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
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)
Cicli e sottocicli bioindisponibile mobilizzazione (eg, azoto-fissatori) Sostanza sequestro (eg, denitrificatori) immobilizzazione Composto assimilazione (eg, fotosintesi) mineralizzazione forma di vita
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
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 10 21 g Flusso entrante per fotosintesi: 2.69 x 10 17 g a -1 N 2 Comparto atmosferico: 3.87 x 10 21 g Esempi Flusso uscente per azotofissazione (batteri + fertilizzanti) e combustione: 2.8 x 10 14 g a -1 N 2 O Comparto atmosferico: 2.3x 10 15 g Flusso entrante: 20 x 10 12 g a -1
Calcolo tempi di residenza 21 3.87 10 g N2 T 14 milioni di anni 14 1 2.8 10 ga 21 1.18 10 g O2 T 4400 anni 17 1 2.69 10 ga 15 2.3 10 g NO 2 T 115 anni 13 1 2 10 ga Comparti attivi: basso tempo di residenza Comparti inattivi: alto tempo di residenza
Il ciclo più noto
Il ciclo dell acqua Unità di misura: stock Pg = 10 15 g flussi Pg a -1
Il ciclo (geochimico) del carbonio 2 Terra: 10 23 g Rocce sedimentarie: 6.5 10 22 g Composti organici: 1.56 10 22 g Comparti attivi ciclo biogeoch.: 40 10 18 g
Carbonio inorganico disciolto (DIC) Bicarbonato Carbonato CO 2 + H 2 O H + + HCO 3-2H + + CO 3 2-
Circolazione termoalina Solubilità CO 2 0 C = 2 solubilità 20 C
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 = 10 15 g flussi Pg a -1 Combustibili fossili (10000) Rocce (milioni) Sedimenti (milioni)
Tempi di residenza Atmosfera: 720/(120+107) = 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
Le scale temporali dei vari processi
Ciclo dell azoto
I processi fondamentali del ciclo dell azoto
Ciclo del fosforo
LA CIRCOLAZIONE DEI TOSSICI NEGLI ECOSISTEMI Alcuni dati Molecole di sintesi dopo 1945: 10 milioni Commercializzate: 120.000 > 500 kg/anno: 11.000 Sono xenobionti : estranei ai sistemi enzimatici degli esseri viventi => saggi di tossicità
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.
Prove di bioconcentrazione
Fattori di biocentrazione in Daphnia magna per tre diverse sostanze. Sostanza BCF (mg kg -1 /mg l -1 ) Benzo(a)pirene 12762 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
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