Produzione primaria effetti della temperatura

Documenti analoghi
Ciclo del carbonio e Cambiamenti climatici

TERMODINAMICA I PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA DU = Q - W

Programma svolto a.s. 2015/2016. Materia: fisica

Capitolo 1 Prima legge 1

L equilibrio dei gas. Lo stato di equilibrio di una data massa di gas è caratterizzato da un volume, una pressione e una temperatura

Introduzione alla biofisica Cenni storici e concetti fondamentali. Corso di Biofisica, Università di Cagliari 1

TERMODINAMICA 28/10/2015 SISTEMA TERMODINAMICO

Il I principio della termodinamica. Calore, lavoro ed energia interna

REAZIONI CHIMICHE: LEGGI CINETICHE, MECCANISMI DI REAZIONE E BILANCI DI MASSA

Entropia e secondo principio della termodinamica: prevedere la spontaneità di un processo

Significato microscopico della temperatura

termodinamica: 2. il Primo Principio

Corso di Studi di Fisica Corso di Chimica

L entalpia H. Primo principio della termodinamica La convenzione per i segni. Corso di Studi di Fisica Corso di Chimica

Termodinamica. Richiami

INTRODUZIONE ALLA BIOCHIMICA

Lezione n. 17. Teoria dello stato di transizione Equazione di Eyring Interpretazione termodinamica. Antonino Polimeno 1

SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Cinetica chimica. studia l influenza di variabili quali T, concentrazione dei reattivi, natura solvente, pressione...

Organismi viventi ed energia

Capitolo 16 L energia si trasferisce

Entropia, ed Energia Libera

Il secondo principio della Termodinamica

Velocità di Reazione. H ICl I HCl

03/03/19 L energia della vita

EQUILIBRI CHIMICI N H 2 2NH 3

09/10/18 L energia della vita

BIOLOGIA A. A CHIMICA

L Entropia ed il Secondo Principio della Termodinamica: Guida schematica agli argomenti trattati a lezione

12/03/18 L energia della vita

Alimentazione ed efficienza dei sistemi alimentari

Energia e trasformazioni spontanee

Un problema di grande interesse è la possibilità di prevedere se due o più sostanze poste a contatto sono in grado di reagire.

SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

EQUILIBRIO TERMODINAMICO

Cinetica chimica. Fattori che influenzano la velocità di reazione. Espressione della velocità di reazione. Legge cinetica e le sue componenti

UNITA DIDATTICA. Disciplina: SCIENZE INTEGRATE: CHIMICA

VELOCITA di REAZIONE. Quali sono le dimensioni di una velocità di reazione?? E una definizione che ha senso NON all equilibrio!!!

TERMODINAMICA. G. Pugliese 1

Sistema termodinamico: porzione di universo separata da tutto il resto del mondo. Ambiente esterno confini del sistema

Principi della Termodinamica

Lezione n. 6. Moto perpetuo Entropia Definizione termodinamica II principio Diseguaglianza di Clausius Misura dell entropia

Il primo principio. Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine 1

Chimica Fisica Biologica

Soluzioni Compito di Fisica I I Sessione I Appello Anno Accademico

Chimica Generale ed Inorganica

IL SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Sommario della lezione Teoria cinetica dei gas. Gas Reali. Cenni di termodinamica

C- CALORE / LAVORO / PRIMO PRINCIPIO

Le trasformazioni della materia

Flussi di energia e di materia negli ecosistemi

Limiti del criterio della variazione entropia

Termodinamica. Francesco Lai. Tecnologia Farmaceutica Applicata Dipartimento di Scienze della Vita e dell Ambiente Università degli Studi di Cagliari

Termodinamica. Ireneo Kikic. DICAMP - SFLAB - University of Trieste

La cinetica chimica. Si occupa dello studio dei meccanismi di reazione con i quali i reagenti si trasformano in prodotti (kinesis = movimento)

La materia vivente è costituita da un numero relativamente piccolo di elementi

Cinetica Chimica 1. esaminare quali condizioni debbono essere soddisfatte affinché una data reazione avvenga spontaneamente 2. esaminare quali sono i

L entropia. Marina Cobal - Dipt.di Fisica - Universita' di Udine 1

Il secondo principio della Termodinamica

SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA I DUE ENUNCIATI DEL SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

delle temperature iniziale e finale analogia con l energia potenziale in meccanica la funzione U e detta energia interna

REGISTRO DELLE LEZIONI

Corso di Studi di Fisica Corso di Chimica

INTRODUZIONE ALLA TERMODINAMICA. Supponiamo di voler studiare il comportamento di una determinata quantità di gas contenuta

Stati di aggregazione della materia. dal microscopico al macroscopico: struttura. interazioni GASSOSO. proprietà SOLIDO LIQUIDO

