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05/11/19 Pianeta Terra 4 sfere geobiochimiche ↓ Perché costituite da componenti biotiche, abiotiche, chimiche. Pianeta Terra chiamato anche Ecosfera. ATMOSFERA: involucro gassoso che circonda la Terra. E’ composta dal 78% di azoto, 21% di ossigeno e 1% di altri gas ( di cui CO2=0,01%). A sua volta, l’atmosfera è composta da altre 5 sfere: >

TROPOSFERA: CIRCA 10 KM S/M. Nella troposfera avvengono i fenomeni che riguardano le attività umane (navigazione aerea, adescamento degli inquinanti, fenomeni meteo, ecc..) > OZONOSFERA: 10x30 KM S/M. Costituito da uno strato di ozono che protegge dai raggi uv e uvc. > IDROSFERA: insieme delle acque marine e continentali, 99% idrogeno e ossigeno. Acqua in forma liquida, solita e gassosa (vapore acqueo che può determinare l’effetto serra) i raggi solari vengono restituiti all’atmosfera. Grazie ad uno strato di gas il calore viene trattenuto. Fenomeno naturale e benefico per la vita del Pianeta.  IDROSFERA: 97% OCEANI E MARI, 3% ACQUA DOLCE. PIANETA TERRA: 70% acqua, 30% terre emerse (distanza costiera California e Tokyo 8.8oo km). L’Oceano Pacifico copre 1/3 della superficie terrestre.

CICLO DELL’ACQUA: evaporazione condensazione precipitazioni scorrimentoevaporazione.  LITOSFERA: crosta + parte del mantello. 70-150 km di profondità . Quella oceanica è più profonda. E’ costituita da ossigeno, silicio e alluminio. La LITOSFERA “galleggia” sull’atmosfera ( al di sotto del mantello superiore). 150-300 km dalla superficie. E’ una zona viscosa. La litosfera è suddivisa in placche (o zolle). Sulle linee di contatto hanno luogo fenomeni vulcanici o sismici. CICLO DELLE ROCCE: magmatiche  sedimentarie metamorfiche. Anche per le rocce esiste una ciclicità, sebbene su tempi più lunghi. (LITOGENESI= ciclo delle rocce, si svolge in migliaia d’anni. Dalla LITOSFERA si estrae anche il petrolio. La profondità delle piattaforme offshore è aumentata progressivamente con tutto ciò che ne consegue impatto ambientale.  BIOSFERA: tutti gli esseri viventi . Costituita da materia organica e acqua.

50% idrogeno. 25% carbonio e ossigeno.  RETE TROFICA ( o RETE ALIMENTARE): rete degli scambi di materia ed energia sotto forma di cibo tra gli elementi biotici. LA VITA DELL’ECOSISTEMA. Cicli della materia + flussi di energia (logica circolare)

(logica lineare)

Materia: tutto ciò che ha VOLUME e MASSA. 3 STATI DI AGGREGAZIONE: solido, liquido, gassoso. La materia è formata da elementi e/o composti chimici. CICLI BIOGEOCHIMICI: percorsi degli elementi chimici tra le diverse sfere, con l’impiego di energia.

PIANETA TERRA: “macchina” per il movimento ciclico degli elementi chimici.  Da uno stato all’altro ( solido, liquido, gassoso)  Da un comparto all’altro (biotico e abiotico)  Con l’apporto di energia (soprattutto solare)

PRINCIPALI CICLI BIOGEOCHIMICI: carbonio, ossigeno, azoto, fosforo, zolfo. Ogni ciclo biogeochimico ha un pool di riserva (fase di accumulo, inattiva) o un pool di scambio ( fase di riciclo, attiva). POOL DI RISERVA comparto abiotico. POOL DI SCAMBIO comparto biotico.

CICLIO DEL CARBONIO: (carbonio, gas, metano). POOL DI RISERVA nelle rocce (litosfera). POOL DI SCAMBIO forme viventi e i loro detriti (biosfera).

INTERFERENZE ANTROPICHE uso combustibili fossili, deforestazione, cementificazione effetti sulla composizione atmosferica. CAMBIAMENTO CLIMATICO ?? ACIDIFICAZIONE DEI SUOLI E DELLE ACQUE (fenomeno preoccupante soprattutto per la vita animale o vegetale).

