosmici
Nell’ambiente c’è sempre un certo tasso di radiazione, detta fondamentale, a cui ogni organismo è sottoposto. Una dose massiccia di radiazioni potrebbe anche uccidere, la sensibilità maggiore alle radiazioni l’hanno i mammiferi (limite 102 rad), possono subire danni al midollo osseo, soprattutto nelle
cellule giovani, mentre i più resistenti sono i batteri (limite 106 rad).
Gli isotopi radioattivi sono molto dannosi perché possono entrare nelle catene alimentari e quindi
nell’organismo, esempio lo I131 si va ad accumulare nella tiroide, mentre il Ce137 nei funghi. Un parametro importante è il tempo di dimezzamento T½: tempo impiegato dalla metà dei nuclei a trasformarsi in un isotopo stabile. Esso varia da elemento ad elemento: l’U238 ha un T½ di 4,5 miliardi di anni, per il Po239 è di 24000 anni, per il Ce137 è di 80 giorni, le scorie che contengono questi elementi
devono stare isolati per un tempo pari a 10 volte il T½ per diventare stabili e non essere più dannose,
quindi come si vede per alcuni il tempo, rispetto alla vita umana, è quasi infinito e le scorie sono impossibili da smaltire. Le scorie sono tutte derivate dalla lavorazione di sostanze radioattive all’interno
delle centrali nucleari 67 .
1.30 ACQUA
L’acqua è uno dei fattori limitanti degli ecosistemi terrestri e acquatici (di cui abbiamo già parlato).
Sulla terra viene misurata come piovosità totale (in mm) e dipende molto dalla posizione geografica. È
un fattore limitante perché molte piante non riescono a vivere in luoghi dove piove poco (ad esempio
nel deserto). Altri fattori sono l’umidità, che è la quantità d’acqua in aria, e l’umidità relativa, che è la
percentuale di vapore acqueo rispetto al valore di saturazione. La vivibilità di un ambiente è data sia
dall’umidità che dalla temperatura, infatti se sono alte entrambe l’aria diventa soffocante. Perciò gli
effetti combinati temperatura-umidità danno un effetto limitante sugli organismi all’interno di un ambiente.
La quantità d’acqua per una pianta dipende da: umidità (rugiada), piovosità, sorgenti vicine e tipo di
suolo (se è molto granuloso ci sarà molta percolazione, quindi il terreno si inaridirà, mentre per il limo
che ha granuli finissimi, l’acqua sarà trattenuta meglio con terreno umido e stagnante).
67
I due diversi tipi di reazioni nucleari che danno energia sono:
1. Fissione: si bombardano atomi di uranio arricchito con i neutroni, innestando una reazione a catena. Questo è il
processo che avviene all’interno delle centrali nucleari.
2. Fusione è quella che avviene all’interno del sole, venne usata soltanto per la bomba termonucleare che distrusse
l’atollo di Bikini. Atomi di deuterio e trizio (isotopi dell’idrogeno) vengono fatti scontrare ad altissima velocità e si
fondono insieme dando idrogeno in forma pesante. Il problema di questo processo è raggiungere la velocità e soprattutto la temperatura (100 milioni di gradi, in cui la materia è in forma di plasma) in cui D e T si possano fondere, infatti le risorse di D e T sono molto vaste visto che si possono ricavare dall’acqua marina (detta “acqua pesante”, il suo costo è di circa 50 £/litro). È stata sperimentata anche una fusione fredda, ma i risultati pratici sono ancora lontani.
- 37 -
8. Il clima
Il clima esprime la media delle condizioni climatiche in svariati anni.
á Macroclima: clima che si manifesta in un territorio più o meno vasto in stretta relazione con la situazione geografica (longitudine, latitudine, lontananza dai mari e oceani, orografia). Esempio: regione alpina, mediterranea, ecc…
á Microclima: clima che si manifesta in un punto limitato dalla superficie terrestre (grotta, sottobosco, cave, rupe soleggiata, radure, ecc…).
á Mesoclima: variazioni che subisce il macroclima di una regione a seconda degli influssi locali. Esempio: nelle valli alpine parallele ai paralleli il clima e più secco, ciò si ripercuote sulla vegetazione: pino silvestre, quindi mesoclima di tipo steppico.
1.31 ELEMENTI DEL CLIMA
L’indicatore più usato il clima è la temperatura, è rappresentata attraverso le isoterme (linee ad uguale
temperatura) si fanno delle carte in cui vengono rappresentate le zone considerate. Le misure che si
fanno sono: T media giornaliera, T media diurna (era più usata una volta, media tra Tmin e Tmax), T
media mensile, T media annuale, poi si fanno misurazioni sull’escursione termica diurna (Tmax-Tmin) e
annua (T media del mese più caldo – T media del mese più freddo).
Un altro indicatore molto comune è l’umidità che, assieme alla temperatura, sono in grado di definire
direttamente i processi di radiazione solare (latitudine, atmosfera, orografia), movimenti delle masse
d’aria e d’acqua, la rotazione terrestre e la struttura termica dell’atmosfera.
Un altro dato di cui si può disporre facilmente sono le precipitazioni (in mm), su carta si mettono in
questo caso le isoiete (linee di uguale precipitazione) e le misura fatte sono: P totale giornaliera, mensile e annuale.
(Esempio della carta dell’Emilia Romagna. T e P media annuale: sugli Appennini le isoterme sono
molto ravvicinate fra loro, notare la differenza di P fra la zona montuosa del piacentino (ovest) in cui
sono molto alte (2000) e la costa romagnola (est) in cui piove relativamente meno (700), si ha un gradiente altitudine che influenza le precipitazioni.)
1.32 DIAGRAMMI CLIMATICI
Il sistema più usato per rappresentare temperatura e precipitazione è il diagramma ombrotermico 68 . È
un diagramma a doppia scala, si basa sulla relazione 1 P = 2 T, in ascissa ci sono i mesi dell’anno e
sulle ordinate T in °C e P in mm. I valori delle medie mensili si devono riferire ad un periodo di almeno 10 anni.
68
Di Bagnouls e Gaussen.
- 38 -
Località e altitudine
Anni T
T media
annua
Anni P
P media
annua
T media
massima
del mese
più caldo
Scala T
1:1
Dai 100 mm
in su varia la
scala e la
colorazione
Scala P
1:2
Curva P
T max
assoluta
Curva T
T media
minima
del mese
più freddo
Periodo di
aridità
P<2T
T minima
assoluta
G
F M
A M G L
A S
O N D
Mesi senza gelate
Mesi con media giorni
delle T minime < 0°C
(gelate sicure)
Mesi con minima
assoluta < 0°C
(gelate probabili)
1.33 REGIMI PLUVIOMETRICI
I regimi pluviometrici (distribuzioni delle piogge) sono vari:
G
F
M
A
M
G
L
A
S
O
N
D
G
F
M
A
M
G
L
A
S
O
N
4
3
2
1
D
G
F
- 39 -
M
A
M
G
L
A
S
O
N
D
G
F
M
A
M
G
L
A
S
O
N
D
1) Regime oceanico: precipitazioni durante tutto l’anno (non presente in Italia).
2) Regime continentale: massime precipitazioni all’inizio dell’estate (in alcune valli alpine parallele
ai paralleli, ad esempio in Val Venosta, si ha un massimo estivo invece che invernale con
vegetazione di pino silvestre (si piantano i meli)).
3) Regime equinoziale o prealpino: due massimi in autunno e primavera (pianura padana e prealpi,
vedi clima centroeuropeo e di transizione, come a Bologna dove si ha un piccolo periodo di aridità
in giugno-luglio).
4) Regime mediterraneo: piogge dall’autunno alla primavera con vasta zona di aridità estiva (sulla
zone costiere, vedi clima mediterraneo).
E solo per l’Italia: Regime appenninico montano: ha andamento simile a 4) ma con P>1000 mm e T
molto più basse.
1.34 I BIOMI TERRESTRI
Sono regioni ecologiche distinte da diversi tipi di vegetazione naturale. I biomi sono ottimi indicatori
climatici e ci danno più informazioni dei singoli parametri fisici.
I principali fattori limitanti per la vita delle piante sono la possibilità di fissare azoto, la disponibilità
di certi elementi nel suolo (metalli rari, come molibdeno) e soprattutto la disponibilità d’acqua. Quindi
i biomi saranno disposti secondo le precipitazioni e successivamente a seconda dell’altitudine.
