CICLI BIOGEOCHIMICI

Con ciclo biogeochimico si intende il percorso ciclico (più o meno perfetto) che la materia (elementi e composti ) compie attraverso i compartimenti ambientali (litosfera, atmosfera, idrosfera, biosfera) a scala globale .
Ai cicli biogeochimici globali concorrono cicli biogeochimici locali , che tuttavia sono tipicamente non perfetti, dal momento che trasferiscono e prelevano materia dai compartimenti globali (atmosfera, idrosfera, biosfera)
I principali cicli biogeochimici degli elementi int eressano i macroelementi della biomassa (C, O, N, P, S), dal momento che il “motore” dei cicli elementari è la componente vivente
Il ciclo dell’acqua è essenzialmente a controllo abiotico, ma dipende dalla composizione dell’atmosfera e quindi è vincolato ai cicli biogeochimici degli elementi
In ogni ciclo si distinguono due fasi
1. Riserva
  1. geologica
  2. sempre di natura inorganica
  3. costituita dall'atmosfera (cicli a carattere gassoso: ossigeno, azoto)
  4. dalla litosfera (ciclo a carattere sedimentario: fosforo)
  5. talvolta mista: atmosfera + litosfera e anche idrosfera; (zolfo, carbonio)
  6. costituita da un fondo comune dove si trova immagazzinata lamaggior quantità di una particolare sostanza
2. Ciclizzazione
  1. Biologica
  2. rende disponibile una risorsa
CICLO BIOGEOCHIMICO DEL CARBONIO
1. Il ciclo del carbonio è strettamente controllato dalla componente biologica (uomo incluso), che lo ha profondamente trasformato e nel corso delle ere geologiche….e continua a farlo!!!
2. LA MAGGIORE RISERVA SI HA NELLE ROCCE DELLA LITOSFERA
  1. CARBONATI
  2. DEPOSITI ORGANICI
    1. PETROLIO
    2. CARBONE
    3. METANO
3. VIENE RIMESSO IN CIRCOLO ATTRAVERSO
  1. SOLUBILIZZAZIONE DEI CARBONATI
  2. ERUZIONI VULCANICHE
  3. UTILIZZO UMANO DEGLI IDROCARBURI
4. IMPORTANTI SONO LE FASI DI RISERVA DEL CARBONIO NELL'ATMOSFERA E NELL' IDROSFERA
  1. SOTTO FORMA DI ANIDRIDE CARBONICA VIENE ASSIMILATO ATTRAVERSO LA FOTOSINTESI
5. NELL'ARIA È PRESENTE STABILMENTE CON UN VOLUME DI CIRCA LO 0,03%
6. TUTTAVIA NEGLI ULTIMI ANNI LA CONCENTRAZIONE È ANDATA PROGRESSIVAMENTE AUMENTANDO, CON CONSEGUENTE AUMENTO TENDENZIALE DELL'EFFETTO SERRA
CICLO BIOGEOCHIMICO DELL’OSSIGENO
1. Il ciclo dell’ossigeno è strettamente connesso al ciclo del carbonio e controllato dalla componente biologica (uomo incluso), che lo ha profondamente trasformato e nel corso delle ere geologiche…. e continua a farlo!!!
2. L'ossigeno presente nell'atmosfera è di gran lunga inferiore a quello presente nell'acqua e negli strati superficiali della litosfera
3. Non c'è competizione per questa risorsa
LA COMPOSIZIONE ATMOSFERICA DETERMINA IL BILANCIO ENERGETICO E REGOLA IL CLIMA TERRESTRE
1. Il FORCING RADIATIVO è definito come il bilancio radiativo netto (entrate - uscite) globale (UV, Vis e IR) a livello della tropopausa in condizioni di equilibrio termico
2. La presenza di vapore acqueo (nubi), CO2, O2, CH4 , ozono ed altri gas che assorbono e riemettono radiazione infrarossa, determina “l’intrappolamento” dell’energia termica nella tropopausa (EFFETTO SERRA)
3. D’altra parte, vapore acqueo (nubi), aereosols e la copertura a terra riflettono in misura significativa la radiazione incidente (EFFETTO FRIGORIFERO)
CICLO BIOGEOCHIMICO DELL’ACQUA
1. Il ciclo biogeochimico dell’acqua è regolato dalle condizioni di temperatura, pressione e salinità….
2. …. ma esercita un forcing sia positivo che negativo sul bilancio radiativo ….