CICLO DELL’AZOTO. POOL DI RISERVA atmosfera. POOL DI SCAMBIO piante e decompositori. INTERFERENZE ANTROPICHE- produzione e uso di fertilizzanti. ALEVAMENTO INTENSIVO ( deiezioni ) Combustione idrocarburi - Emissioni gassose Rifiuti urbani e industriali (acque di scarico).

EUTROFIZZAZIONE: processo di degradazione dei corpi idrici per eccesso di sostanze nutritive. Si manifesta con proliferazione di alghe e microalghe. Cause:  Agricoltura, allevamento, campi sportivi.  Detersivi, reflui urbani e industriali.

CICLO DELL’AZOTO Interferenze antropiche: - produzione e uso fertilizzanti, emettono liquidi di scarico che finiscono nei mari, mentre per l’uso

dai campi con le acque e piogge le sostanze vengono restituite ai terreni e da lì vanno nelle acque di scolo del campo, che confluiscono in laghi, fiumi, canali (laghi chiusi, quindi pericoloso) - Allevamento (deiezioni, soprattutto dei suini): se non allevamento intensivo ma a norma e se deiezioni smaltite attraverso depuratori si può mitigare impatto ambientale - Combustione idrocarburi: quando bruciano, soprattutto petrolio e gas metano, si sprigionano gas tra i quali quelli contenenti azoto (protossito di azoto, gas serra, contenuto nel protocollo di Tokyo) e Reflui urbani e industriali

EUTROFIZZAZIONE È uno dei problemi più rappresentativi dell’interferenza di attività antropiche sul ciclo dell’ azoto. Processo di degradazione dei corpi idrici per eccesso di sostanze nutritive(azoto e fosforo, inducono a fertilizzazione , quindi organismi biotici proliferano in termini visivi proliferano alghe e microalghe). Processo naturale, può esserci in natura una condizione per la quale possono proliferare alghe e microalghe ma è un fenomeno sporadico e temporaneo, in quanto è una situazione prevista in natura. Il problema è quanto eccede i limiti di ricambio idrico (le acque non riescono ad autodepurarsi). Le sostanze derivanti da agricoltura e campi sportivi (calcio, golf), nei quali per far nascere e mantenere erba devono essere fertilizzati, e i detersivi, reflui urbani e industriali possono determinare tale fenomeno. Processo di eutrofizzazione: eccesso azoto e fosforo in acqua, i corpi idrici più sensibili a tale fenomeno sono i laghi perché hanno minor ricambio di acqua e quini le sostanze in eccesso si accumulano. Tale eccesso fertilizza acque, alghe proliferano e quando muoiono sono attaccate da batteri aerobi (decompositori) che per respirare sottraggono ossigeno ad acqua (fenomeno proporzionale a quantità alghe)tutto il parco acquatico ne risenteproliferano batteri anaerobi (creano problemi perché rilasciano in acqua sostanze dannose come metano, ammoniaca e acido solforico)culmine del

processo: moria fauna e vegetazione acquaticaacqua putrescentepossibile proliferazione agenti patogeni (normalmente non pericoloso per salute umana tale fenomeno, ma così lo potrebbe essere; inoltre ha impatto sul turismo, es mare adriatico nell’80-90) alterazione catene trofiche o alimentari (i cambiamenti che riguardano un elemento ecosistemico si riflette a catena su altri). Fenomeno si manifesta più facilmente in aree industrializzate, in UE e USA controllato da normative, mentre in paesi dell’est (Cina e India) tale fenomeno assume dimensioni preoccupanti (Qingdao, Shandong, luglio 2013, area costituisce un golfo, dove l’acqua stagna di più). Non riguardano solo aree costiere ma anche laghi (Asia al primo posto con 54%, cina 70%, europa 53%, africa no dati precisi perché sono poche le ricerche, stimato 28%)

CICLO DELLO ZOLFO Pool di riserva atmosfera e litosfera (aria e rocce). Nell’atmosfera ci sono diverse componenti di zolfo, no indice di squilibrio o impatto ambientale antropico (es vulcani), il problema è l’eccesso di zolfo immesso in atmosfera dall’uomo Pool di scambiobiosfera (per tutti i cicli biogeochimici), in particolare DECOMPOSITORI , danno inizio e fine ,quindi ciclicità, all’intere catene Ciclo complesso, influenze antropiche per serie di attività, andamento ciclico (nel pianeta la materia è sempre la stessa, che circola in forma e ambienti diversi) Interferenze antropiche: - Estrazione zolfo (industria metallurgica): trasforma i minerali in sostanze utilizzabili nei vari comparti, la più importate è quella siderurgica che produce ferro a partire da materie prime. - Combustione idrocarburi o del petrolio e del carbone: si liberano composti di zolfo, quindi le industrie e le automobili in minima parte rispetto al passato - Emissioni industriali: industrie chimiche, edili, manifatturiera