Noi considereremo i vari biomi terrestri sezionando la Terra lungo il 39° parallelo.
1.34.1 DESERTI
Area in cui la traspirazione e l’evaporazione superano le precipitazioni (250 mm/anno), si ha una
grande escursione termica dal giorno alla notte e a seconda di questo fattore si differenziano in (con
escursione termica crescente):
: Tipo tropicale (Sahara)
: Tipo temperato (California)
: Tipo freddo (il freddo è solo d’inverno naturalmente, Gobi)
La vegetazione è assente o scarsa, e di tipo basso. Le piante grasse si chiamano così perché trattengono l’acqua all’interno delle loro foglie spinose, che hanno uno spesso rivestimento cerato. Il deserto
fiorisce ad ogni pioggia grazie alle terofite (hanno un ciclo vitale ridotto). I cactus in Arizona fanno la
fotosintesi, sono di tipo C4 e aprono i loro stami solo di notte per risparmiare acqua. Gli animali sono
notturni e vivono in gallerie.
1.34.2 PRATERIE
Regioni in cui le precipitazioni sono irregolari, ma sufficienti a far crescere erbe (graminacee) e qualche albero isolato (baobab, acacie a ombrello), la siccità e gli incendi prevengono la formazione di boschi. Il manto erboso si rinnova se non è sottoposto a pascolo eccessivo 69 . Si distinguono tre tipi di
praterie.
1.34.2.1 SAVANE (PRATERIA TROPICALE)
Alte temperature (21-28°C) e scarse precipitazioni concentrate in due periodi (grandi piogge: aprile/maggio e piccole: novembre). L’ordine di successione di animali al pascolo è molto preciso: per
69
Nella savana l’ordine di successione di animali al pascolo è molto preciso: per prime avanzano le zebre (erba alta e dura), gli gnu (steli), poi le gazzelle di Thompson (foglie tenere), questo ordine rende massima l’utilizzazione dell’erba
(che dopo la pioggia cresce molto rapidamente).
- 40 -
prime avanzano le zebre (erba alta e dura), gli gnu (steli), poi le gazzelle di Thompson (foglie tenere),
questo ordine rende massima l’utilizzazione dell’erba (che dopo la pioggia cresce molto rapidamente).
1.34.2.2 PRATERIE TEMPERATE
Inverni molto freddi, con un solo breve periodo di alte precipitazioni, ed estati calde e secche. Erbe
graminacee coprono un paesaggio piatto e quasi e su cui soffia costantemente il vento. Esempi sono le
praterie americane (ricevono più pioggia delle praterie, hanno un suolo molto fertile, che molto spesso
viene coltivato aumentandone così la corrosione da parte del vento: desertificazione), le steppe asiatiche (T media 8-9°C) e le pampas sudamericane (T media 18°C).
1.34.2.3 TUNDRA (PRATERIA POLARE)
Per la maggior parte dell’anno, queste piane prive di alberi 70 sono ricoperte di neve e ghiaccio e spazzate da venti gelidi. Gli inverni sono lunghi e senza luce e l’acqua deriva dallo scioglimento della neve, non da precipitazioni. La vegetazione è scarsissima: licheni, muschi, erbe e piccoli cespugli, la loro crescita avviene nei 3-4 mesi estivi, quando è disponibile acqua e il sole non tramonta. La decomposizione è lenta a causa della bassa temperatura e la sostanza organica parzialmente decomposta si
accumula e acidificandosi diventa torba. Un altro effetto del freddo estremo è il permafrost, uno strato
di ghiaccio (100 m) che resta sotto la superficie del suolo per tutto l’anno. D’estate la parte superiore
si sghiaccia, ma nel sottosuolo no, così la tundra si trasforma in una zona umida, cosparsa di laghi,
stagni, paludi e torbiere: ambiente ideali per insetti (zanzare) che vanno a nutrire gli uccelli migratori 71 . Il suolo è estremamente sottile, impermeabile e molto fragile. Altro tipo di tundra è quella di tipo
alpino che ha vegetazione simile, ma non vi è permafrost.
1.34.3 FORESTE
Coprono aree con precipitazioni da moderate ad alte e sono formate da diversi tipi di alberi a seconda
del clima.
1.34.3.1 FORESTE TROPICALI PLUVIALI
L’aria è sempre calda e umida, le oscillazioni termiche sono minime e piove quasi in continuazione
(3000-10000 mm/anno), quindi acqua e temperatura non sono fattori limitanti. Lo sono invece i sali
nutritivi, di cui il suolo è povero.
Le piante sono sempreverdi, a foglia larga, e cortecce molto spesse 72 e hanno radici poco penetranti e
superficiali, infatti le piante trattengono nel loro corpo le sostanze nutritive, anziché cederle al suolo e
riprenderle. Si sono così organizzate in un ciclo chiuso dal punto di vista chimico-energetico, esse
hanno anche un proprio ciclo dell’acqua e del carbonio73 , chiusi entrambi. Alcune piante vivono in
simbiosi con funghi micorrizici, che si sono attaccati alle radici per aumentare, per velocizzare
l’assorbimento di sostanze nutrienti74 , altre invece sono nate direttamente sui rami delle piante più alte
(anche 40 m), sono le epifite (esempio orchidee e liane), che vivono sfruttando i pochi detriti e le gocce che rimangono dopo la pioggia.
In una foresta pluviale vi è una biodiversità maggiore che in ogni altro bioma, ad esempio le piante
sono stratificate a seconda dell’altezza e quindi dell’intensità di luce che penetra.
70
Perché le radici non si possono sviluppare a causa del permafrost, del freddo invernale e del forte vento.
Però fanno migrare le renne.
72
Sono tutti meccanismi che ritardano la perdita d’acqua.
73
L’acqua che piove è la stessa che evapora e traspira dalle piante. Mentre l’anidride carbonica prodotta dalla decomposizione e dalla respirazione delle piante è la stessa usata per la fotosintesi.
74
Il fungo (fissatore di N) da sali inorganici e la pianta ricambia con idrati di carbonio.
- 41 71
1.34.3.1.1 Disboscamento
Se vengono disboscate ampie aree, queste si trasformano in praterie o deserti. Il suolo diventa sterile
in poco tempo perché la maggior parte dei nutrienti sono contenuti nelle piante (molte di loro sono
addirittura indipendenti dal terreno), una volta tolti gli alberi il suolo perde, per dilavamento, i pochi
sali che possiede e viene esposto all’erosione. Questo perché, a differenza di una foresta temperata, lo
strato di humus è molto sottile e le piogge lo portano, via lasciando una corazza dura su cui non si può
coltivare. Un suolo tropicale può essere coltivato solo per un paio d’anni senza il massiccio apporto di
fertilizzanti artificiali, si tende quindi ad abbandonarlo per tagliare 75 un’altra porzione di foresta 76 .
Ogni anno vengono distrutti 17-18 milioni di ettari di foreste tropicali (di cui 2,5 incendiati), le cause
principali sono la richiesta di legno crescente (per mobili e riscaldamento), l’agricoltura itinerante, allevamenti di bestiame estensivi e, anche, il taglio selettivo contribuisce al degrado 77 .
Gli effetti sono molteplici: aumento dell’albedo che porta a un clima con precipitazioni irregolari, aumento dell’anidride carbonica (effetto sera) 78 . Il danno maggiore è, comunque, la scomparsa di tantissime specie vegetali e animali, con riduzione della biodiversità.
1.34.3.2 FORESTE
DECIDUE MONSONICHE
Interposte fra le foreste pluviali e le savane. Vivono sempre nei climi caldi, però le precipitazioni
(1000 mm/anno), pure abbondanti, sono limitate alla stagione delle piogge, seguita da una lunga stagione secca, in cui le foglie cadono per risparmiare acqua e ridurre la traspirazione. Il suolo è sempre
povero di sali.
1.34.3.3 FORESTE PLUVIALI TEMPERATE
Si trovano in aree esposte a venti umidi marittimi o nebbie oceaniche (Nord America). Sono dominate
da grandi conifere (abeti e sequoie). Le precipitazioni sono abbondanti, ma la temperatura media è abbastanza bassa.