3. Il ciclo dell'acqua — conosciuto tecnicamente come ciclo idrologico — consiste nella circolazione dell'acqua all'interno dell'idrosfera terrestre, includendo i cambiamenti di stato fisico dell'acqua tra la fase liquida, gassosa e solida.
4. L'idrosfera rappresenta il 97% di tutta l'acqua del pianeta
5. il ciclo si compone di tre trasferimenti
  1. precipitazione
  2. deflusso
  3. evaporazione
6. precipitazioni
  1. dai 20 ai 200 cm
  2. minori ai poli e nei deserti
  3. maggiori nelle foreste e alta montagna
7. deflusso
  1. la differenza tra la precipitazione e l'evaporazione, rappresenta il deflusso verso il mare, superficiale o sotterraneo
  2. globalmente è positivo per le terre emerse, a prevalenza delle zone esoreiche (verso l'esterno del continente, verso il mare)
  3. negli oceani invece è negativo con maggior evaporazione e quindi con deficit, compensato dal deflusso delle terre emerse
8. l'acqua assorbe circa la metà dell'energia solare che giunge sulla terra
9. è strettamente legato al ciclo dei nutrienti
  1. non esiste l'acqua pura in natura
10. l'acqua piovana
  1. contiene sali e minerali disciolti
  2. ossigeno
  3. anidride carbonica
  4. pulviscolo
  5. polline
  6. sodio
  7. calcio
  8. magnesio
  9. ecc.
11. acque sotterranee
  1. riflettono la natura dei terreni attraversati
  2. leggere
    1. terreni silicei
  3. dure
    1. terreni calcarei
12. acqua di falda
  1. tempi di ricambio lunghissimi
  2. inquinamento quindi, è sempre un fatto grave
13. acqua scorrimento fluviale
  1. riflette l'ecologia del bacino di alimentazione
  2. sali disciolti
  3. particelle in sospensione
  4. organismi viventi
  5. detrito organico
14. interazione col ciclo sedimentario
  1. erosione
  2. trasporto
  3. sedimentazione
EFFETTI DEI CAMBIAMENTI CLIMATICI SUGLI ECOSISTEMI LACUSTRI
1. TEMPERATURA: •RIDUZIONE DELLA DURATA DELLA GLACIAZIONE INVERNALE; •NEI LAGHI PROFONDI, L’INCREMENTO DI TEMPERATURA SUPERFICIALE AUMENTA LA PERSISTENZA DELLA STRATIFICAZIONE TERMICA VERTICALE E RIDUCE LA FREQUENZA DI RIMESCOLAMENTO INVERNALE; •RIDUZIONE DELLA SOLUBILITÀ DEI GAS ATMOSFERICI E SPOSTAMENTO DEGLI EQUILIBRI IONICI; •AUMENTO DEL RISCHIO DI CONDIZIONI DI IPOSSIA E STRESS SULLA FAUNA ACQUATICA; •ACCELERAZIONE DEI CICLI BIOLOGICI DEGLI ORGANISMI POICHILOTERMI (COPEPODI: +3°C ⇒-25% DURATA DEL CICLO BIOLOGICO); •SPOSTAMENTO DELLE NICCHIE ECOLOGICHE VERSO LA TERMOFILIA; •FACILITAZIONE NELL’ACCLIMATAMENTO DI SPECIE ESOTICHE E/O INVASIVE TERMOFILE
2. PRECIPITAZIONI: NELLE REGIONI SUBTROPICALI E DI MEDIA LATITUDINE, I PATTERNS OSSERVATI DI VARIAZIONE CAUSANO: • AUMENTO DELLE FREQUENZE DI EVENTI DI PIENA E DI DISSECCAMENTO; • AUMENTO DEI TEMPI DI RICAMBIO IDRICO; • RIDUZIONE DELLA DILUIZIONE DEL CARICO TROFICO E DI INQUINANTI DAL BACINO IDROLOGICO. L’IMPATTO È ESALTATO ALL’APPROSSIMARSI DI CONDIZIONI EVAPORITICHE: • AUMENTO DELLA SALINITÀ E SPOSTAMENTO DEGLI EQUILIBRI IONICI; • SPOSTAMENTO DELLA LINEA DI COSTA, CON EFFETTI SULLA FLORA E FAUNA BENTONICA LITORANEA; • LA RIDUZIONE DEL LIVELLO IDROMETRICO FAVORISCE IL RIMESCOLAMENTO DELLE ACQUE, CUI SEGUE: • AUMENTO DELLA TORBIDITÀ PER RISOSPENSIONE DEI SEDIMENTI; • AUMENTO DELLA VELOCITÀ DI CICLIZZAZIONE DEI NUTRIENTI; • AUMENTO DEL RISCHIO DI FIORITURE DI ALGHE VERDI E AZZURRE TOSSICHE, LA RIDUZIONE DEI LIVELLI DI OSSIGENO DISCIOLTO E, CONSEGUENTEMENTE, DELLO STRESS SULLA FAUNA ACQUATICA;