- Agricoltura: da tempo zolfo necessario in alcuni stati di crescita delle piante ed è fondamentale. Il risultato di tutto ciò è l’acidificazione dei suoli, delle acque e delle arie, che innescano reazioni a catena che alterano significativamente gli ecosistemi  es piogge acide, determinate da anidride solforica e nitrica (composti azotati a base di zolfo emessi soprattutto da combustione di idrocarburi) a contatto con vapore acqueo questi composti si trasformano in acido solforico e acido nitrico, acquistando PH acido. Sotto forma di pioggia o altri fenomeni metereologici tornano su terreni e acque, determinando conseguenze a catena. pioggia no inquinata ha PH 5-6, pioggia acida arriva anche al PH2 (come quello dell’aceto). Con piogge acide si dissolve la clorofilla, innescando processi degenerativi. Su fascia confine Rep Ceca, Germania e Polonia (area industria pesante) (es Krusne Hory, Rep Ceca o Blue Ridge Parkway North Carolina). Pioggia acida si riconosce dalla perforazione delle foglie e dalla morte della fauna acquatica, anche i monumenti corrosi e degradati, es intonaci edifici o monumenti n marmo rovinati, anche ponti, autostrade, infrastrutture in ferro.

CICLI DELLA MATERIA al livello macro, cicli biogeochimici a livello micro: - Ciclo dell’acqua - Ciclo delle rocce SONO CHIUSI E AD ANDAMENTO CIRCOLARE, NO INIZIO O FINE - Reti trofiche I cicli della materia sono sostenuti da flussi di energia, altrimenti no possibile ciclicità materia.--> circolazione di elementi chimici (es da uno stato all’altro e da un comparto all’altro, cioè da biotico ad abiotico). Energia solare (anche sotto forma di infrarosso) innesca la serie di trasformazioni della materia nel suo percorso ciclico  (ciclo materia e flusso energia strettamente legati) Es ciclo acqua non senza sole perché non ci sarebbe evaporazione, idem traspirazione piante. Energia solare energia termica che innesca altre energia, es fotosintesi clorofilliana (energia chimica).

LA VITA DELL’ECOSISTEMA È data da cicli materia e flussi energia. Mentre i cicli seguono logica ciclica, i flussi di energia anche a livello ecosistemico quindi in natura, seguono logica lineare, ossia hanno un inizio, uno sviluppo e una fine.

FLUSSI DI ENERGIA Energia: in fisica definita come capacità di corpo/sistema fisico di compiere un lavoro capacità di agire (es energia termica, elettromagnetica, cinetica, chimica) genera movimento nei cicli biogeochimici. Dato che lineare c’è un’entrata, uno svolgimento di “lavoro” e un’uscita completamente diverso dai cicli di materia. Ultimato il processo l’energia si degrada (qualitativamente meno intensa) e la misura della degradazione è l’entropia, della quale si parla a livello dell’intensità in base a quanto l’energia è Degradata. TERMODINAMICA: studia trasformazioni di un sistema energetico, a seguito degli scambi di energia (noi trattiamo di ecosistemi che sono comunque sistemi energetici) con altri sistemi o con l’ambiente esterno (altre sorgenti di energia). LEGGI TERMODINAMICA: - PRIMA LEGGE (CONSERVAZIONE ENERGIA): l’energia non si crea, né si distrugge  può essere solo trasformata da un tipo all’altro di energia mantenendo la stessa quantità  trasformazione costante rende possibile vita ecosistema - SECONDA LEGGE (DEGRADAZIONE ENERGIA):mentre si trasforma l’energia, una parte si degrada (legato a entropia) nel passaggio da un tipo all’altro di energia una parte di questa energia si degrada sotto forma di calore che, raffreddandosi, diventa inutilizzabile. Es: se ingeriamo cibo (energia chimica che innesca metabolismo) e corriamo (energia chimica cinetica) consumiamo tale energia sudando (energia termica) e tale calore disperso in atmosfera. da corpo caldo a corpo freddo, l’energia può fluire tranquillamente, ma è unidirezionale (NO L’INVERSO)  a questo passaggio calore si distribuisce tra i due corpi che assumono la stessa temperatura quindi diventa impossibile lo scambio energetico, il calore si raffredda e diventa inutilizzabile. I processi energetici sono irreversibili perché vanno in una sola direzione, dal caldo al freddo, e hanno anche una degradazione dell’energia aumentando l’entropia (cicli materia reversibile, es

