Biosfera - Roma Tre
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Biosfera - Roma Tre
Biosfera Leonardo Beccarisi Corso di Ecologia Università degli Studi di Roma Tre 3 marzo 2011 16a lezione Sommario 1 Energia e materia nella biosfera Fonti di energia Il problema energetico Compartimenti della biosfera 2 Distribuzione e formazione della biosfera Estensione verticale Formazione della biosfera Biodiversità Energia e materia nella biosfera Fonti di energia Biosfera Biosfera Involucro terrestre in cui è presente la vita. Alcune caratteristiche: Disponibilità di una fonte di energia luminosa (il sole). Presenza dell’atmosfera (un prodotto della forza gravitazionale) che protegge da radiazioni ultraviolette (tossiche per i tessuti biologici) e meteoriti. Presenza di acqua in tre stati di aggregazione. L’acqua: costituisce il 60-80% della massa degli organismi viventi occupa i 3/4 della superficie terrestre è il medium in cui avvengono le reazioni biochimiche è un solvente per sostanze polari o ioniche ha funzione di trasporto di materia sia a livello di organismo che di ecosistema Energia e materia nella biosfera Fonti di energia Energia Energia utilizzata dagli organismi autotrofi Energia solare (fotoautotrofi) Energia chimica di vari composti minerali (chemioautotrofi) Fonti di energia naturale Sole (energia solare) Geotermia (energia geotermica) Energia e materia nella biosfera Fonti di energia Fonti di energia primaria per l’uomo A Fonti non rinnovabili Carbone Petrolio Gas naturale B Fonti rinnovabili Energia Energia Energia Energia Energia Energia Energia geotermica idroelettrica marina (moto ondoso, maree, . . . ) solare eolica da biomasse da termovalorizzazione (incenerimento dei rifiuti) C Energia nucleare Energia e materia nella biosfera Fonti di energia primaria Centrale termoelettrica (Italia) Fonti di energia Energia e materia nella biosfera Fonti di energia primaria Centrale idroelettrica (Russia) Fonti di energia Energia e materia nella biosfera Fonti di energia primaria Impianto solare (USA) Fonti di energia Energia e materia nella biosfera Fonti di energia primaria Impianto eolico (Belgio) Fonti di energia Energia e materia nella biosfera Fonti di energia primaria Impianto eolico off-shore (Danimarca) Fonti di energia Energia e materia nella biosfera Fonti di energia primaria Centrale geotermica (Giappone) Fonti di energia Energia e materia nella biosfera Fonti di energia primaria Centrale nucleare (Spagna) Fonti di energia Energia e materia nella biosfera Fonti di energia Produzione di energia in Italia Energia e materia nella biosfera Il problema energetico Combustione Combustione del metano (CH4 ) CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2 O Energia e materia nella biosfera Il problema energetico Aumento della concentrazione atmosferica di anidride carbonica Concentrazione (in volume) di CO2 a Mauna Loa (Hawaii) Energia e materia nella biosfera Riscaldamento globale Il problema energetico Energia e materia nella biosfera Il problema energetico Soluzioni per la riduzione di CO2 atmosferica Utilizzo di fonti energetiche rinnovabili Risparmio energetico Usare meno l’automobile Isolare termicamente i fabbricati Produrre meno rifiuti ed evitare gli sprechi consumistici Utilizzare elettrodomestici ad alto rendimento energetico Utilizzare lampade elettriche a basso consumo energetico Immagazzinamento di CO2 Piantumare alberi Minimum till (aratura minima dei campi coltivati) Iniettare CO2 in strati di rocce sotterranee o in acque profonde Energia e materia nella biosfera Il problema energetico Obiettivi della Unione europea per l’anno 2020 Pacchetto