1.34.3.4 FORESTE DECIDUE
Crescono in zone con temperature medie di 15°C: lunghe estati, inverni freddi ma non troppo e precipitazioni abbondanti distribuite uniformemente. Hanno una composizione più semplice delle precedenti: prevalgono alberi con foglie larghe e decidue (querce, faggi). È presente un sottobosco più ricco
che nelle foreste pluviali perché la luce riesce a filtrare meglio. Inoltre il suolo è ricco di sostanze nutritive, grazie alla caduta delle foglie e alla loro decomposizione.
1.34.3.5 TAIGA (FORESTE BOREALI)
Si trovano nelle regioni settentrionali dove il clima è subartico: inverni lunghi e secchi, con poca neve
(200-600 mm/anno) e poca luce, le estati sono corte con molte ore di luce. Temperatura media minore
di 6°C. Questo bioma si trova a sud della tundra e si estende attraverso Europa, Asia e America settentrionale. Sono dominate da poche specie di conifere: abete rosso, cedro, pino, e anche qualche latifoglia decidua: pioppo tremula, salice, betulla, larice. La scarsa diversità dipende dal rigore del clima, le
piccole foglie aghiformi (che riducono la superficie esposta) e ricoperte di cera consentono alle coni75
Nel Borneo si è incendiato invece di tagliare: altra soluzione distruttiva!
Gli indios disboscavano una piccola parte di foresta, poi dopo qualche tempo si spostavano e lasciavano che la foresta
recuperasse la zona tagliata (ci impiega più o meno un paio d’anni).
77
Perché comunque bisogna costruire delle strade per fare passare enormi camion, ecc…
78
Questo in realtà è un falso problema, in quanto l’ossigeno che era prodotto dalla piante eliminate era consumato dalle
stesse.
- 42 76
fere di sopportare freddo e siccità. Il sottobosco è inesistente: la superficie è coperta da un tappeto di
aghi e foglie. Il terreno è scarso di sali nutritivi. Durante la breve estate, l’acqua si accumula e ristagna
nelle parti depresse, impaludandole (torbiere).
La taiga è particolarmente vulnerabile alle piogge acide (vedi pagina 27) cui le foglie sono esposte in
continuazione dato che non si rinnovano. L’acidità naturale del terreno non può neutralizzare la deposizione acida, che indebolisce gli alberi.
1.35 ZONE BIOCLIMATICHE DEL GLOBO
La figura rappresenta le reali zone climatiche
globali, nell’emisfero sud manca la zona boreale.
La zona subtropicale corre lungo tutto il
mediterraneo e lambisce le coste italiane. In
Australia vi si trovano tre tipi di zone: tropicale,
subtropicale e temperata.
Ogni zona a seconda della latitudine comprende
diversi biomi (tutta l’Europa sta nella zona
temperata), analoga variazione si ha con
l’altitudine: salendo dal livello del mare lungo il
fianco di una montagna incontriamo, nello stesso
ordine, gli stessi tipi di vegetazione.
Polare
Boreale
Temperata
Subtropicale
Tropicale
Subtropicale
Temperata
Polare
Zona
Climatica
Polare
Clima
Polare
Precipitazioni
(mm)
300
Bioma
Tundra: prateria fredda presenza di permafrost. Regime
pluviometrico di tipo continentale (Churcill). T media < 0°C.
750 (neve: 5-8 mesi) Taiga: regime continantale (Mosca). T media < 6°C.
250
Ha climi molto diversi fra loro con T media 11°C:
Tutto l’anno
Regime equinoziale (Milano), foresta mista o caducifoglie.
Clima di foresta pluviale temperata a latifoglie (Valdivia),
Inverni asciutti
piove molto: 600-5000 mm.
Inverni freddi e Regime continentale (Minneapolis) con steppe e praterie.
estati aride
Deserti freddi (Gobi), vegetazione subdesertica.
Scarsissime
Foresta mediterranea a leccio, aridità estiva e piogge invernali
Invernali
(Agrigento, Cagliari, Taranto).
Abbondanti tutto Foresta a laurifoglie (Yokohama).
l’anno
Scarse e uniformi Pampas
Scarsissime
Deserto, con alcune falde che affiorano: oasi 79 (Touggurt).
Foresta pluviale (Singapore), regime oceanico.
3000-4000
1000 (estive)
Foreste monsoniche
100
Savana, un solo periodio di grandi piogge (Dakar).
Vegetazione subdesertica.
< 20
(neve per più di 8 mesi)
Boreale
Oceanico
Continentale
Temperata
Oceanico
Continentale
Steppico
Subtropicale
Desertico
Mediterraneo
Cinese
Tropicale
Platense
Desertico
Piovoso
Umido
Secco
Desertico
1.36 CAMBIAMENTI CLIMATICI ED EFFETTO SERRA
Per i cambiamenti climatici naturali a seconda dei movimenti astrologici vedi pagina 8.
79
Non si parla di bioma perché vi crescono vari tipi di piante.
- 43 -
Negli ultimi 100 anni si è avuto un aumento di CO2 come negli ultimi 20000 anni in modo naturale!
Dopo la rivoluzione industriale la quantità di anidride carbonica nell’aria è aumentata da 270 ppm a
360 ppm.
In 10000 anni la temperatura è aumentata naturalmente di 5°C, dal 1880 aumento di 0,5°C ciò può essere dovuto a una oscillazione naturale (su questo di sta ancora studiando) oppure sarà causa
dell’effetto serra? Gli esperti prevedono per il 2050 un incremento di 2-4°C, che sono tantissimi in così poco tempo!
L’effetto serra è dovuto ai gas CO2 e vapore acqueo (sono il 50%), CH4 (18% 80 ), CFC (14%) e NO2
(6%). Le principali fonti sono: 57% sono gas di combustione (combustibili fossili), 17% CFC, il resto
sono derivati dal disboscamento, agricoltura pesante, ecc… Se le previsioni corrisponderanno alla realtà, la rapidità di cambiamento sarà troppo veloce e le variazioni non daranno tempo ai viventi e
all’ambiente di adattarsi (con spostamento delle zone e vegetazioni calde verso quelle temperate). Risparmieremo sul riscaldamento, ma aumenterà il condizionamento d’aria che produce CFC. Aumenterà l’agricoltura, ma anche gli insetti infestanti (maggior uso di pesticidi). Aumenterà, anche, la respirazione e l’evaporazione che produrrà molta siccità. Nella tundra il permafrost potrebbe liberare metano (gas serra) a causa dell’eutrofizzazione degli acquitrini. E inoltre sono probabili aventi meteorologici estremi (tifoni, cicloni, uragani), diffusioni di nuove malattie e incendi. Da non sottovalutare sarà
anche l’innalzamento del livello del mare causato dallo scioglimento dei ghiacci polari. Se consideriamo che la maggior parte della popolazione mondiale vive molto vicino al mare, con soli 3°C in più
il mare si innalzerà di circa 1,5 metri facendo scomparire molte città (Venezia, Shanghai, Il Cairo) e
molte specie di piante.
L’unica speranza, in questa situazione paradossalmente disastrosa, è una retroazione negativa: con T
più alta, ci sarà più evaporazione che porterà ad un aumento della copertura nuvolosa, a cui segue un
minor riscaldamento e quindi maggiori nevicate ai poli, raffreddamento della terra e successivo bilanciamento, tutto questo a livello teorico.
L’unica cosa certa e misurabile adesso è l’aumento della CO2, le altre sono solo ipotesi. Comunque sarebbe meglio “prevenire che curare”, i rimedi sono: ridurre drasticamente l’emissione, cessare il disboscamento, migliorare l’uso energetico e cercare di abituarsi ad un livello del mare più alto.
1.37 DEPLEZIONE DELLA FASCIA DI OZONO
La fascia d’ozono O3 sta ad una altezza di 25 Km nella stratosfera, sul polo sud si è formato un buco
in questa fascia, come mai?
Nel 1974 due ricercatori osservarono che i CFC 81 erano in grado di influire in modo negativo
sull’ozono. I CFC sotto i raggi ultravioletti si spezzano e liberano un atomo di cloro che attacca
l’ozono formando monossido di Cl e ossigeno, il primo reagisce a catena attaccando ancora l’ozono
formando ossigeno e Cl, così il ciclo ricomincia. A volte poi si formano anche nitrati di Cl. I CFC per
arrivare nella stratosfera, tramite i moti convettivi, impiegano 10-20 anni e ogni molecola sta
nell’atmosfera per 65-110 anni e in tutto questo tempo una molecola di CFC può distruggere 100000
molecole di ozono.
