Le Catene alimentari

CATENA ALIMENTARE
„
In tutti gli ecosistemi naturali la fonte di energia primaria
è il sole. La maggior parte di questa energia viene persa
sotto forma di calore, mentre una piccolissima parte
viene utilizzata nella fotosintesi,
fotosintesi, come primo gradino
della catena alimentare.
„
PRODUTTORI AUTOTROFI: vegetali che, tramite il
processo di fotosintesi clorofilliana sono grado di
sintetizzare la materia organica partendo da sostanze
inorganiche, utilizzando la luce solare come fonte di
energia: 12 H20 + 6 C02 = C6H1206 + 6 02 + 6H20
„
CONSUMATORI (ETEROTR0FI): animali
erbivori (consumatori primari) e carnivori
(consumatori secondari, terziari etc.)
etc.) che si
nutrono di altri organismi viventi.
DECOMPOSITORI (Saprofiti): eterotrofi
(principalmente batteri, protozoi, funghi) che
ottengono la loro energia sia demolendo tessuti
organici morti, sia assorbendo materia organica
disciolta. Rimettono in circolazione la materia
organica.
„
Le catene alimentari sono numerose, in quanto diversi
consumatori si nutrono di più
più tipi di cibo. Gli animali che
appartengono a più
più di una catena alimentare collegano una catena
all’
all’ altra formando una rete alimentare
Le Catene alimentari
Gli organismi dell'Ecosistema sono
organizzati in costruzioni ad anelli dette
catene alimentari.
alimentari.
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Gli anelli o “livelli” della catena alimentare
Energia
entrante
Piante
Energia uscente
Erbivori
pascolanti
Carnivori
predatori di
erbivori
Carnivori
predatori di
erbivori e
carnivori
AMBIENTE
Catena alimentare e livelli energetici
Flusso di Energia
‰
I° livello: piante (produttori).
‰
II°
II° livello: erbivori (consumatori primari).
‰
III°
III° livello: carnivori predatori degli erbivori
(consumatori secondari)
‰
IV°
IV° livello: carnivori predatori di altri carnivori o
erbivori (consumatori terziari)
CATENA DEL PASCOLO
2
CATENA DEL DETRITO
…E l’uomo?
?
L'uomo,
come
altri
animali onnivori, che si
nutrono sia di prodotti
vegetali che di prodotti
animali, può occupare
più di un livello, tra i
consumatori.
CICLI BIOGEOCHIMICI
Il ciclo biogeochimico (o ciclo vitale) è il percorso
seguito da un determinato elemento chimico
all'interno della biosfera.
In ogni ciclo è possibile distinguere due comparti:
un pool di riserva,
riserva, grande e stabile, dove l'elemento
non è immediatamente disponibile per gli organismi
e gli scambi sono poco attivi.
un pool di scambio,
scambio, labile, di dimensioni ridotte ma
circolante attivamente, in cui l'elemento è disponibile
per gli organismi e gli scambi tra l'ambiente ed essi
sono molto più
più attivi.
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CICLI BIOGEOCHIMICI
„
„
„
In base alla localizzazione del pool di riserva, i cicli
biogeochimici vengono distinti in:
gassosi,
gassosi, dove il pool di riserva è l'atmosfera
l'atmosfera o l'idrosfera
l'idrosfera
es: ciclo dell'azoto
ciclo dell'acqua
ciclo del carbonio
sedimentari,
sedimentari, dove l'elemento è presente in una riserva
localizzata nella litosfera
es: ciclo del fosforo
ciclo dello zolfo
ciclo del ferro
CICLO DELL’
DELL’ACQUA
„
Il ciclo dell'acqua è un ciclo gassoso che consiste nella
circolazione dell'acqua tra l'atmosfera, la terra, le acque
superficiali, le acque sotterranee e gli organismi viventi,
includendo le i cambiamenti di stato fisico dell'acqua tra
la fase liquida, solida e gassosa.