IL BUCO DELL’OZONO
1. Il cloro radicale cha si libera dai CFC per l’azione della radiazione ultravioletta è altamente reattivo e interferisce con li ciclo dell’ozono in atmosfera, eliminando O3.
2. Partecipando in modo catalitico, il cloro radicale non è eliminato, per cui è in grado di reagire ulteriormente. Si stima infatti che una molecola di cloro possa trasformare in ossigeno 40 000 molecole di ozono
CICLO SEDIMENTARIO
1. I sedimenti subiscono nel tempo una serie di eventi e trasformazioni definita ciclo sedimentario: Degradazione (o alterazione) Erosione Trasporto Deposito (o sedimentazione) Seppellimento Diagenesi Un nuovo ciclo inizia con un fenomeno di emersione dovuto ad un abbassamento relativo del livello marino (dovuto a cause tettoniche o climatico-eustatiche).
CICLO DEL FOSFORO
1. Dal momento che il fosforo in natura è prevalentemente presente come fosfato, il ciclo del fosforo non interessa l’atmosfera. Il ciclo di breve termine è “imperfetto”, perché il fosforo dilavato dalle rocce è parzialmente riciclato nella rete trofica e parzialmente accumulato nella litosfera. La chiusura del ciclo si realizza con il ciclo sedimentario
2. Il ciclo del fosforo è fortemente influenzato dall’attività antropica, tramite: Input ⇓ - Estrazione del fosforo minerale per uso fertilizzante (2 Mtonn/ anno); - Utilizzazione del fosfato nei tensioattivi (detersivi); - Scarico di reflui organici urbani e zootecnici nelle acque superficiali Output ⇑ -Pesca (60000 tonn /anno); Dal momento che il fosforo rappresenta il principale fattore limitante per la produzione primaria nella maggior parte degli ambienti acquatici d’acqua dolce e marina, i carichi di fosforo sono i principali responsabili del fenomeno di EUTROFIZZAZIONE
3. ELEMENTO INDISPENSABILE PER LE TRASFORMAZIONI BIOENERGETICHE
4. IL FOSFORO TENDE A SEDIMENTARE, PORTARSI SUL FONDO DEGLI OCEANI, DOVE COSTITUIRANNO LE RISERVE GEOLOGICHE
5. IL SUOLO COSTITUISCE UNA GRANDE FASE DI RISERVA
6. IL FOSFORO ORGANICO DEI DETRITI, VIENE MINERALIZZATO DA FOSFOBATTERI, IMMEDIATAMENTE RIUTILIZZABILE DAI PRODUTTORI
7. EUTROFIZZAZIONE
  1. È L'ARRICCHIMENTO NUTRITIVO DEGLI AMBIENTI D'ACQUA, CHE DETERMINA UN SENSIBILE AUMENTO DELLA PRODUZIONE PRIMARIA, IN PARTICOLARE UNA FIORITURA ALGALE ABNORME, GENERALMENTE IMPUTABILE AGLI SCARICHI DELL'ATTIVITÀ UMANA
  2. I DUE NUTRIENTI CRITICI IN QUESTO PROCESSO SONO L'AZOTO E FOSFORO
  3. IN LINEA DI MASSIMA L'INQUINAMENTO DEL FOSFORO È PIÙ CONTROLLABILE, MENTRE QUELLO DELL'AZOTO È PIÙ PROBLEMATICO, PER I COMPLESSI PROCESSI DI SCAMBIO CON L'ATMOSFERA
CICLO DELL'AZOTO
1. Il ciclo dell'azoto è un ciclo biogeochimico con il quale l'azoto si muove principalmente tra l'atmosfera, il terreno e gli esseri viventi. Questo ciclo viene definito gassoso poiché il pool di riserva, cioè il serbatoio di questo elemento chimico, è appunto l'atmosfera, dove l'azoto occupa circa il 78 % del volume totale.