clima-energia: obiettivo 20/20/20 (2009) e Comunicazione Energia 2020 (2010) Obiettivi ambientali Incremento del 20% di produzione energetica da fonti rinnovabili Riduzione del 20% delle emissioni di CO2 20% in più di risparmio energetico Obiettivi economici Diminuire la dipendenza dai paesi esteri produttori di idrocarburi Costruzione di una rete comunitaria che consenta una libera circolazione dell’energia Apertura di un dibattito su un maggiore ricorso al nucleare Energia e materia nella biosfera Il problema energetico La scelta dell’energia nucleare Vantaggi, inconvenienti, rischi Il nucleare presenta: A. Vantaggi Nessun inquinamento atmosferico B. Inconvenienti Necessità di un’assoluta sicurezza C. Rischi Incidenti gravi, improbabili ma possibili Obiettivi ideali di attentati Radiazioni radioattive delle scorie Energia e materia nella biosfera Il problema energetico La scelta dell’energia nucleare Smaltimento delle scorie radioattive Un reattore con una potenza di 1000 megawatt produce in media ogni anno 80 m3 di materiale a bassa o media radioattività e circa 9 m3 di rifiuti ad alta radioattività. La maggior parte dei rifiuti è messa in depositi provvisori. Alcuni esperti propongono di finanziare nuove ricerche per capire se le scorie parzialmente esauste potrebbero trasformarsi in una riserva strategica di energia per il futuro da utilizzare all’interno di centrali di nuova concezione. Energia e materia nella biosfera Il problema energetico Produzione di energia nucleare in Italia La produzione di energia nucleare in Italia durò dal 1963 (costruzione della centrale di Latina) al 1987 (referendum contro il nucleare). Parte dell’energia attualmente importataa viene prodotta con centrali nucleari. a L’importazione di energia avviene prevalentemente dalla Svizzera e dalla Francia I compartimenti della biosfera Atmosfera Idrosfera Geosfera Distribuzione e formazione della biosfera Estensione verticale Estensione verticale della biosfera Distribuzione e formazione della biosfera Formazione della Terra 4,6 miliardi di anni fa Formazione della biosfera Distribuzione e formazione della biosfera Formazione della biosfera Origine della vita Condizioni della Terra primordiale da cui trassero origine i primi composti organici 1 L’atmosfera era composta da metano, ammoniaca, anidride carbonica, idrogeno ed acqua; l’ossigeno molecolare era scarso o assente 2 I primi semplici composti organici (aminoacidi) si formarono in quest’atmosfera esposta a varie forme di energia (luce ultravioletta, scariche elettriche) 3 Questi composti si accumularono in un brodo primordiale 4 Dal brodo primordiale si svilupparono le molecole organiche più complesse Alexander Oparin (1894-1980) Stanley Miller (1930-2007) Distribuzione e formazione della biosfera Formazione della biosfera Prime rocce sedimentarie note 3,8 miliardi di anni fa Le Banded Iron-Formations (BIFs) di Isua (Groenlandia) La temperatura della superficie solida Era scesa da circa 1500° (punto di fusione del ferro), ad una temperatura media compresa tra 0-100° (punti di ebollizione e di congelamento dell’acqua). Distribuzione e formazione della biosfera Formazione della biosfera I primi fossili 2,8 miliardi di anni fa Stromatoliti Ambiente di formazione attuale di stromatoliti (Shark Bay, Australia). Le stromatoliti sono strutture sedimentarie, contenenti carbonati, prodotte da microrganismi fotoautotrofi, in particolare cianobatteri (= alghe azzurre). Distribuzione e formazione della biosfera Formazione della biosfera I più antichi organismi multicellulari noti 670 milioni di anni fa Fauna di Ediacara Distribuzione e formazione della