CICLO DELL’
DELL’ACQUA
„
„
I molteplici cicli che compie l'acqua terrestre includono i
seguenti processi fisici: evaporazione,
evaporazione, condensazione,
condensazione,
precipitazione,
precipitazione, infiltrazione,
infiltrazione, scorrimento e flusso
sotterraneo.
sotterraneo. La scienza che studia il ciclo dell'acqua è
l'idrologia
l'idrologia..
Quando una molecola d'acqua arriva nel mare, in media
ci mette 2.000 anni ad evaporare nuovamente. Rimane
nell'atmosfera mediamente per 12 giorni prima di
condensarsi e precipitare nuovamente come pioggia,
neve o grandine ed infiltrarsi nel suolo.
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CICLO DELL’
DELL’ACQUA
„
La quantità
quantità di acqua che arriva ad infiltrarsi nel terreno
dipende principalmente dalla permeabilità
permeabilità del suolo o
della roccia. Le acque sotterranee tendono a muoversi
molto lentamente, così
così l'acqua può ritornare alla
superficie anche dopo 10.000 anni: in questi casi di
lunga permanenza nel sottosuolo è detta “acqua
fossile”
fossile”.
CICLO DELL’
DELL’ACQUA
„
„
Quindi sotto l’l’azione della forza di gravità
gravità l’acqua ritorna
alla superficie ad altezza inferiore a quella del punto di
infiltrazione.
Inizia ora lo scorrimento dell’
dell’acqua, tramite il quale
l'acqua superficiale si muove in pendenza verso il mare.
mare.
L'acqua che scorre nei torrenti e nei fiumi può stazionare
nei laghi per un certo tempo. Non tutta l'acqua ritorna al
mare per scorrimento; gran parte evapora prima di
raggiungere il mare.
CICLO DELL’
DELL’ACQUA
„
REGOLAZIONE DEL CLIMA
L'acqua riceve energia dal Sole,
Sole, che facendo evaporare
l’acqua presente negli oceani ne riduce la temperatura.
E’ stato calcolato che senza l'effetto di raffreddamento
generato dagli oceani l'effetto serra porterebbe la
temperatura superficiale del nostro pianeta a 67 °C.
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CICLO DELL’
DELL’ACQUA
CICLO DELL’
DELL’AZOTO
„
„
„
Questo ciclo viene definito gassoso poiché
poiché il pool di
riserva, cioè
cioè il serbatoio di questo elemento chimico,
chimico, è
appunto l'atmosfera, dove l'azoto occupa circa il 78 %
del volume totale.
Tutti gli esseri viventi devono assimilare l’l’azoto per la
formazione di composti organici vitali, quali le proteine e
gli acidi nucleici.
nucleici.
Ad eccezione di particolari batteri,
batteri, l'azoto atmosferico
non può però essere direttamente assorbito
dall’
dall’atmosfera.
CICLO DELL’
DELL’AZOTO
„
„
„
„
Le piante possono assimilare l'azoto tramite l'assorbimento di
alcuni composti azotati (nitriti
(nitriti,, nitrati e sali d'ammonio)
d'ammonio) che
disciolti nell'acqua
nell'acqua del terreno giungono fino alle loro radici.
radici.
Una volta organicato, l'azoto viene trasferito agli organismi
eterotrofi,
eterotrofi, come gli animali,
animali, mediante la catena alimentare.
alimentare.
La decomposizione dei resti organici restituisce al terreno
l'elemento, che può ritornare nell'atmosfera grazie all'azione di
di
alcuni batteri specializzati.
Questo ciclo risulta molto complesso proprio perché
perché l'atomo
l'atomo di
azoto può entrare a far parte di un elevato numero di molecole:
molecole:
azoto molecolare, ammoniaca e sali d'ammonio, nitriti, nitrati ed
azoto organico. I processi chimici coinvolti per la loro
formazione possono essere suddivisi in quattro tipi:
azotofissazione, ammonificazione, nitrificazione e
denitrificazione.