PROBLEMI DI PARAGRAFO

Valitutti, Falasca, Tifi, Gentile. Chimica. concetti e modelli.blu

TERMODINAMICA Per lo studio scientifico di un problema occorre separare idealmente una regione di spazio limitata ( sistema ) da tutto ciò che la

Lezione n. 11. Reazioni enzimatiche Michaelis-Menten Dipendenza di k da T. Antonino Polimeno 1

TERMODINAMICA SCAMBI DI CALORE SCAMBIO DI VARIAZIONE DI E LAVORO ENERGIA ENERGIA DEL SISTEMA I PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

FISICA per SCIENZE BIOLOGICHE A.A. 2013/2014 Appello generale 26 Giugno 2014

Riassunto Termodinamica

Termodinamica. Scienza che studia le relazioni tra il calore e le altre forme di energia coinvolte in un processo fisico o chimico

La materia vivente è costituita da un numero relativamente piccolo di elementi

Simonetta Klein. Il racconto della chimica e della Terra

Presentazione. Introduzione

Sistema Termodinamico

Velocità di reazione. Consideriamo una generica reazione

La termochimica. Energia in movimento

Cinetica chimica MECCANISMO <<Lo studio CINETICO fornisce invece queste informazioni>>

Cinetica chimica. 2 H 2 (g) + O 2 (g) 2 H 2 O (g)

Bilancio di energia: il Primo Principio della Termodinamica. Termodinamica dell Ingegneria Chimica

TERMODINAMICA. CONVENZIONE STORICA Q > 0 assorbito dal sistema W>0 fatto dal sistema Q < 0 ceduto dal sistema W<0 fatto sul sistema

Termodinamica e Termochimica

Termodinamica: - cenni sui gas perfetti - macchine termiche - secondo principio. 18/12/2013 Macchine termiche e Secondo Principio della Termodinamica

Calore, lavoro e trasformazioni termodinamiche (1)

CLASSE: 4C LICEO SCIENTIFICO STATALE "F.SCO SBORDONE" ANNO: 2017/2018 MATERIA: FISICA DOCENTE: CIOCI VINCENZO

I Test di Autovalutazione... 2 Esiti I Test... 4 Statistiche per domanda I Test... 4 II Test di Autovalutazione... 5 Esiti II Test...

Termodinamica: studio dei trasferimenti di energia

Entropia, Energia Libera, ed Equilibrio

FISICA per SCIENZE BIOLOGICHE A.A. 2012/2013 APPELLO 18 Luglio 2013

Termodinamica(3) Fabrizio Margaroli

TERMODINAMICA. Studia le trasformazioni dei sistemi in relazione agli scambi di calore e lavoro. GENERALITÀ SUI SISTEMI TERMODINAMICI

Transcript:

Produzione primaria effetti della temperatura 1

Produzione primaria Produzione di composti organici da CO 2 in atmosfera e acqua principalmente fotosintesi chemiosintesi molto meno rilevante sostiene direttamente o indirettamente tutti gli organismi viventi ha un ruolo chiave nel ciclo del C 2

Produzione primaria Autotrofi (o produttori primari) Base della catena trofica Negli ecosistemi terrestri sono principalmente le piante in quelli acquatici le alghe PP lorda e netta 3

Produzione primaria % % % 4

Produzione primaria Fissazione di C (g C/m 2 /yr) Lorda (GPP) Netta (NPP) Terrestre Oceanica 5

Un ive rs it à d i Pa d o va LASA La b ora t orio d i An a lis i d e i Sis t e m i a m b ie n t a li Lu c a Pa lm e ri 6 2 0 0 8 /2 0 0 9

7

Terra Dal satellite (normalised difference vegetation index, NDVI): PP totale (autotrofi) 104.9 Gt C/yr Organismi terrestri 56.4 Gt C/yr (53.8%) Produzione degli oceani 48.5 Gt C/yr (46.2%) In termini areali: terreno 426 g C/m 2 /yr (esclusi ghiacci permanenti) oceani 140 g C/m 2 /yr. Differenza significativa negli stocks: negli oceani ~50% di PP ma gli autotrofi oceanici solo 0.2% della biomassa totale 8

Bilancio energetico Produzione Primaria: E solare = E rif + NPP + Respirazione Livelli Trofici superiori: E cibo = E biom + E term/resp + E na Rapporti stechiometrici: es. Rapporto Redfield, C:N:P=40:7:1 (in peso) 9

Piramide trofica 10

Conservazione della materia V dc dt input output formazione trasformazione Produzione netta = Cibo ingerito - respirazione - escrezione - cibo non assimilato Efficienza = (Produzione netta)/(cibo ingerito) (10-20%) 11

