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ECOLOGIA Capitolo 1: La natura lo studio scientifico delle relazioni tra gli organismi e comprende non solo le condizioni fisiche, ma anche le componenti biologiche. include sia le interazioni con il mondo fisico sia quelle con i membri della propria e di altre specie. Gli organismi interagiscono co...

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ECOLOGIA Capitolo 1: La natura dell’ecologia L’ecologia è lo studio scientifico delle relazioni tra gli organismi e l’ambiente. “Ambiente” comprende non solo le condizioni fisiche, ma anche le componenti biologiche. “Relazioni” include sia le interazioni con il mondo fisico sia quelle con i membri della propria e di altre specie. Gli organismi interagiscono con l’ambiente nel contesto dell’ecosistema. La parte eco della parola fa riferimento all’ambiente. La parte sistema denota che si tratta di un insieme di componenti in relazione tra loro che costituiscono un’unità. In senso ampio, sono due le componenti basilari interagenti:  quella vivente, o biotica;

 non vivente, o abiotica. Una popolazione è un gruppo di individui della stessa specie che occupa una determinata area. Due popolazioni possono trarre benefici dalle relazioni che intercorrono tra loro, avendo maggiori probabilità di sopravvivenza in presenza l’una dell’altra. L’insieme di tutte le popolazioni di specie diverse che vivono e interagiscono in un ecosistema viene definito una comunità. Se l’ecosistema è il contesto nel quale gli organismi interagiscono con l’ambiente, anche tutte le comunità e gli ecosistemi sono collocati in un contesto spaziale più ampi: il paesaggio, cioè un mosaico di comunità ed ecosistemi su un’area di terra (o acqua). Ci si riferisce ad ampie regioni, caratterizzate da tipologie simili di ecosistemi, quali le foreste tropicali, le praterie o i deserti, con il termine biomi. Il livello più elevato di organizzazione dei sistemi ecologici è la biosfera, il sottile strato che ricopre il pianeta Terra in cui sono presenti tutte le forme viventi. In ecologia, l’organismo individuale rappresenta l’unità fondamentale. E’ infatti l’individuo a rispondere agli stimoli ambientali. E’ l’insieme delle nascite e delle morti degli individui a determinare la dinamica delle popolazioni e sono le interazioni tra gli individui della stessa e di diverse specie a definire le comunità. Infine, l’individuo trasmette i suoi geni alle generazioni successive.

Capitolo 2: l’ambiente fisico L’atmosfera terreste intercetta la radiazione solare e l’interazioni molecolari che ne derivano producono calore e causano ambiti termici che associati alla rotazione e al movimento della terra generano venti e correnti oceaniche. Questi a loro volta influenzano le caratteristiche metereologi che della terra. Una superficie molto calda come quella del sole emettere radiazioni a onde corte; al contrario superfici fredde come quelle della terra emettono radiazioni a onde lunghe. Della radiazione solare il 30% viene riflesso e disperso nuovamente nello spazio dalle nuvole e dall’atmosfera (26%) e dalla superficie terrestre (4%). Il 19% viene assorbito dall’atmosfera e dalle nuvole. In questo modo solo il 51% della radiazione solare diretta e indiretta viene assorbita dalla superficie terreste:

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Il 23% determinerà EVAPORAZIONE DELL’ACQUA Il 7% RISCALDERA’ L’ARIA IN PROSSIMITA’ DELLA SUPERFICIE Il 21% RISCALDERA’ LE TERRE E GLI OCEANI che a loro volta emetteranno radiazioni verso l’atmosfera sottoforma di radiazione termica a onda lunga.