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CICLO DELL’
DELL’AZOTO
„
„
L'azotofissazione
L'azotofissazione è un processo con cui l'azoto
molecolare (N2) presente nell'atmosfera viene
trasformato in ammoniaca (NH3) o nei sali d’
d’ammonio
derivati, grazie soprattutto all’
all’attività
attività di batteri liberi nel
terreno o viventi in simbiosi con le radici di alcune piante,
come le leguminose ed alcune felci.
felci.
Dal punto di vista agricolo la fissazione biologica è una
fonte d'azoto molto importante per l'arricchimento del
terreno, perché
perché il solo uso dei fertilizzanti chimici non
potrebbe soddisfare la sua richiesta su scala mondiale.
Una pratica agricola che sfrutta questa simbiosi per la
fertilizzazione del terreno è il sovescio con le
leguminose.
CICLO DELL’
DELL’AZOTO
Radici di leguminosa:
leguminosa:
all'interno dei noduli
radicali vivono
i batteri azotofissatori
CICLO DELL’
DELL’AZOTO
„
„
„
Tramite l’l’ammonificazione l’azoto organico che si trova
negli amminoacidi presenti nei prodotti di rifiuto e nelle
sostanze organiche in putrefazione viene trasformato in
ammoniaca NH3 o nei sali d’
d’ammonio derivati. Questo
processo è attuato da particolari batteri e funghi che
degradando l'azoto amminico liberano l'ammoniaca nel
terreno, dove può reagire con diversi composti per
formare i sali d'ammonio.
Le molecole d'ammoniaca che vengono così
così liberate nel
suolo possono subire un processo chiamato
nitrificazione da parte di particolari batteri, che possono
trasformare l'ammoniaca in nitriti ((-NO2). Altri batteri poi
possono ossidare i nitriti e produrre nitrati ((-NO3).
Grazie alla denitrificazione una parte dell'azoto dei
nitrati viene trasformato ad opera di batteri denitrificanti
specializzati in azoto molecolare che ritorna
all'atmosfera.
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CICLO DELL’
DELL’AZOTO
CICLO DELL’
DELL’AZOTO
„
„
Nella catena alimentare, l'azoto presente nelle
piante viene ingerito dagli erbivori,
erbivori,
successivamente prede dei carnivori di
dimensioni modeste che vengono poi predati
dagli altri carnivori di dimensioni generalmente
più
più grosse.
In questo modo l'azoto rimane dentro il corpo
degli esseri viventi fino alla loro morte: in seguito
tramite l'azione degli organismi decompositori
esso ritorna nel terreno dove viene riassorbito
dalle piante.
CICLO DEL CARBONIO
„
„
In questo ciclo il carbonio
viene prelevato,
utilizzato e restituito
all'ambiente attraverso
meccanismi di
trasferimento che
interessano l'intera
biosfera.
Il carbonio è presente
nell'atmosfera
nell'atmosfera terrestre
come anidride carbonica,
carbonica,
che rappresenta solo lo
0,04% circa della
composizione
dell'atmosfera
(percentuale in aumento).
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CICLO DEL CARBONIO
„
Altri gas contenenti carbonio sono il metano e i
clorofluorocarburi (i CFC, totalmente artificiali). Questi
sono tutti gas responsabili dell’
dell’effetto serra,
serra, la cui
concentrazione nell'atmosfera é aumentata negli ultimi
decenni, contribuendo probabilmente al riscaldamento
globale
CICLO DEL CARBONIO
„
Sotto l'effetto della luce solare, mediante il processo di
fotosintesi, le piante prelevano dall'atmosfera CO2 la
trasformano assieme all'acqua in zuccheri come
glucosio.
CICLO DEL CARBONIO
„
Parte del carbonio immagazzinato nei tessuti vegetali
passa successivamente agli animali che si cibano delle
piante ed ai carnivori che si cibano degli erbivori.