Al polo sud durante l’estate antartica (settembre/dicembre) viene distrutto il 50% dell’ozono che fa allargare il buco: nel ’93 era 3 volte le dimensioni degli USA. Durante l’inverno si formano dei vortici
sopra al polo sud che intrappolano in goccioline i CFC, facendoli diventare inerti, poi però durante
l’estate entrano in azione. Al polo nord l’assottigliamento è pari al 25%nel periodo febbraio/giugno.
80
81
Il metano è in aumento, deriva dalle paludi, risaie, discariche, incendi e dagli apparati digestivi dei ruminanti.
I CFC sono stati scoperti nel 1930, non sono tossici, ma infiammabili e corrosivi, grazie al loro costo limitato venivano
usati nei condizionatori, nei frigoriferi, nelle bombolette spray, nella lavorazione del polistirolo espanso.
- 44 -
Si sono avuti aumenti significativi del buco anche in Cile, Argentina, Sudafrica, nuova Zelanda, Australia 82 , con aumento del 20% delle radiazioni.
Altri responsabili sono: aloe, bromuro di etili, metil-cloroformio, tetracloruro di carbonio.
Il problema più grave è che il buco lascia passare gli UV che possono provocare il cancro alla pelle,
danneggiare il DNA e modificare gli embrioni. Un assottigliamento dell’1% lascia passare il 2% in
più degli UV, così aumentano del 5-6% le malattie. Inoltre diminuisce la PP con danni per il raccolto e
anche per il fitoplancton. Servirebbero 100 anni perché lo strato di ozono ritorni integro.
I grandi organi mondiali si sono incontrati due volte per discutere il problema dell’ozono, prima a
Montreal per diminuire la produzione di CFC, poi a Londra per bloccarne la produzione entro il 2000,
oggi, 1998, la produzione è calata moltissimo, ma non ancora annullata.
82
Sono emessi giornalmente dei bollettini per dire se si può prendere il sole.
- 45 -
9. Il suolo
1.38 ORIGINE ED EVOLUZIONE DEL SUOLO
Il suolo è una sostanza in cui sono presenti i tra stati della materia: solido, liquido e gassoso.
Le varie tappe e i processi di formazione del suolo rappresentano la pedogenesi. Il suolo deriva
dall’alterazione superficiale (disgregazione) subita dai minerali delle rocce che costituiscono la crosta
terrestre sotto l’azioni di fattori fisici 83 , chimici 84 e biologici. Tra questi ultimi troviamo licheni, alghe
e muschi che secernono sostanze acide, la cui azione solvente, accompagnata da quella dell’acqua e
dei gas atmosferici, è utile per la formazione del primissimo strato di suolo. Essi vivono di pulviscolo
atmosferico e di poca acqua. Così passo dopo passo si insediano le prime piantine, poi gli arbusti e così il suolo giunge a maturazione.
1.39 I SUOLI MATURI
Nei suoli maturi i componenti sono suddivisi in strati, chiamati orizzonti, ognuno ha una tessitura, definita dalle diverse proporzioni relative di sabbia (particelle da qualche mm a 20 μ), argilla (da 20 μ a
2 μ) e limo (< 2 μ). Come visto, la frazione inorganica si differenzia per la grandezza delle particelle,
mentre quella organica è composta dai resti delle piante e degli animali e dai microrganismi. Si chiama struttura il modo di aggregazione delle particelle di sabbia, argilla e limo.
Una sezione del suolo si chiama profilo e i suoi distinti orizzonti sono indicati da lettere. Per distinguere i tipi di suolo dei vari terreni si fa riferimento proprio a questi profili. Essi si descrivono a partire dall’alto e cioè dall’orizzonte che raccoglie il detrito superficiale:
Orizzonte 0
Orizzonte A1
Lettiera: foglie cadute e resti organici parzialmente decomposti. È abitata
da batteri, funghi, lombrichi, insetti e talpe che interagiscono in varie catene
alimentari, facendo diventare il terreno un vero e proprio ecosistema.
Le sostanze organiche subiscono il processo di humificazione. Funghi e
batteri producono enzimi che accelerano la decomposizione, lasciando un
residuo scuro di materiale non digerito: l’humus. È questo a dare la fertilità
al suolo, esso conserva la porosità e trattiene umidità e sostanze nutritive.
L’humus è carico negativamente e quindi attrae ioni positivi (K+, Ca++,
NH4+), che hanno funzione nutritiva, così questi non sono dilavati. Una
molecola di acido umico contiene degli anelli benzenici, azoto ciclico e
carboidrati, tutte queste componenti lo rendono difficile da decomporre.
Colore scuro, radici delle piante e organismi viventi.
Orizzonte A2
Zona di lisciviazione dei colloidi e della sostanza organica. Colore chiaro.
Orizzonte B
Mineralizzazione: accumulo di Fe e Al (arrivati per lisciviazione dallo
strato A), composti umici, minerali argillosi e carbonato di Ca (calcinelli).
Zona di eluviazione
Zona di illuviazione
Orizzonte C e D
Terreno originario: roccia madre impermeabile alterata solo da fratture.
Esempi di profili della prateria alpina e di altri tipi di biomi.
Il profilo del suolo dipende molto dal tipo di clima, dal tipo di vegetazione presente sul topsoil (orizzonti superficiali: 0 e A) e anche dalla roccia madre.
Alcune proprietà fisiche sono importanti per definire il tipo di suolo:
83
84
Variazioni rapide della T, gelo, ghiacciai, vento, acqua e radici delle piante.
Acqua piovana (solubilizzazione, idratazione, idrolisi), ossigeno (ossidazione) e anidride carbonica (carbonatazione).
- 46 -
1. Permeabilità: determina la portata della circolazione idrica tra i pori, dipende quindi dalla loro
grandezza. Esempio l’argilla ha molti pori e di piccole dimensioni, così acqua e aria circolano a fatica: il terreno si dice asfittico (poca aria) e impermeabile. Le sabbie sono molto impermeabili, ma
non trattengono acqua. Il terreno ideale dovrebbe essere poco asfittico e in grado di trattenere molta acqua. L’aria è molto importante per fare respirare la radici delle piante, che per questo motivo
non devono stare troppo a bagno in acqua.
2. Acidità: dipende dal tipo di roccia presente, dalle precipitazioni e dal clima (nei climi umidi
l’acidità è spesso elevata, mentre nelle zone aride i suoli sono tendono a essere alcalini). Il pH è un
fattore limitante per la sopravvivenza delle piante. Rocce calcaree riducono l’acidità sciogliendosi
in parte, mettono così in circolazione calcio e bicarbonato (il quale assorbe H+). In questo modo
esercitano un’azione protettiva contro le piogge acide; queste ultime sono più dannose nei suoli
già acidi, poiché gli ioni H+ si vanno a scambiare con gli ioni positivi K+, Ca++, NH4+, facendo
perdere fertilità al terreno, aumenta la vulnerabilità delle piante e cala il raccolto. L’acidità sfavorisce anche l’attività dei batteri azotofissatori e nitrificanti, allora il terreno si impoverisce di N (esempio nelle torbiere 85 ) Inoltre, l’acidità aumenta la solubilizzazione di Fe e Al, ma purtroppo
quest’ultimo è tossico! L’alta alcalinità può rendere il Fe insolubile, dando fenomeni di clorosi
(ingiallimento).
1.40 TIPI PRINCIPALI DI SUOLI
Il primo strato di suolo che si forma viene detto litosuolo: piccolo strato di lettiera con sotto soltanto la
roccia madre R. Poi si passa, a seconda che R sia calcarea o silicea, al suolo renzine o ranker: strato A
(prevalenza di humus) su R.
Dopo, a seconda della zona climatica, si formano i vari tipi di suoli.
Zona climatica
Polare
Boreale
Bioma
Tundra
Taiga (conifere)
Tipo di suolo
La pedogenesi è molto lenta, torbiere e permafrost: terre nere
artiche.
Podsol: vanno dal circolo polare al 50° parallelo. Le basse temperature fanno si che si abbia una lenta decomposizione, ulteriormente accentuata dalla lettiera acida, a causa della resina e
degli aghi (effetto abiotico). Sotto si ha una fascia scura di humus molto fertile, subito sotto una fascia sbiancata (orizzonte
sbiancato) dal passaggio dell’acqua piovane che portano via gli
ossidi di Fe e l’Al. Questi si ritrovano, assieme a un po’ di humus, accumulati nello strato bruno inferiore.