2. Il ciclo dell’azoto è fortemente influenzato dall’attività antropica, tramite: Input ⇓ - Produzione di ammoniaca da azoto atmosferico per uso fertilizzante - Scarico di reflui organici urbani e zootecnici nelle acque superficiali (EUTROFIZZAZIONE) - Combustione dei combustibili fossili (produzione di ossidi di azoto - NOx) Output ⇑ -Pesca
3. Elemento essenzizle per i viventi
4. Quello presente in atmosfera non è utilizzabile
5. Solo pochi organismi possono fissarlo e i più efficienti sono i simbionti che arrivano al 10%
6. La maggior parte dell'azoto viene assimilato attraverso il suolo e non dall'atmosfera
7. La maggior parte viene riciclato all'interno dell'ecosistema
8. il suolo fertile e maturo è una riserva importante
9. cicli chiusi
  1. ecosistemi maturi
  2. tipo forestale
  3. produttori
  4. consumatori
  5. decompositori
10. ciclo aperto
  1. ecosistemi giovani
  2. alta produttività
  3. tipo agricoli
  4. supporto attraverso concimi
CICLO DELLO ZOLFO
1. Lo zolfo presente nell'ambiente può derivare da eruzioni vulcaniche (soprattutto sotto forma di H2S), da attività industriali o da incendi che, in seguito alla combustione, liberano in atmosfera ossidi di zolfo (SO2).
2. LO ZOLFO È ASSAI DIFFUSO IN NATURA
  1. NELL'ACQUA COME SOLFATO
  2. NEI SEDIMENTI COME SOLFATO E COME SOLFURI
  3. NELL'ARIA COME ANIDRIDE SOLFOROSA
3. NELLA CATENA DEL DETRITO, LA RIDUZIONE BATTERICA PORTA ALLA FORMAZIONE DI IDROGENO SOLFORATO, CHE PUÒ SEGUIRE DUE STRADE
  1. OSSIDATO
    1. PRODUZIONE DI SOLFATO INORGANICO NEI SEDIMENTI E NEL SUOLO, SUBITO RIUTILIZZABILE DEI PRODUTTORI
  2. FOTOOSSIDATO
    1. FORMAZIONE DI ZOLFO MOLECOLARE, CHE TENDE A DEPOSITARSI NEI SEDIMENTI E PARTECIPARE COSÌ AI CICLI GEOLOGICI APERIODICI DI LUNGA DURATA
4. NELL'ATMOSFERA È PRESENTE COME ANIDRIDE SOLFOROSA DOVUTA SIA A CAUSE NATURALI CHE UMANE
  1. VIENE OSSIDATA AD ANIDRIDE SOLFORICA, CHE A CONTATTO CON L'ACQUA FORMA ACIDO SOLFORICO, CON IL RISULTATO DELLE PIOGGE ACIDE
PIOGGIE ACIDE
1. Una pioggia viene definita acida quando il suo pH è minore di 5
2. Gli effetti delle deposizioni acide si manifestano a diversi livelli: sono stati riscontrati effetti negativi sulle foreste, sulle acque dolci e sui terreni, sugli insetti acquatici e più in generale sulle forme di vita acquatiche e vegetali, sulla salute umana ed anche a livello urbanistico, col danneggiamento di edifici sia moderni che storici.