La radiazioni a onde lunghe emessa dalla sup. terrestre supera il 21% di radiazione solare assorbita: complessivamente è pari circa al 117%. Infatti la superficie riceve radiazione solare (a onda corta) solo durante il giorno, ma emette costantemente radiazioni a onda lunga, sia durante il giorno che durante la notte. Inoltre solo una piccola frazione (6%) di questa energia si disperde nello spazio. La maggior parte (111%) viene assorbita dal vapore acqueo, dalla CO2 atmosferica e dalle nuvole. Molta di questa energia (96%) viene irraggiata nuovamente verso la terra, producendo l’effetto serra. ENERGIA IN ENTRATA= 51%+96%= 147% ENERGIA IN USCITA= 30%+117%= 147%

Il bilancio delle radiazioni ( termico) della terra è quindi in EQUILIBRIO. La radiazione elettromagnetica emessa dal sole copre un ampio intervallo di lunghezze d’onda. La luce visibile è solo una piccola parte dell’intervallo di radiazioni solari che raggiungono l’atmosfera terrestre. Queste lunghezze d’onda sono anche conosciute nel loro insieme come radiazione fotosinteticamente attiva (par), perché sono quelle che le piante usano come fonte di energia nel processo di fotosintesi. Lunghezze d’onda più corte della luce visibile costituiscono la luce ultravioletta (UV). Esistono due tipi di luce ultravioletta:  

UV-A con lunghezza d’onda da 315 a 380 nm UV-B con lunghezza d’onda da 280 a 315 nm

La radiazione con lunghezza d’onda più lunga delle luce visibile è l’infrarosso. L’energia solare totale intercettata in ogni punto della superficie della terra varia con la latitudine. La variazione è dovuta al fatto che alla alte latitudini la radiazione colpisce la superficie con un angolo inclinato diffondendo la luce del sole su un area più ampia, e in secondo luogo al fatto che questa radiazione, a causa della marcata inclinazione dell’angolo, deve attraversare uno strato d’aria più spesso, incontrando un numero maggiore di particelle atmosferiche che ne riflettono una quantità più significativa verso lo spazio. La variazione latitudinale della radiazione solare che raggiunge la superficie terrestre spiega la diminuzione della temperatura dall’equatore ai poli, ma non i cambiamenti che avvengono nel corso di un anno; le stagioni dipendono dall’inclinazione dell’asse terrestre. La terra orbita intorno al sole su un piano chiamato eclittica. L’asse di rotazione della terra è inclinato di 23,5°. Questa inclinazione determina le variazioni stagionali. All’equatore il giorno e la notte hanno la stessa durata tutto l’anno. All’equinozio di primavera e all’equinozio d’autunno la radiazione solare incide direttamente sull’equatore: in questi momenti la regione equatoriale è riscaldata più intensamente e ogni luogo sulla terra ha le stesse ore di luce e di buio. Durante il solstizio d’estate nell’emisfero boreale i raggi solari incidono direttamente sul tropico del Cancro. Questo è il momento in cui nell’emisfero boreale i giorni sono più lunghi e il sole è più colpisce più intensamente la superficie.

Al contrario nello stesso momento nell’emisfero australe è inverno. Durante il solstizio d’inverno nell’emisfero boreale i raggi solari incidono direttamente sul tropico del Capricorno. Nell’emisfero australe in questo momento è estate, in quello boreale i giorni sono più corti e le temperature più basse. Quindi, il solstizio d’estate nell’emisfero boreale corrisponde a quello invernale nell’emisfero australe. Le variazioni stagionali della radiazione solare, della temperatura e della lunghezza del giorno aumentano con la latitudine. La variazione nell’intensità e nella lunghezza dell’esposizione alla variazione solare può spiegare i cambiamenti nelle temperature latitudinali, stagionali e giornaliere. Il peso dell’aria esercita una forza sulla superficie terrestre e la forza complessiva che agisce su una data area è detta pressione atmosferica. A causa della maggiore pressione, a livello della sup. terrestre la densità dell’aria è elevata;con l’aumento dell’altitudine sopra il livello del mare essa diminuisce. Il tasso di diminuzione della temperatura con l’altitudine è chiamato gradiente termico ambientale. La diminuzione della temperatura dell’aria allontanandosi dalla superficie terrestre dipende da due fattori: a causa della più alta densità dell’aria alla superficie, le molecole d’aria collidono generando calore. La diminuzione della densità con l’altitudine determina una minore collisione, per cui si produce meno calore. Il secondo e più importante fattore è comunque il declino nell’ “effetto riscaldante” della superficie della Terra. L’assorbimento della radiazione solare serve a riscaldare la superficie terrestre. L’energia ( radiazione a onde lunghe) emessa verso l’alto dalla superficie riscalda l’aria sovrastante. Dal momento che il calore fluisce spontaneamente dalle aree più calde a quelle più fredde, questo processo di trasferimento continua verso l’alto, ma ha un tasso che è in diminuzione, poiché l’energia emessa dalla superficie viene dissipata. A differenza della pressione e della densità, la temperatura dell’aria non decresce costantemente con l’aumento dell’altitudine. Infatti a determinate altezze nell’atmosfera, con il cambio di altitudine si verifica un brusco cambiamento nella temperatura. Sulla base di queste altitudini, nell’atmosfera si distinguono diverse regioni a partire dalla superficie terrestre:    