Lettiera acida
Fascia scura
( humus)
Fascia chiara
Strato bruno
R
85
In cui vivono specie, come le piante carnivore (mangiano insetti), che riescono a sopravvivere senza N.
- 47 -
Temperata fresca
Foresta di latifoglie
decidue
(brunificazione)
Terre brune: sono predominanti in Europa. La lettiera è neutra
e molto fertile perché non c’è percolamento, infatti nello strati B
non si ha accumulo di sostanze organiche.
Lettiera
O
Fascia scura
( humus)
A
Fe + Argilla
(Zona di transizione)
Orizzonte di
alterazione
A+B
B
R
Steppe
(brunificazione)
Terre gialle: si sviluppano su substrati di arenaria (anche a Bologna). L’acqua ha decalcificato l’arenaria che si sfalda in sabbia, quindi si ha un terreno acido con insediamenti di castagni,
felci, erica, atalunia, tutte piante acidofile.
Terre nere (o cernozem): In primavera il terreno si sghiaccia e
si ha un grande accumulo di sostanza organica, poi in estate si
ha un periodo di siccità e vicino alle radici delle piante si creano
depositi di carbonato di calcio (orizzonte carbonifero) a causa
della risalita d’acqua. L’autunno arriva in fretta e la sostanza
organica non riesce a decomporsi dando un terra molto fertile
con grande strato di humus.
Lettiera
Orizzonte
humifero
Orizzonte
carbonifero
R
Terreni salini (o solonciak): si trovano vicino ad altri terreni, si
ha la risalita di una falda sotterrane, poi l’acqua evapora depositando in superficie i sali (NaCl, SO42-, CO32-). Diffusi in Russia,
Ungheria, Spagna.
Subtropicale
Steppe alofite
(salinizzazione 86 )
Foresta mediterranea Terre rosse: per l’accumulo di ferro. La temperatura elevata facilita la decomposizione e la pedogenesi. Questo tipo ti suolo è
(rubefazione 87 )
neutro e il substrato è prevalentemente calcareo. Il profilo è uniforme: ossidi di Fe che si ridistribuiscono con il calcare (impurità insolubili). Il residuo insolubile va a formare il terreno, il Fe
può risalire in superficie con l’acqua.
Lettiera
Ossidi di Fe +
impurità insolubili
R
(lisciviazione)
86
87
Terre brune lisciviate: terreni neutri.
Risalita dei sali durante l’estate che si depositano come efflorescenze o incrostazioni.
porta in profondità gli ossidi di Fe nella stagione piovosa, che poi risalgono durante quella secca.
- 48 -
Tropicale
Foresta pluviale
Foresta monsonica
Savana
Steppe 88
Terreni latteritici: Primo strato in cui si degradano velocemente
i minerali, successivo dilavamento delle basi (ossidi di Fe e Al)
che finiscono in uno spesso strato sottostante (60 m) e possono
poi risalire grazie all’acqua. A causa del disboscamento lo strato
di humus viene tolto e rimane solo lo strato B, che seccando dà
una corazza latteritica impermeabile, sulla quale al vegetazione
non ricresce.
Lettiera
Orizzonte humifero
Ossidi di Fe e Al
R
Deserto
Vegetazione desertica Terra desertica: prevale la disgregazione fisica su quella chimica. Non c’è lettiera e scarso humus.
Fenomeno di gleyficazione: con precipitazioni abbondanti in condizioni anaerobiche si ha la riduzione
degli ossidi di Fe che diventano solubili ed emigrano.
1.41 DESERTIFICAZIONE
Il suolo sarebbe una sorgente rinnovabile, ma viene eroso, in modo naturale, dal vento e, in modo
molto pesante, dall’uomo. Le cause possono essere il disboscamento, un pascolo eccessivo o colture
inadatte, con uso successivo di trattamenti. Ciò provoca una erosione violenta con perdita dell’humus
(strato A), in questo modo la fertilità del terreno si riduce e l’acqua non è più trattenuta in modo ottimale: il terreno non è più una sorgente rinnovabile. Questo fenomeno interessa 1/3 dei terreni coltivabili. Ed è da 20 a 100 volte più veloce della rigenerazione normale.
Ogni anno ci sono 90 milioni di persone in più al mondo e si perdono 24 tonnellate di terreno (25%
pascolo, 30% disboscamento.
Nei paesi aridi per aumentare il raccolto si è pensato di irrigare con molta acqua, ma ciò provoca la risalita di sali dal terreno (salinizzazione) e quindi un ritardo nel raccolto. Quindi si è pensato di aumentare ancora la quantità d’acqua per fare ridiscendere i sali, questo metodo è utile soltanto se il terreno è
ben drenato (ma ciò comporta un alto costo).
Nelle aree tropicali il terreno si rinnova nel giro di 200-1000 anni per 2,5 cm di altezza.
Negli ultimi 50 anni 500 milioni di ettari (superficie pari a quella del Brasile) sono diventati deserto.
Le regioni più colpite sono l’Africa, il Medio Oriente, l’Australia (eccesso di pascolo) e gli Usa (occidentali).
Un’altra causa della desertificazione sono le miniere a cielo aperto, che scoprono la roccia e l’acqua
piovana porta via i materiali nutritivi, ma anche quelli contenuti sul fondo (inquinanti).
88
Derivate dal disboscamento.
- 49 -
10. Ecologia del paesaggio
1.42 REGIONI CLIMATICHE EUROPEE
L’Europa è principalmente racchiusa all’interno di quattro grandi zone climatiche mondiali: polare,
boreale, temperata e subtropicale. Esse prendono altri nomi e diventano sei perché la zona considerata
si restringe (regione) e su di essa intervengono alcuni agenti climatici e fisici che la diversificano in
modo più vario.
D’inverno il clima è mitigato dalla Corrente del Golfo che investe le coste della penisola Iberica, la
Gran Bretagna e arriva fino alla Scandinavia. Grazie a questa corrente calda alcune terre, che si trovano dentro al circolo polare, rimangono libere dai ghiacci. La parte continentale, dove l’influenza del
mare non arriva, l’inverno è molto più freddo. La zona mediterranea invece è sempre mitigata dalla
presenza del mare. Le perturbazioni arrivano dall’Atlantico in inverno, mentre d’estate passano più a
nord, dando aridità in molte zone.
L’Europa è divisa nelle seguenti regioni climatiche.
1.42.1 REGIONE ARTICA
Coincide con la zona polare. La T media è < 10°C e le P sono scarse 250 mm/anno.
Il bioma presente è la tundra (permafrost e torbiere d’estate) con muschi e licheni 89 e piante cespugliose basse (mirtillo).
Le specie caratteristiche sono: la Dryas Octopetala (Rosacee) (presente sia nella zona artica che in
quella alpina, questo perché durante le glaciazioni in tutta l’Europa centrale si aveva la tundra con
questo tipo di pianta, dopo la deglaciazione si sono ritirate solo nelle zone (nunnataker) in cui la T
fosse per loro accettabile e nelle altre si sono estinte lasciando i resti fossili) e il Salice Nano (anche
lui fa parte sia della flora artica che di quella alpina, è un arbusto piccolo e legnoso).
Vi si possono trovare anche qualche albero, in particolari microclimi (Betulle 90 ).
1.42.2 BOREALE
Coincide con la zona boreale: T media < 6°C, P di 500 mm/anno, 100-200 giorni disponibili.
La taiga (podsol acidi) è il bioma prevalente. Le specie che caratterizzano questa regione sono: Abete
Rosso 91 (pigne penzolanti sono l’organo femminile) e Pino Silvestre 92 (specie frugale, pioniera si adatta a suoli sassosi, presente anche in Italia nelle vallate centrali che vanno da nord a sud; la pigna è
squamosa ed espansa all’apice, a differenza di quella dell’Abete Rosso)
Tra la vegetazione vi sono gli acquitrini formati a causa del disgelo: si formano le torbiere 93 . A causa
della povertà di N, crescono le piante insettivore (Utricularia).
1.42.3 ATLANTICA
È la regione influenzata dalla Corrente del Golfo. Il clima è molto mite (T media in inverno 1-7°C e in
estate 15-18°C) e l’escursione termica è limitata. Le P sono distribuite nell’arco dell’intero anno (da
600 fino a 2000 mm/anno).
89
Simbiosi tra funghi e alghe.
Riconoscibili dalla corteccia giallastra.
91
Picea excelsea.
92
Pinus sylvestris.