decompositori scompongono materia, che ricomincia il suo percorso). Quindi aumento entropia inevitabile, si parla di morte termica o fredda dei corpi energetici, che avviene quando non vi è più energia utilizzabile e diventa impossibile scambio energetico si genera inevitabile morte fredda dei corpi energetici. In pratica per avere processo energetico necessario uno scambio energetico con un diverso potenziale (uno dà l’altro riceve), quando ciò non può più avvenire interviene morte fredda.

SISTEMI TERMODINAMICI 3 tipi in base al modo di scambiare energia con l’esterno (altri ecosistemi termodinamici): - Chiusi: scambiano energia ma non materia (es pianeta terra, riceve energia dal sole e scarica entropia all’esterno). - Aperti: scambiano energia e materia con l’ambiente esterno (es ecosistemi, ricevono energia dal sole e altri sistemi, scambiano materia e energia tra di loro e scaricano entropia all’esterno). - Isolati: non scambiano né materia né energia (es Universo, non ha ambiente esterno, non può scambiare materia o energia e non può scaricare all’esterno l’entropia, quindi l’entropia è in continuo aumento.

12/11/19 Flussi di energia Ecosistemi —> generano bassa entropia —> hanno dei meccanismi di autoregolazione che riescono a contenere l’aumento dell’entropia (fenomeno inevitabile). Ogni fenomeno prevede una degradazione e dispersione di energia. Scaricano entropia sotto forma di calore, all’esterno, diminuendo l’entropia interna. Nell’azione di contrasto, un ruolo fondamentale è svolto dalle piante (danno inizio alle catene trofiche e riescono a ridurre l’entropia perché creano continuamente energia utilizzabile, cioè sono il nutrimento per tante specie animali che acquisiscono energia chimica sotto forma di cibo). Torna spesso l’assunto di base: importanza delle piante nei processi eco-sistemici. Le attività umane generano alta entropia: usano ingenti quantità di energia ausiliaria e il processo di sviluppo

dell’umanità è conciso con un impiego crescente di energia. Ogni fase della vita sul pianeta è associata a una nuova fonte di energia (fuoco, animali, schiavi, legno, acqua ecc.). Impiego nei mezzi di trasporto, negli elementi elettrodomestici, nelle attività industriali e agricole. Ad ogni impiego di energia corrisponde una produzione di entropia —> nel corso del tempo l’entropia è aumentata e continua a farlo. Accelerazione morte termica dell’universo? Universo = sistema isolato —> non scambia né materia né energia e quindi non ha un ambiente esterno verso il quale scaricare l’entropia —> si parla di una morte termica che si manifesterà.

Città = organismo eterotrofo Gran parte dell’energia è consumata nelle città, ma anche la materia. Un ecologo aveva assimilato le città a un organismo eterotrofo (per vivere ha bisogno di altri organismi) —> si nutrono dagli apporti che provengono dall’esterno —> continui apporti di materia ed energia. Il fenomeno urbano è in costante e veloce crescita (iniziato nel secondo dopoguerra e non si è più arrestato —> la popolazione urbana ha superato il 50% su scala globale), mentre in declino è quella rurale (sorpasso avvenuto nel 2008). Il dato preoccupante è che a questo aumento contribuiscono i paesi in via di sviluppo. Paesi sviluppati > oltre il 70% (nel 2030 si parla di 80% di popolazione urbana); paesi in via di sviluppo > 40% (nel 2030 si parla di un 50%) —> vuol dire che le campagne si stanno spopolando, che non sono più in grado di fornire lavoro e sostentamento alle popolazioni. Nelle società avanzate questo aspetto è il risultato di una naturale realtà, ma nei paesi del sottosviluppo, dove non c’è economia in grado di garantire sanità, istruzioni, lo spopolamento rurale è un dato allarmante. Nel sud del mondo c’è una corsa all’accaparramento delle campagne —> spopolamento, dipendenza alimentare verso i paesi avanzati —> le multinazionali, i gruppi bancari, ecc. stanno facendo un acquisto indiscriminato di queste terre —> unici terreni che producono rendita e per poi poterlo impiegare come vogliono.