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CICLO DEL CARBONIO
„
„
Parte del carbonio presente nei tessuti degli organismi
viventi, animali o vegetali, viene ritrasformato in CO2
attraverso la respirazione e restituito all’
all’atmosfera.
Quando le piante e gli animali muoiono, i loro tessuti
vengono attaccati dagli organismi decompositori,
liberando gli elementi che la costituiscono. Quindi anche
il carbonio viene liberato sotto forma di CO2 e restituito
anch’
anch’esso nell’
nell’atmosfera.
CICLO DEL CARBONIO
CICLO DEL FOSFORO
Il ciclo del fosforo è tipicamente sedimentario: infatti il comparto di riserva è
costituito, quasi esclusivamente, dalle rocce fosfatiche; solo quando esse
riemergono per eventi geologici, il fosforo può entrare in circolazione per azione
erosiva atmosferica o per solubilizzazione dei fosfati insolubili.
I prodotti di erosione, contenenti fosfati solubili, passano dalla litosfera alla
pedosfera, dove possono essere assorbiti e organicati dalle piante
(assorbimento_del_fosforo).
Il fosforo a differenza di elementi come carbonio, azoto, zolfo, viene incorporato
nelle molecole organiche senza subire reazioni di riduzione.
Il fosforo organicato dalle piante entra poi nelle catene alimentari (flussi di
energia e produttività).
I microrganismi del suolo che degradano i detriti vegetali e animali liberano
nuovamente fosforo inorganico, generalmente sotto forma di fosfati; che vengono
riutilizzati dalle piante.
Infatti, poiché il fosforo è generalmente scarso, partecipa a un processo di
riciclizzazione.
Parte dei fosfati presenti nel terreno viene dilavata dalle piogge e portata al mare,
dove viene utilizzata parzialmente da alghe e animali marini.
Parte del fosfato che arriva in mare viene restituita alla terra da organismi che si
cibano di pesci (guano); un'altra parte invece si deposita nei sedimenti della zona
litorale e del fondo del mare (fosforo_nei_sedimenti).
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Lo schema rappresenta in sintesi le direzioni dei flussi di fosforo
tra le tre sfere:
biosfera,
litosfera,
idrosfera.
L'atmosfera in effetti non entra nel ciclo, dato che il fosforo è
presente quasi esclusivamente in forma di fosfato, non volatile.
Si vede che gli scambi avvengono sempre mediante la litosfera,
salvo il riciclo che avviene nell'ambito della biosfera (se si
comprendono anche i resti organici).
Guano
Il guano è costituito da depositi di escrementi di uccelli marini e rappresenta
una riserva di fosfato inorganico che dal mare ritorna alla terraferma, cioè
in ciclo; i giganteschi depositi di guano sulle coste del Perù sono
correntemente utilizzati dall'uomo per i concimi.
Questo trasferimento di fosforo mediato dagli uccelli sta continuando, ma con
una velocità inferiore a quella del passato, perciò questa modalità di ritorno
del fosforo alla terraferma è attualmente insufficiente per rimpiazzare il
fosforo che dalla terraferma torna al mare.
Fosforo nei sedimenti
Le acque dell'oceano sono stratificate a causa della diversa densità: quelle
più dense, più fredde e a maggior contenuto di sali rimangono sul fondo, dove
continuano ad arricchirsi di fosfati e di altre sostanze nutritive.
Le acque oceaniche profonde circolano lentamente, tanto che occorrono
migliaia di anni per una circolazione completa.
Piccole quantità di fosfati sono incorporate in sedimenti marini come i fanghi
rossi di mare profondo e le rocce carbonatiche.
La decomposizione delle sostanze organiche lascia nei sedimenti piccole
sfere, (dette pisoliti) di apatiti, fluorofosfato di calcio. Le correnti ascendenti
li depositano sulle piattaforme continentali da dove, in parte, ritornano alle
terre emerse per fenomeni tettonici.
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