biosfera Formazione della biosfera I più antichi animali con rivestimento esterno 550 milioni di anni fa Opabinia regalis (ricostruzione) Distribuzione e formazione della biosfera Formazione della biosfera I più antichi animali con rivestimento esterno 550 milioni di anni fa Aysheaia pedunculata (ricostruzione) Distribuzione e formazione della biosfera Formazione della biosfera I più antichi animali con rivestimento esterno 550 milioni di anni fa Pikaia gracilens (ricostruzione) Distribuzione e formazione della biosfera Formazione della biosfera Ossigeno atmosferico Great Oxygenation Event (GOE) Le linee verde e rossa rappresentano il range delle stime (Ga = Miliardi di anni fa). Stage 1 (3.85–2.45 Ga) Nessuna produzione di O2 Stage 2 (2.45–1.85 Ga) L’O2 prodotta è assorbita dagli oceani Stage 3 (1.85–0.85 Ga) L’O2 prodotta inizia ad essere assorbita dalla superficie terrestre e forma lo strato di ozono atmosferico Stage 4 e 5 (0.85 Ga-presente) L’O2 si accumula nell’atmosfera Distribuzione e formazione della biosfera Formazione della biosfera Ossigeno atmosferico La funzione tossica dell’ossigeno L’ossigeno inibisce alcuni processi fondamentali della biosfera. L’azotofissazione1 è il processo con cui l’azoto molecolare atmosferico viene convertito in ammoniaca. La presenza di ossigeno, anche a basse concentrazioni, inattiva il processo. L’azotofissazione è svolta solo da specie batteriche, come alcune alghe azzurre (in cui l’azotofissazione si compie all’interno di cellule specializzate a membrana spessa, dette eterocisti) ed altri batteri azotofissatori anaerobi o aerobi con metabolismo particolare. 1 o fissazione dell’azoto Distribuzione e formazione della biosfera Biodiversità Evoluzione biologica L’evoluzione è un processo a due fasi: 1 Variazione genetica La produzione di variazione genetica tra una generazione e l’altra avviene grazie a ricombinazione genetica flusso genico mutazioni 2 Selezione La selezione riguarda la sopravvivenza differenziale tra gli organismi di nuova formazione. Distribuzione e formazione della biosfera Che cosa è la biodiversità? La biodiversità è la moltitudine delle modalità con cui la vita si manifesta. a. Diversità di specie b. Diversità genetica c. Diversità di ecosistemi Biodiversità Distribuzione e formazione della biosfera Biomi I biomi sono tipi generali di ecosistemi, distinti sulla base di: condizioni climatiche modalità di crescita tipi di vegetazione. Ogni bioma ha una propria peculiare distribuzione geografica. Biodiversità Distribuzione e formazione della biosfera Biodiversità Distribuzione dei biomi Cunningham Fig. 8.3 p.206 Distribuzione e formazione della biosfera Biodiversità Distribuzione dei biomi Cunningham Fig. 8.2 p.206 Collegamenti con il libro di testo Capitolo 3 pp. 69-71 Capitolo 4 pp. 101-103 Capitolo 8 pp. 205-207 Morin pp. 59-78 Letture consigliate Ippolito F. (eds.), 1993 Ambiente Terra. I fattori naturali della sua evoluzione. Le Scienze. Mayr E., 1998 Il modello biologico. McGraw-Hill. Siti web Energy Strategy for Europe http://ec.europa.eu/energy Forum Nucleare Italiano www.forumnucleare.it Fonti delle immagini Wikipedia (pp. 24, 28, 13, 21, 15, 16);Paul Harrison (p. 27); Heinrich D. Holland (p. 32); Kristian Peters (pp. 33); Aleksey Nagovitsyn (p. 28); Nobu Tamura (pp. 29, 31); Sitron (p. 30); jonadab (p. 4); StefanvonHalenbach (p. 22); Uwe Gille (p. 23); IncessantBlabber (p. 20); erlandh (p. 18); Vignaccia76 (p. 6); Dr. Meierhofer (p. 7); Doc Searls (p. 8); Melipal1 (p. 9); Kim Hansen (p. 10); Si-take (p. 11); RobertoUderio (p. 12); Wilson44691 (p. 26). Presentazione realizzata con il sistema Beamer 3.07.