93
Il pH acido sfavorisce i batteri decompositori e la bassa temperatura rallenta la decomposizione, vengono favoriti i batteri anaerobi (anche a causa della carenza di ossigeno). Rimane così una grande quantità di materiale non decomposto: la
torba (buon fertilizzante).
- 50 90
Il bioma prevalente sono le foreste di latifoglie (querce e faggi, prevalgono le prime). Il tipo di quercia
più diffusa è la Farnia 94 (specie decidua, foglie classiche con lombatura, le ghiande hanno il picciolo
a forma di peduncolo, presente anche in Italia e nella regione centroeuropea) assieme alla Rovere 95
(non ha i peduncoli nelle ghiande) 96 .
Anche è il Faggio 97 (latifoglia decidua, foglie lucide con margine intero, per frutti hanno le faggiole)
è ampiamente diffuso.
Altre specie presenti: Agrifoglio (sempreverde natalizia, poco estesa nella regione centroeuropea) e
Tasso (o albero della morte, perché contiene una sostanza molto velenosa).
1.42.4 CENTROEUROPEA
Presenti sempre foreste a latifoglie, come nella regione atlantica: prevalgono i faggeti sui querceti
(Farnie e Rovere).
Questa zona non risente dell’influsso del mare infatti le T medie sono più basse (gennaio –2/-4°C e
luglio 18/27°C) e le precipitazioni, regolari lungo l’anno, sono però più scarse che sul mare (P 380700 mm/anno). Il bioma presente è la steppa , il terreno è il cernozem o le terre brune.
1.42.5 PANNONICA
Ci sono poche P (< 450 mm/anno) concentrate in primavera ed aridità in estate. Tra estate e inverno la
T è molto diversa (differenza di circa 20°C).
Regione coltivata fin dall’antichità, così i boschi presenti sono pochi. Questi sono prevalentemente a
latifoglie: querce (Cerro 98 , ha la ghianda con la base piuttosto arricciata e una foglia caratteristica delle querce). Altre specie presenti sono la Farnia, la Roverella 99 (rametti molto pelosi, presente anche
nella regione mediterranea), il Carpino orientale 100 .
Nella parte di steppa che racchiude questa regione sono presenti le principali pianto alofite (amanti del
sale): Salicornia (presenti anche in Italia nelle paludi salmastre e il Germania lungo le autostrade, perché d’inverno viene usato il sale per evitare che la strada si ghiacci).
1.43 REGIONE MEDITERRANEA E PAESAGGIO ITALIANO
In questa regione le temperature sono piuttosto calde (T media estate 21°C e inverno 6°C) e le precipitazioni di 400-900 mm/anno, ma con 1-2 mesi senza pioggia. Le terre sono prevalentemente rosse e
gialle.
Questa regione occupa in pratica la zona subtropicale: Spagna, le coste francesi, Italia, Grecia. Le specie che caratterizzano questa regione sono il Leccio 101 (quercia sempreverde con foglie, non lombate,
lucide sopra e sotto, preferisce le zone soleggiate e le terre gialle con substrato di arenaria) assieme
all’Ulivo coltivato (foglie non lombate e sotto bianchicce). Queste due specie si possono trovare anche
nella regione Insubria dei grandi laghi italiani. Altre specie presenti sono: Quercia spinosa, Quercia da
sughero. Tra i pini il più comune è Pino d’Aleppo, poi il Pino domestico 102 e il Pino marittimo 103 . Solitamente la foresta mediterranea è composta da un’insieme di queste specie. Grande presenza anche
94
Quercus robur.
Quercus petraea.
96
La foresta di Sherwood, nella leggenda di Robin Hood, era composta da Roveri e Farnie.
97
Fagus sylvatica.
98
Quercus cerris.
99
Quercus pubescens.
100
Carpinus orientalis.
101
Quercus ilex.
102
Pinus pinea.
103
Pinus pinaster.
- 51 95
di arbusti: Mirto, Corbezzolo (albero con fiori bianchi e frutti rossi: ha ispirato la bandiera italiana),
Carrubo (soprattutto a sud dove è più caldo) e Fillirea (foglia dura, lucida e sempreverde).
Le zone mediterranee sono state quelle antropizzate per prime nella storia, quindi la presenza di foreste è molto scarsa anche per questo motivo. In alcuni casi la foresta mediterranea di alto fusto (in Italia) non può sopravvivere o è stata tagliata e ha preso il suo posto una fascia di arbusti bassi (2-3 m)
detta macchia mediterranea. I 2 tipi di macchia sono: primaria (presente quando il vento erode molto
e il terreno è arido, dove quindi la foresta non può vivere) e secondaria (zone in cui c’erano le grandi
foreste poi distrutte, ciò ha dato origine alla macchia). Solitamente la macchia viene incendiata per dare posto al pascolo di ovini, se questi incendi sono molto frequenti la macchia non cresce più e il suolo
diventa gariga (arbusti bassissimi con alcuni punti di terra nuda) e alla lunga altri incendi potrebbero
provocare il fenomeno di desertificazione. Questo fenomeno può avvenire anche quando le coltivazioni vengono abbandonate (con le intemperie cadono i muretti di protezione dal vento è il terreno si
degrada progressivamente: isole greche). In certi posti si ha l’invasione delle specie americane (fico
d’India e Agave) nella gariga.
L’Italia, dal punto di vista climatico, è divisa in zone costiere e il centro della penisola, cioè
l’Appennino, la Pianura Padana e le Alpi, con clima abbastanza differente a causa del gradiente altitudine.
1.44 AREALI DI DISTRIBUZIONE DELLE PRINCIPALI SPECIE FORESTALI
La maggior parte delle foreste europee si trova in Russia e molte di queste sono formate da sempreverdi.
L’areale di una specie vegetale è l’area in cui la specie è distribuita, indipendentemente
dall’abbondanza, questa è delimitata da una linea.
La forma e le caratteristiche dell’areale dipendono da: clima, fattori geografici (catene montuose oppure oceani) e storia geologica (glaciazioni).
Si dice areale disgiunto un areale che comprende una vasta zona e alcune piccole (esempio la Dryas
Octopetala), mentre si dice circumboreale un areale unito senza disgiunzioni (esempio l’areale del
mirtillo individua la regione boreale). Le specie più diffuse si dicono cosmopolite.
L’areale dell’Abete rosso indica che è una specie boreale, infatti proprio in quella zona trova il suo optimum, ma è comunque presente sulle Alpi, nei Balcani e sugli Appennini (Abetone, che è il punto più
a sud di diffusione dell’Abete rosso).
L’areale del Pino silvestre appartiene alla regione boreale, ma anche in Italia in tutte le valli parallele
ai paralleli (Val Pusteria, Valtellina, Val Venosta, Val Sugana, Val di Fiemme, nel reggiano e anche a
Monte Sole, punto italiano più a sud). È molto esteso, si ferma alla regione atlantica, ma prosegue a
est fino alla Russia inoltrata.
Il Faggio è la specie caratteristica medio europea, è presente soltanto sopra gli 800 m.
La Farnia è la specie prevalente della Pianura Padana, mentre il Rovere non cresce in pianura.
Le specie orofite sono quelle che vivono solo in montagna: esempio l’Abete bianco (le foglie sono
piatte e la parte sottostante è bianca), non vive nella taiga, ma in montagna si. In Italia è presente dalle
Alpi alla Calabria
I confini della regione mediterranea è data dall’areale del Leccio: arriva fino in Romagna però lo troviamo anche sulle Prealpi, vicino ai grandi laghi (Insubria), e sull’Appennino, il punto di diffusione
più vicino a noi è il contrafforte pliocenico (Vado): microclima ottimale con esposizione al sole. Altra
piante che segna i confini di questa regione è l’olivo coltivato, è presente anche vicino ai grandi laghi
perché l’acqua ha una funzione termoregolatrice.
Altro limite un po’ più a nord è quello della vite.
- 52 -
1.45 VEGETAZIONE A SECONDA DELL’ALTITUDINE (ALPI)
Lo stesso gradiente latitudinale lo si ritrova in altitudine. Con la quota aumentano le precipitazioni, il
vanto, l’esposizione alla luce del sole e quindi anche la temperatura.
Le fasce 104 , a partire dal livello del mare, sono:
1. Planiziale: si possono trovare farnieti e lecci sparsi. Vedi anche pagina Errore. Il segnalibro non
è definito..