TROPOSFERA STRATOSFERA MESOSFERA TERMOSFERA

Le zone di confine tra queste 4 regioni dell’atmosfera sono rispettivamente la TROPOPAUSA, la STRATOPAUSA e la MESOPAUSA. Le due regioni più importanti in termini di clima, e quindi per la vita sulla terra sono: TROPOSFERA e STRATOSFERA. Quando un volume d’aria sulla superficie si scalda, diventa galleggiante e si innalza. Innalzandosi, a causa della pressione decrescente si espande, e si raffredda. La diminuzione nella temperatura nell’aria causata dall’espansione è chiamata raffreddamento adiabatico. Il tasso di raffreddamento adiabatico dipende dalla quantità di umidità presente nell’aria. Il raffreddamento adiabatico dell’aria secca è di circa 1° ogni 1000m di altitudine, mentre l’aria umida si raffredda più lentamente. Il gradiente di variazione della temperatura con l’altitudine è chiamato gradiente adiabatico.

L’atmosfera è uno strato in contino movimento che viene azionato dall’innalzamento e dall’abbassamento delle masse d’aria e dalla rotazione della terra sul proprio asse. La regione equatoriale riceve la maggiore quantità di radiazione solare nel corso dell’anno. L’aria calda risale perché è meno densa di quella fredda sovrastante. L’aria riscaldata della regione equatoriale si innalza fino alla parte più alta dell’atmosfera, generando una zona di bassa pressione in prossimità della superficie. Spostandosi verso i poli le masse d’aria si raffreddano, diventando più pesanti e scendono nuovamente. L’aria discesa innalza la pressione in prossimità della superficie generando una zona di alta pressione. L’aria raffreddata più pesante, fluisce verso l’equatore, rimpiazzando l’aria calda innalzatasi al di sopra dei tropici. Le masse d’aria e tutti gli oggetti in movimento sono deviati a dx (in senso orario) nell’emisfero boreale e a sx ( in senso antiorario) nell’emisfero australe. Questa deviazione nell’andamento dei flussi d’aria è l’effetto Coriolis. Questo effetto non consente un flusso d’aria diretto dall’equatore ai poli, determinando una deviazione delle masse d’aria e generando una serie di fasce di venti prevalenti. Queste fasce rompono il semplice flusso d’aria di superficie verso l’Equatore e il flusso in alto verso i poli in una serie di sei celle, tre in ogni emisfero. Esse producono aree di bassa e alta pressione, a seconda che le masse d’aria salgano dalla superficie o discendano verso di essa. L’ aria riscaldatasi nella regione tropicale si muove verso l’alto, generando una zona di bassa pressione vicina alla superficie: la zona di bassa pressione equatoriale. Questo flusso d’aria verso l’alto è bilanciato da un flusso di aria da nord a sud attraverso l’equatore. Quando la massa di aria calda si alza , essa comincia a diffondersi, muovendosi in direzione nord e sud verso i poli e raffreddandosi mentre procede. Nell’ emisfero boreale, l’effetto Coriolis tende a deviare la massa d’aria verso est, rallentando il suo avanzamento verso nord. A 30° di latitudine l’aria raffreddata si abbassa, chiudendo la prima delle 3 celle( cella di Hadley) . L’aria discendente forma una fascia di alta pressione semipermanente sulla superficie che circonda la terra: la zona di alta pressione subtropicale. Essendosi abbassata, l’aria fredda si scalda e si suddivide in due correnti che fluiscono sopra la superficie. Una , deviata verso destra dall’effetto Coriolis si muove in direzione nord verso il polo, per diventare un vento prevalente da ovest. Nel frattempo l’ altra corrente si muove in direzione sud verso l’equatore. Questo flusso di corrente verso sud , anch’esso deviato verso destra va a formare venti stabili e forti, chiamati venti alisei. quando l’aria mite dei venti da ovest si muove verso il polo, incontra aria fredda che retrocede dal polo. Queste due masse d’aria di temperatura contrastante non si mescolano subito. Esse sono separate da una fascia chiamata fronte polare, una zona di bassa pressione (la zona di bassa pressione sub polare) dove l’aria di superficie converge e si solleva. Una parte dell’aria innalzata si muove in direzione sud verso le zone di alta pressione sub tropicali, dove si abbassa tornando verso la superficie: in questo modo si chiude la seconda cella (cella di Ferrel). Quando l’aria che si muove in direzione nord raggiunge il polo, si abbassa lentamente verso la superficie e fluisce indietro verso il fronte polare (direzione sud), completando la terza cella : la cella polare. Quest’aria che si muove in direzione sud è deviata verso destra dall’effetto Coriolis e da origine ai venti polari da est. Flussi simili avvengono nell’emisfero meridionale. Le caratteristiche principali dei flussi d’acqua superficiali negli oceani vengono determinate soprattutto dalla distribuzione, direzione e intensità dei venti prevalenti. Questi movimenti d’acqua ricorrenti con caratteristiche precise sono chiamati correnti. Ogni oceano è dominato da due grandi moti di circolazione (gyres) delle acque. All’interno di ciascuna circolazione le correnti