Conservazione dell energia Primo principio della Termodinamica U energia interna du= Q - W è un potenziale termodinamico b differenziale esatto: U a,b du a vale per tutte le trasformazioni (reversibili o irreversibili) Equivalenza calore/lavoro esperimento di Joule equivalente meccanico della caloria J =4186 Joule/Kcal 12

Conservazione dell energia L energia si trasforma: quantità qualità Efficienza: 0,2% 3% 1 40% 13

Dissipazione dell energia La freccia nel tempo: passato futuro Secondo Principio della Termodinamica I processi spontanei seguono versi prestabiliti S, entropia: funzione di stato S è una funzione di stato estensiva se lo stato varia ds=d e S+d i S d e S Q T d i S 0 per processi spontanei (= 0 reversibili) Processi reversibili b q S a,b T a 14

Secondo principio Per processi irreversibili irrev q T q rev T S Per un sistema adiabatico ( q=0), l entropia può solamente crescere, o al più, nel caso di trasformazioni reversibili, rimanere costante b q a T 0 L entropia dell universo aumenta! 15

II principio ed ecosistemi Sistema non in equilibrio la produzione di entropia p ds dt 0 p misura la dissipazione di energia Il sistema usa tutte le risorse a disposizione in modo da incrementare l accumulo di energia ad alta qualità, aumentando di conseguenza la dissipazione di energia dissipata Energia solare Accumulo di energia alta qualità riflessa Sistemi più anziani dissipano più energia! 16

Significato statistico dell entropia Sistema di N particelle in equilibrio a T=cost caos molecolare completo (equiprobabilità degli stati) distribuzione di equilibrio P E e funzione di distribuzione per l energia E k B T E F k f E e B T Maxwell-Boltzmann f v n 2 mk B T e 3 2 1 k B T mv 2 2 17

Significato statistico dell entropia Boltmann order principle n. di microstati f E de E E 0 entropia S k B log Stati più probabili: realizzati con un numero maggiore di microstati Equilibrio Energia libera Entropia F=U-TS massima Sistemi isolati chiusi evolvono verso stati di entropia F minimamassima 18

Significato statistico dell entropia La costante di boltzmann (k or k B ) è la costante fisica che esprime il legame fra energia e temperatura 1.38065 10 23 J K -1 19

Ponte fra macro e micro Macroscopicamente: Gas ideale: pv=nrt p pressione V volume n numero di moli T temperatura absoluta R costante dei gas [8.314 472 J K 1 mol 1] Microscopicamente: Con l introduzione della costante di Boltzmann si trasforma questa equazione in un modello descrittivo delle proprietà microscopiche delle molecole pv=nkt N numero di molecole di gas k costante di Boltzmann. 20

Sezione d urto (per reazioni chimiche) Rapporto fra n. di collisioni favorevoli e n. di collisioni possibili N E a N tot A + B P 21

Svante Arrhenius (1889) k Ae k aumenta se T aumenta se E a diminuisce E a RT E 1 a 1 2 R T k k e 1 T 1 2 22

Velocità di reazione Generalmente raddoppia per ogni 10 ºC di aumento della temperatura. le reazioni delle molecole di grandi dimensioni (ad es. le proteine), possono subire incrementi molto maggiori. per T> 40 C le reazioni biochimiche diventano sempre meno funzionali (la struttura delle proteine inizia a degenerare, gli enzimi non riescono più a svolgere la catalisi) 23

Le anomalie di H 2 0 24

da dt µ r es m s A G crescita algale dove A: concentrazione ponderale algale [mgx/l] : tasso di crescita [1/d] r: tasso di respirazione [1/d] es: tasso di essudazione [1/d] m: tasso di mortalità non predatoria [1/d] s: tasso di sedimentazione [1/d] G: grazing [mgx/l/d] da dt µ m s A G dove A: concentrazione numerica [cell/l] 25

crescita algale Respirazione ed essudazione: r r T ref f T alcuni autori la fanno dipendere anche dallo stato fisiologico della cellula: r T ref r min T ref k r T ref f L, N,P,C,Si,... 26

crescita algale Mortalità non predatoria: m m T ref f T alcuni autori considerano anche un effetto del tipo capacità portante: m T ref k m T ref A Sedimentazione: s v s h 27

Fattori di limitazione µ µ MAX T ref f T f L f N, P,C, Si,... f N, P,C,Si,... f N f P f C f Si... f N, P,C,Si,... f N, P,C, Si,... min f N, f P, f C, f Si,... n 1 f N 1 f P 1 f C 1 f Si... f N, P,C, Si,... f N f P f C f Si... n 28

Dipendenza dalla temperatura Lineare: f T T T min T ref T min esponenziale: f T T T ref A ottimo: f T e T T 2.3 T x T opt 2 29

Processi biologici crescita algale max (1/day) Temperature C 30

Processi biologici crescita algale 31

Termoclino 32