2. Collinare (fino a 800 m): c’è una prevalenza di querceti (Roverella, Farnia e Rovere) assieme ai
Carpini bianchi.
3. Submontana (800-1200 m): zona ricoperta di faggeti che prediligono il clima umido. Nelle valli
delle prealpi parallele ai paralleli si trova anche il Pino silvestre 105 . Questa è anche la zona in cui si
insedia il castagno (rocce silicee e clima mite e piovoso). Ai limiti dei canaloni franosi trova il suo
ambiente ideale l’Ontano.
4. Montana (1200-1900 m): specie caratteristica l’abete rosso, attorniato da abeti bianchi 106 (presenti solo sulle Alpi, in altre catene montuose europee no), faggi (che potenzialmente non ci dovrebbero essere, ma sono presenti comunque fino a 1400 m) e larici (specie decidua, amanti dello S,
può arrivare anche più in alto con specie solitarie). In questa zona c’è il limite della foresta (15002000 m), che oggi è stato abbassato per far posto a prati falciabili e pascolo (nelle zone subalpine e
alpine).
5. Subalpina (1900-2200 m): circa 2000 m è il limite degli alberi, anche se ci sono qualche eccezioni
con il larice e il cembro, che presentano alcune specie isolate anche ad altezze superiori. È la zona
dei pascoli: sono brughiere di arbusti: mirtillo, rododendro e pino mugo (nano). Se sono troppo
sfruttati generano delle praterie di nardo, pianta pungente che non viene mangiata da bovini, allora
il pascolo diventa poco produttivo. Vicino alle malghe (stalle montane) si possono trovare macchie di piante nitrofile, che le mucche non gradiscono, questa crescita è dovuta all’apporto eccessivo di sostanze azotate. Alcuni laghi subiscono l’interramento a causa delle piante idrofile 107 e si
ha la formazione delle torbiere su cui iniziano a crescere anche degli alberi.
6. Alpina (2200-3000 m): brughiera, prateria e poi tundra, è il paesaggio che ci si presenta. Roccia
affiorante e poca erba sparsa, piccoli prati di salici nani. Ci sono anche accumuli di pietrisco dove
piante riescono a buttare le loro radici dopo ogni frana di pietre: sono ambiente mobili. Le piante
hanno varie forme: a cuscinetto, a rosetta o a cespo. La crescita è lentissima, devono riuscire a sopravvivere ad un lungo innevamento, rimandando la fioritura se si prolunga l’inverno. Sono ambienti molto vulnerabili.
7. Nivale (sopra i 3000 m): Siamo sopra il limite delle nevi perenni o quasi. Il Ranunculus glacialis
riesce a vivere fino a 4272 m, sfruttando il calore della neve riesce a vegetare, aspettando il momento più opportuno per fiorire. Più in su non ci sono piante fiorite, ma solo muschi e licheni fino
a 4700 m, più in alto ancora ci sono soltanto alghe e batteri.
104
Tra una e l’altra ci sono, chiaramente, delle zone di transizione.
La perturbazioni che arrivano sulle prealpi si scaricano su di esse, poi l’aria calda (phön) entra nelle valli parallele ai
paralleli.
106
Sono un misto fra l’abete rosso e il faggio: pigne rivolte verso l’alto e aghi argentati.
107
Eriofolo: tipo di cotone.
- 53 105
11. Vegetazione dell’Emilia Romagna
L’Emilia Romagna viene considerata nella regione Centroeuropea e lungo la costa boschi e foresta
mediterranea (bosco della Mesola, Pineta di San Vitale e di Classe). Quindi facendo una riduzione
della scala, da europea a padana, l’Emilia Romagna può essere divisa in 2 fasce: costiera e planiziaria.
1.46 FASCIA PLANIZIARIA: PIANURA PADANA
Alla fine delle glaciazioni la Pianura Padana era più estesa, poi con il ritiro dei ghiacci il livello del
mare si è alzato e una parte è finita sott’acqua. Arrivano anche molti sedimenti portati dal disgelo, così
la pianura assume l’aspetto attuale con dossi e collinette. Nella preistoria (6000 a.C.) era popolata da
tribù liguri, la vegetazione era composta da un’alternarsi di foreste di farnie, salici e pioppi contornati
da enormi acquitrini, questo portò l’uomo a costruire su palafitte per scampare all’acqua. L’unico
lembo di bosco planiziario originario rimasto nella zona Padana è la foresta Panfilia o di
Sant’Agostino.
Dall’alto di vedono appezzamenti molto regolari con lunghe strade rettilinee (avvallate perché il terreno cede per subsidenza), ciò è dovuto all’assegnazione in parti uguali, in età romana, degli appezzamenti ai legionari. La linea di costa era più arretrata. I disordini di tipo idraulico 108 , che caratterizzarono la passa padana intorno all’anno 1200, fecero aumentare le zone paludose a sud, poi grazie ad idrovore si è riusciti, dopo svariati tentativi, a bonificare. Oggi le acque vengono controllate con argini,
canali e chiuse, ma molti paesi si trovano sotto il livello dell’acqua. Queste zone umide, importantissime per gli animali e per il microclima, andarono via via distrutte, solo 50 anni fa erano 40000 ettari,
oggi soltanto 750, sono rimasti solo l’oasi di Campotto, usata come cassa di espansione del fiume Reno, e alcuni residui isolati, usati come riserve di caccia.
Molto spesso sono galleggianti: foglie sul pelo dell’acqua e fusto attaccato al fondo (Ninfea, che a
Campotto è in declino) oppure completamente isolate dal suolo (Azolla109 ). Verso la riva c’è una cintura di piante elofite acquatiche con fusto e radici in acqua (Canna di palude). Sulla riva ci sono piante
con solo la parte basale a contatto con l’acqua (Iris, Canne, Tifo). L’enorme rete di canali ha fatto crescere una grande quantità di queste piante, sono zone con una grande PP. I maceri, dove prima si macerava la canapa, ora abbandonati e trasformati in discariche abusive. Dove la falda freatica è molto
alta, si possono formare delle risorgive: l’acqua si infiltra nell’alta Pianura Padana e viaggia sottoterra,
poi quando incontra terreni impermeabili risale in superficie dando sorgenti o polle. Apparentemente
sono invisibili perché mascherati dalle molteplici varietà di piante (cespugli e alberi) che ci vivono vicino e dentro, ma queste chiazze d’acqua fresca e ossigenata, che viene chissà da dove, sono molto
importanti. I fontanili di Parma e Reggio ne sono un esempio.
La vegetazione risente della morfologia della falda: se è molto profonda si forma un bosco QuercoCarpineto (Farnia, Carpino bianco, Ciliegio, Acero, Olmo, ecc…), se è mediamente profonda si trovano specie più idrofile (Ontano nero, Frassino) mischiate alle precedenti, se, invece, la falda è affiorante (foresta golenale 110 ) si forma un bosco di Larice-Frassineto (Frassino, Pioppo bianco, Salice
bianco 111 , Prugnolo, Nocciolo, ecc…). La Foresta di Sant’Agostino è un classico esempio di QuercoCarpineto (qui da noi a Bologna non c’è), è famosa soprattutto per i tartufi: funghi che sono in simbiosi micorrizica con le radici delle farnie. La struttura del bosco di dice colonnare, perché sono presenti
108
Grande alluvione del 1192 con prosciugamento del Po di Primaro. Sul suo alveo ora scorre il Reno.
Ha in simbiosi alghe azzurre o cianobatteri che sono fissatrici di N, quindi la pianta è autosufficiente. Molto importante
per le risaie in Asia, usata per fare la rotazione dei campi.
110
Che si allaga di continuo.
111
Si trova in zone che vengono inondate di frequente, infatti se la falda è affiorante, appena piove il sottobosco si allaga.
Per controllare l’entità della piena del fiume si guarda a che altezza si sono fermati i sacchetti di plastica sui rami.
- 54 109
molti altofusti. L’altro tipo è detto a rametti perché i salici quando vengono tagliati riescono a ricrescere dal ceppo con piccoli rametti, questi sono boschi cedui, cioè che vengono tagliati.
La vegetazione del greto del fiume è molto particolare, abitato soprattutto da specie nitrofile, come
quelle americane con greto di sabbia112 oppure se, il greto è di ciottoli, la specie predominante è il Poligonum. L’azoto arriva dagli scarichi industriali e cittadini.