oceaniche si muovono in senso orario nell’emisfero boreale e in senso antiorario in quello australe. Lungo l’ equatore gli alisei spingono le calde acque di superficie verso ovest. Incontrando i margini orientali dei continenti, queste acque si scindono nelle correnti che fluiscono a nord e a sud lungo le coste seguendo i movimenti del vento. La temperatura dell’aria svolge un ruolo fondamentale nello scambio d’acqua tra l’atmosfera e la superficie della terra. Ogni volta che la materia , inclusa l’acqua, passa da uno stato all’altro, l’energia viene assorbita o rilasciata. L’energia totale assorbita o rilasciata durante un cambiamento di stato è conosciuta come calore latente. Nel passare dallo stato liquido (più ordinato) a quello di gas (meno ordinato) viene assorbita energia , al contrario viene rilasciata. La trasformazione dell’acqua dallo stato liquido a quello gassoso è chiamata evaporazione. Il passaggio da vapore acqueo allo stato liquido è chiamato condensazione rilascia la stessa quantità di energia. Nell’aria, il vapore acqueo agisce come un gas indipendente che possiede un peso e esercita una pressione. La quantità di pressione esercitata dall’aria secca è chiamata pressione di vapore. Il contenuto di vapore acqueo nell’aria a saturazione è noto come pressione di vapore d’acqua a saturazione. Se la pressione del vapore acqueo oltrepassa la capacità, si verifica la condensazione, che determina una riduzione della pressione di vapore. La quantità d’acqua in un dato volume d’aria è la sua umidità assoluta. La misura più familiare è l’umidità relativa, o la quantità di vapore acqueo nell’area espressa come percentuale di pressione di vapore a saturazione. Quando viene raggiunta la pressione di vapore a saturazione , l’umidità relativa è 100%. Se l’aria si raffredda mentre il suo contenuto di umidità rimane costante, l’umidità relativa aumenta mentre il valore della pressione di vapore a saturazione diminuisce. Se l’aria si raffredda fino a un punto in cui la pressione di vapore effettiva supera la pressione di vapore a saturazione, il vapore condensa e forma le nuvole. Appena le particelle di acqua o di ghiaccio nell’aria diventano pesanti per rimanere sospese, si verificano le precipitazioni. Per un dato contenuto di acqua in una quantità di aria (pressione di vapore) la temperatura alla quale è raggiunta la saturazione di vapore è chiamata temperatura del punto di condensazione . Il vento, la temperatura e le correnti oceaniche determinano la distribuzione globale delle precipitazioni. Essi sono responsabili delle intense precipitazioni nei tropici e delle fasce di clima secco in corrispondenza delle zone di alta pressione subtropicali. Le precipitazioni non sono distribuite uniformemente sulla terra, le più abbondanti sono nell’equatore e diminuiscono poi spostandosi a nord e a sud. La diminuzione, comunque non è continua : sono presenti due picchi alle medie latitudini, seguiti da un declino verso i poli. Gli andamenti di innalzamento e ricaduta delle masse d’aria sono associati alle fasce dei venti prevalenti. In prossimità dell’equatore gli alisei di nord est , incontrano quelli di sud est e la regione in cui si verifica questo fenomeno è la fascia di convergenza intertropicale (ITCZ) , caratterizzata da abbondanti precipitazioni. Le due masse d’aria, entrano in collisione e quando viene raggiunto il punto di condensazione si formano le nuvole e le precipitazioni cadono sotto forma di pioggia. In generale , le precipitazioni sono maggiori nell’emisfero australe rispetto a quello boreale. La topografia montuosa, influenza le caratteristiche e la distribuzione delle precipitazioni a livello locale. I rilievi intercettano i flussi d’aria: quando una massa d’aria raggiunge una montagna , sale, si raffredda e si satura di vapore acqueo, rilasciando molta della sua umidità sulle zone più elevate del versante esposto al vento. Quando l’aria, divenuta fredda e asciutta, discende il versante