STILI DI VITA E SOSTENIBILITA’.

Come dovrebbero essere le attività umane? Il cambiamento in primis riguarda tutti quanti (dall’economia lineare a quella circolare). Economia lineare, ancora in atto, estrazione - consumo rifiuto finale. Qualche studioso afferma che siamo in una zona intermedia tra le due, perché produciamo meno rifiuti rispetto al passato. Economia circolare somiglia alla natura, i cicli della materia si chiudono, una minima parte di rifiuto è inevitabile, ma gli scarti sono minimizzati e tutto è pensato in modo circolare. L’ecosistema segue una logica circolare e i cicli della materia sono processi reversibili ( = riproducibili in senso inverso) —> il riciclo comporta un dispendio di energia, meglio pensare al riuso. I flussi di energia seguono una logica lineare ( = non sono riproducibili in senso inverso) —> questo avviene anche in natura, dove i processi energetici producono un output sotto forma di calore. TESTI CHIAVE SUI FLUSSI DI ENERGIA. B. Commoner The closing circle (1971) —> è negli anni ’70 che le riflessioni chiave sulla sostenibilità emergono. Nel testo si dice che i cicli di materia sono chiusi (natura) o aperti (esseri umani): noi dobbiamo imparare a chiudere il nostro, altrimenti andiamo incontro ad un suicidio ecologico. Largo riscontro sia in ambito scientifico che sociale. Testo cardine delle associazioni ambientaliste. Cicli chiusi della materia —> umanità si avvia al suicidio ecologico; parla in termini etici ed umanistici; restituire il prestito della natura. La natura ci presta le risorse/l’energia e noi dovremmo restituirle. LEGGI ECONOMICHE DI COMMONER (1971) 1) in natura ogni cosa è connessa all’altra —> al variare dell’una, variano le altre: gli elementi sono in stretta relazione le une con le altre. L’interdipendenza è una connotazione dell’eco-sistema. 2) ogni cosa deve finire da qualche altra parte —> in natura non esiste lo spreco, la materia circola in forma ciclica, passa da uno stato all’altro, da un comparto all’altro, ma sempre quella è, dato che la Terra è un sistema chiuso.

3) la natura è l’unica a sapere il fatto suo —> ogni azione umana può essere dannosa, principio di prevenzione/precauzione ante litteram (se ne parlerà anni dopo). In principio bisogna avere un atteggiamento preventivo e precauzionale. 4) non si distribuiscono pasti gratuiti —> ogni azione umana errata può avere un prezzo (che non deve essere necessariamente immediato, ma può essere dato da un accumulo di impatti ambientali). Leggi esposte in modo chiaro, con un linguaggio colorito, ma che sono alla base delle logiche di funzionamento eco-sistemiche. N. Georgescu-Roegen The entropic law and the economic process (1971) —> seconda legge della termodinamica a processi ecologici. Padre della BIOECONOMIA —> la bassa entropia che connota i processi naturali rispetto all’alta entropia che connota i processi economici (umani). Di qui a poco c’è il rapporto dell’MIT. ATTIVITAì UMANE ECO-COMPATIBILI: 1) usare la materia in logica circolare. 2) ridurre al massimo l’entropia —> vuol dire usare meno energia ALTERAZIONE CICLI DELLA MATERIA: 1) distribuzione della materia (nello spazio —> cambiamento nella localizzazione della materia —> materia = minerali, rocce, vegetali, animali, foreste, ecc.) 2) direzione della materia (tanti cicli sono interrotti dalle attività umane, come le dighe usate per produrre energia elettrica). 3) i tempi in cui la materia circola (ambito delle risorse minerarie ed energetiche che per formarsi hanno bisogno di molto tempo —> riduzione della tempistica e della formazione delle componenti ambientali). 4) introducendo materia artificiale (OGM, sostanze chimiche create in laboratorio che in natura non esistono e l’ecosistema fa fatica a metabolizzarle)

MODIFICA DELLA DISTRIBUZIONE DELLA MATERIA. Commercio globale di prodotti agricoli, materie prime...