Il resto della pianura è coltivato a frutteti, grano (frumento) e grano turco (mais, quello con la pannocchia). I papaveri diventano infestanti nei campi di grano. Le siepi diventano molto importanti per
l’equilibrio dei campi coltivati.
1.47 FASCIA COSTIERA
Si trovano svariate specie di piante. Il bosco della Mesola è una mescolanza di latifoglie decidue (farnie) e non (leccio). Quindi è una foresta colonnare che fa parte della zona protetta del parco del delta
del Po. In alcune zone l’elemento mediterraneo prevale e si trovano boschi di pini e lecci. Un esempio
è la pineta di San Vitale a di Classe (a sud di Cervia), sono seminaturali, cioè gli alberi sono stati piantati dagli etruschi e dai romani, qui infatti ci dovrebbero essere delle farnie. Queste zone verdi non
vengono ne protette ne curate, così soffrono delle inquinamento dei fiumi che sfociano in mare (Po e
Reno) e della salsedine (che contiene sostanze tossiche). Le specie prevalenti sono il pino domestico
(a ombrello con scudetto rilevato sulle pigne) e il pino marittimo.
Due caratteristici biotopi sono Punta Alberete (vicino alla strada Romea, è una foresta idrofila formata
da frassini, caratteristica patina verdastra formata da piccolissime piante: Lemna) e il delta del Po
(troviamo piante amanti del sale in tutte le valli che si sono formate).
1.47.1 LE SPIAGGE
In una prima zona troviamo tutti i detriti portati dal mare, poi le dune sabbiose in varie serie. La vegetazione è molto particolare, infatti non ha bisogno di suolo (psammofile è il nome delle piante amanti
della sabbia), però è scomparsa in quasi tutto il Mediterraneo. La vegetazione ricopre le dune e le consolida. A queste dovrebbe succedere un bosco di leccio e farnie, ma a causa dell’opera di etruschi e
romani ora ci sono le pinete. I boschi dovrebbero impedire l’entrata di venti freddi provenienti dal mare. Ancora dietro le dune ci sono gli stagni retrodunali, che evaporando stagionalmente fanno diventare il suolo molto salino, qui si sviluppano piante alofite, come la salicornia 113 . Quindi tutto dipende
dalla concentrazione di sale nell’acqua, in base alla quale cambia la vegetazione.
1.48 FASCIA COLLINARE E MONTANA
1.48.1 TRA I 200 E GLI 800 M
Sopra alla fascia planiziaria, alle prime pendici partono i primi boschi misti di latifoglie: Roverella
(prevale nei pendii esposti a sud-est o sud-ovest, quindi boschi eliofili) e Carpino nero (prevale nelle
pendici nord). Ci sono anche molti prati falciabili (foraggere), usati per arricchire di N il suolo, e anche incolti, i quali vengono colonizzati dai cespugli inizialmente poi, col passare del tempo, tendono a
diventare un nuovo piccolo bosco. La copertura della vegetazione è a macchie a causa della elevata
presenza antropica. Si hanno anche i primi segni di erosione con i calanchi, dovuti all’erosione delle
argille che si imbeve di acqua e poi smotta, dando strutture a lama di coltello. La loro formazione è
dovuta allo sfruttamento eccessivo di terreni agricoli argillosi
112
Si trovano anche nei campi di barbabietole, sfruttano il concime ricco di N. Un esempio è la Patata americana (margheritona gialla), l’Amaranto e, a volte, anche il Pomodoro, che riesce perfino a maturare naturalmente, concimandosi con
rifiuti organici.
113
Sono frequenti anche nella laguna veneta. Contengono potassio e vengono usate nella fabbricazione del vetro.
- 55 -
Versanti sud: gli alberi non sono mai molto alti, il bosco ha una struttura abbastanza aperta e
un’altezza di 7-8 m, grande quantità di querce: Roverella e a volte anche qualche Rovere, dove il terreno è più acido.
Versanti nord: non di sono boschi colonnari, i fusti sono sottili e intrigati a causa della potatura, si
formano dei polloni (che crescono da una ceppaia) da cui poi ricrescono i carpini neri. Quando si fa la
potatura, ogni tanto nei polloni viene lasciato un albero (quasi sempre una quercia) perché così è garantita l’ombra e si evita l’erosione del suolo: sono dette matricine. Sono presenti anche i castagneti,
si distinguono soprattutto in giugno perché sono in fiore. Sono stati introdotti dall’uomo sia per le castagne sia per il legno. Ora però sono quasi tutti malati e vengono abbandonati, così c’è l’invasione di
altre specie.
C’è molta lettiera, in marzo grande fioritura del sottobosco (primule, orchidee e anemoni), prima che
gli alberi mettano le foglie. Il frassino vive su entrambi i versanti.
Vi sono anche il pino domestico e altre specie mediterranee, sebbene non sia la loro zona. Si espandono bene nei microclimi esposti a sud, sulle pareti rocciose che si scaldano molto. Il leccio è diffusissimo 114 . È presente anche il pino silvestre, componente della taiga, l’ultimo estremo italiano a sud si
trova a Monte Sole.
Su terreni calcarei (gessi bolognesi) si ha il fenomeno del carsismo con forme a conca (doline) e attorno roverelle e lecci. Sono ambienti molto delicati. La flora è a cuscinetto (come in altura) perché sul
gesso si ha un maggior riscaldamento se esposto al sole.
1.48.2 DAGLI 800 FINO AI 1700 M
Incontriamo le faggete e abeti bianchi. Le conifere sono le più svantaggiate dal taglio perché non ricrescono dal ceppo rimasto, solitamente vengono usate come rimboschimento. Nel Casentino (Romagna-Toscana) c’è una grande foresta di faggi (anche di alto fusto) e abeti bianchi 115 . Presenza particolare nel forlivese di tasso e agrifoglio (specie atlantiche) insieme ai faggi e a Monte Nero (PiacenzaLiguria) c’è il pino mugo (sopra la faggeta, dove ci dovrebbero essere le conifere). In Appennino si ha
la presenza delle torbiere, usate dall’uomo per il pascolo.
1.48.3 SOPRA I 1700 M
Sopra il limite degli alberi c’è la brughiera di vetta (a differenza delle Alpi dove ci sono le conifere):
nardi e mirtilli. Ci sono anche le malghe. Il limite degli alberi è spesso abbassato dall’uomo per ricavare più pascolo. Si trovano delle specie artico-alpine anche sul Corno alla Scale.
1.49 CARTOGRAFIA DELLA VEGETAZIONE
La carta della vegetazione potenziale (cioè quella presente se l’uomo non fosse esistito) considera
l’orografia, l’influsso del mare, la geomorfologia, ecc…
Le carte della vegetazione reale sono più precise e dettagliate, prendono quadrati di 10 Km per 10
Km, ma non coprono tutto il territorio ma si ipotizza che in alcune zone simili ci sia la stessa vegetazione che in altri punti (metodo sociologico).
Come si procede per fare una carta della vegetazione?
Si fanno rilievi sulla vegetazione elencando le specie presenti a cui si associa una percentuale di copertura (a occhio). Dopo il lavoro di raccolta dati, si fa un’analisi dei rilievi e poi si attribuiscono le
zone a diversi tipi vegetazionali: si dà un binomio di classificazione (esempio querco-carpineto). Dopodiché si fa una carta strutturale in cui è segnato ciò che si vede in ogni luogo (esempio prati, cespugli, aree urbane, ecc…), si sfrutta il metodo aereo con lo stereoscopio si riescono poi a vedere in rilievo le foto scattate dall’aereo: metodo della fotointerpretazione. La successiva carta della vegetazio114
115
Nelle stagioni intermedie è riconoscibile perché è di colore scuro.
Una volta usati per le travature delle chiese di Firenze.
- 56 -
ne è più dettagliata: segnala i tipi di alberi presenti. Dall’analisi dei rilievi si danno limiti massimi e
minimi di espansione di una specie in una zona, così di attribuiscono a tutte le zone simili (stesso substrato, altitudine, esposizione, ecc…) riempendo la cartina.
- 57 -
12. Problemi globali
1.50 RISORSE ALIMENTARI
1.51 RISORSE ENERGETICHE
1.51.1 FONTI NON RINNOVABILI
1.51.2 FONTI RINNOVABILI E ALTERNATIVE
1.51.3 RISORSE MINERARIE NON COMBUSTIBILI
1.52 RIFIUTI
1.53 DINAMICA DI POPOLAZIONE
- 58 -

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