sottovento, si scalda nuovamente e riacquista gradualmente umidità. Di conseguenza, i luoghi esposti al vento consentono lo sviluppo di una vegetazione densa e rigogliosa con diverse specie di piante e animali rispetto ai luoghi sottovento, dove in alcune aree sono presenti condizioni di aridità. Questo fenomeno è chiamato ombra pluviometrica. Le condizioni climatiche effettive (luce,calore,umidità e movimenti d’aria) che condizionano la vita degli organismi variano considerevolmente nell’ambito di una regione climatica. Queste variazioni locali, o microclimi (che definiscono le condizioni effettive in cui vivono gli organismi), riflettono la topografia, la copertura vegetale,l’esposizione (la direzione verso cui è rivolto un versante) e altri fattori su tutte queste scale influenzano le condizioni climatiche locali. La quantità marcatamente diversa di radiazione solare incidente causa differenze notevoli tra i versanti rivolti a nord e a sud delle montagne e tra i lati a nord e a sud di piccoli rilievi, dune di sabbia e alberi.

Capitolo 3: l’ambiente acquatico Tutti gli ambienti acquatici , marini e d’acqua dolce dono collegati tra loro direttamente o indirettamente in quanto componenti del ciclo dell’acqua (ciclo idrologico) : processo attraverso il quale l’acqua si sposta in fasi successive dall’atmosfera alla terra per ritornare poi in atmosfera. La radiazione solare, scaldando l’atmosfera terrestre e fornendo l’energia per l’evaporazione dell’acqua, è la forza motrice del ciclo idrologico. Quest’ultimo ha inizio con le precipitazioni: il vapore acqueo che circola in atmosfera ricade a terra sotto qualche forma di precipitazione di qualche tipo. Una parte dell’acqua cade direttamente al suolo e sui corpi d’acqua, una parte viene intercettata dalla vegetazione, dalla sostanza organica morta del suolo, dalle strade dalle strutture urbane ecc (intercettazione). A causa dell’intercettazione che può essere considerevole, diversi quantitativi d’acqua non raggiungono mai il sottosuolo per infiltrazione ma tornano direttamente in atmosfera per evaporazione. L’acqua che raggiunge il suolo si muove attraverso il terreno per infiltrazione il cui tasso dipende dal tipo di suolo , dalla pendenza, e dall’intensità delle precipitazioni. Nel corso di forti piogge , quando il suolo è saturo d’acqua, quella in eccesso scorre sulla superficie del terreno come acqua di ruscellamento, che in alcuni luoghi si trasforma in flusso canalizzato. Una parte d’acqua che entra nel suolo si infiltra e raggiunge uno strato impermeabile di roccia o argilla e qui si raccoglie come acqua di falda. Da questo comparto di riserva l’acqua alimenta sorgenti e ruscelli, i quali confluiscono formando fiumi. L’acqua che rimane sulla superficie del terreno, negli strati su...