e cicli di materia Flussi di energia P D calore calore solare Energia Input Output P = sistema di pascolo, D = sistema di detrito

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1 Flussi di energia calore calore Energia solare P D + e cicli di materia + P D + Input Output P = sistema di pascolo, D = sistema di detrito

2 Uno schema semplificato ATMOSFERA o ACQUA (H 2 O, CO 2, O 2 ) R R R R R C2 C1 H P M M R CD2 R CD1 D M M MOM M M M fotosintesi assorbimento mineralizzazione SOLE SALI NUTRIENTI (N, P, C)

3 Cicli e sottocicli bioindisponibile mobilizzazione (eg, azoto-fissatori) Sostanza sequestro (eg, denitrificatori) immobilizzazione Composto assimilazione (eg, fotosintesi) mineralizzazione forma di vita

4 Quali sostanze e su che scale? Semplificazione dei cicli isolati (in realtà c è interconnessione) La scala spaziale: ecosistema locale, bioma, biosfera Solo i principali: [azoto, fosforo,] carbonio Quali relazioni usare (in linea di principio)? dq = I I i = 1, 2,, n i dt ji ij j i i j

5 Il tempo di residenza All equilibrio dq dt 0 Flusso = I = I ji ij i j i i j = Dimensione del comparto Q i Tempo di residenza = = Flusso Q Q Q i i i I I = ji ij j i i j O 2 Comparto atmosferico: 1.18 x g Flusso entrante per fotosintesi: 2.69 x g a -1 N 2 Comparto atmosferico: 3.87 x g Esempi Flusso uscente per azotofissazione (batteri + fertilizzanti) e combustione: 2.8 x g a -1 N 2 O Comparto atmosferico: 2.3x g Flusso entrante: 20 x g a -1

6 Calcolo tempi di residenza g N2 T 14 milioni di anni ga g O2 T 4400 anni ga g NO 2 T 115 anni ga Comparti attivi: basso tempo di residenza Comparti inattivi: alto tempo di residenza

7 Il ciclo più noto

8 Il ciclo dell acqua Unità di misura: stock Pg = g flussi Pg a -1

9 Il ciclo (geochimico) del carbonio 2 Terra: g Rocce sedimentarie: g Composti organici: g Comparti attivi ciclo biogeoch.: g

10 Carbonio inorganico disciolto (DIC) Bicarbonato Carbonato CO 2 + H 2 O H + + HCO 3-2H + + CO 3 2-

11 Circolazione termoalina Solubilità CO 2 0 C = 2 solubilità 20 C

12 Il ciclo biogeochimico del carbonio respirazione (60) restituzione (105) respirazione (60) CO 2 (720) dissoluzione (107) Animali e microbi (<1) TERRE MOM (1500) fotosintesi (120) Piante (560) deforestazione (2) Animali e microbi (<1) Carbonio inorganico disciolto (38000) respirazione (40) PPN (40) MOM (1000) Piante (2) OCEANI combustione (5) decomposizione decomposizione Situazione al 1985 Unità di misura: stock Pg = g flussi Pg a -1 Combustibili fossili (10000) Rocce (milioni) Sedimenti (milioni)

13 Tempi di residenza Atmosfera: 720/( ) = 3.17 anni DIC: 38000/(105+40) = 260 anni Variazioni delle concentrazioni di CO 2 Preindustriale: 280 ppmv 594 PgC 1985: 340 ppmv 720 PgC Marzo 2004: 379 ppmv 803 PgC

14 Le scale temporali dei vari processi

15 Ciclo dell azoto

16 I processi fondamentali del ciclo dell azoto

17 Ciclo del fosforo

18 LA CIRCOLAZIONE DEI TOSSICI NEGLI ECOSISTEMI Alcuni dati Molecole di sintesi dopo 1945: 10 milioni Commercializzate: > 500 kg/anno: Sono xenobionti : estranei ai sistemi enzimatici degli esseri viventi => saggi di tossicità

19 Effective Doses Effective Concentrations LD 50 : dose letale mediana, cioè la dose che uccide metà della popolazione saggiata; LC 50 : concentrazione letale mediana; ED 50 -EC 50 : dose - concentrazione mediana efficace, cioè la dose che produce un determinato effetto (non necessariamente la morte) sul 50% della popolazione; NOED - NOEC: No Observed Effect Dose - Concentration, cioè la dose che non produce effetti osservabili; LOED - LOEC: Lowest Observed Effect Dose - Concentration, cioè la dose minima che produce effetti osservabili.

20 Prove di bioconcentrazione

21 Fattori di biocentrazione in Daphnia magna per tre diverse sostanze. Sostanza BCF (mg kg -1 /mg l -1 ) Benzo(a)pirene Bis (2-etilesile) ftalato 5200 Cloruro di manganese 911 Coefficiente di ripartizione n-ottanolo/acqua per diverse sostanze Composto K ow benzene 130 naftalene 2300 anilina 7,9 1-esanolo 34 benzaldeide 30

22 Concentrazione di DDD BIOMAGNIFICAZIONE Acqua Plancton Clear Lake California Piccoli pesci Anni 50 Pesci predatori Modulo 10 di 12: I flussi di materia Svassi Corso di Ecologia a cura di Renato Casagrandi e Marino Gatto