I trasferimenti di energia e i cicli di materia negli ecosistemi

I trasferimenti di energia

Tra le varie interazioni che si instaurano tra le popolazioni facenti parte di un ecosistema alcune riguardano il trasferimento di energia.

Negli ecosistemi l'energia entra sotto forma di luce solare, viene trasformata nelle altre tipologie (come l'energia chimica) e può passare da un organismo all'altro mediante la nutrizione oppure disperdersi nell'ambiente.

A seconda del numero di trasformazioni a cui viene sottoposta l'energia prima di essere utilizzata, gli organismi si suddividono in livelli trofici; ad esempio le piante, dette produttori primari, si posizionano al primo livello in quanto sono capaci di ricavare energia chimica direttamente da quella solare, mentre ai livelli successivi vi sono i consumatori che ricavano energia nutrendosi degli organismi che appartengono ai livelli precedenti.

Infatti, al secondo livello trofico vi sono gli erbivori (detti anche consumatori primari) e a partire dal terzo si trovano i carnivori, classificati rispettivamente come consumatori secondari, terziari, quaternari e così via.

A.Ecosistema terrestre; B.Ecosistema marino; 

1.Produttori primari (piante e alghe); 2.Consumatori primari (erbivori); 3.Consumatori secondari (carnivori); 4.Consumatori terziari (carnivori); 5.Consumatori quaternari (carnivori); 6.Detritivori e decompositori

La sequenza dei livelli trofici rappresenta la cosiddetta catena alimentare e, considerando che in un'ecosistema esistono varie catene alimentari, il loro insieme costituisce la rete alimentare.

Ricorda: il numero di livelli trofici dipende dal fatto che nel passaggio da uno all'altro il $$90\%$$ di energia viene dispersa nell'ambiente come calore, quindi dopo qualche passaggio non ne sarà più disponibile in quantità sufficiente.

Esempio

Se vengono emesse $$100000 \text{ kcal}$$, i produttori primari ne convertono $$10000 \text{ kcal}$$, i consumatori primari $$1000$$, quelli secondari $$100$$ e quelli terziari $$10$$.

Cicli di materia

Nei vari ecosistemi esistono anche i trasferimenti degli elementi chimici sia tra le parti non viventi (aria, acqua e suolo) che quelle viventi, come gli organismi. In questo caso si parla di cicli della materia.

Uno degli elementi più importanti è senza dubbio il carbonio, il quale si trova in tutte le molecole organiche.

Ciclo del carbonio

Il ciclo del carbonio consiste nel suo passaggio tra le varie componenti viventi e non viventi degli ecosistemi acquatici e terrestri ed ha una durata complessiva di milioni di anni per ciascun atomo.

La maggior parte del carbonio presente sulla Terra è nei minerali che formano le rocce, in particolar modo quelle che si sono formate nei fondali marini ma che, in seguito ai movimenti della crosta terrestre, sono riemersi.

Questo carbonio viene emesso nell'atmosfera dalle eruzioni vulcaniche sotto forma di $$CO_2$$ (anidride carbonica), la quale viene poi prelevata dalle piante o dalle alghe e trasformata in materia organica attraverso la fotosintesi.

Successivamente la materia organica, e quindi il carbonio contenuto in essa, si trasferisce tra i vari livelli trofici, sia terrestri che marini, attraverso l'alimentazione (così come già visto per l'energia) e torna nell'atmosfera in seguito alla respirazione cellulare.

Altrimenti, nel caso della terraferma, la decomposizione dei residui di piante ed animali porta alla formazione di humus, un complesso di sostanze organiche presenti nel suolo che si presenta sotto forma di terriccio; invece, nel caso della decomposizione di alghe ed animali marini si formano dei sedimenti che riformano le rocce o combustibili fossili, fonti energetiche derivate, appunto, dalla decomposizione di organismi morti milioni di anni prima e che mediante la combustione permettono di ricavare energia liberando anidride carbonica, una delle principali cause dell'eccessivo incremento di questo gas nell'atmosfera.

A.Carbonio che esce dall'atmosfera; B.Carbonio che torna nell'atmosfera; 

1.$$CO_2$$ nell'atmosfera; 2.Fotosintesi; 3.Animali marini; 4.Decomposizione; 5.Sedimenti; 6.Combustibili fossili; 7.Rocce; 8.Eruzione; 9.Vegetazione e animali; 10.Decomposizione di piante e animali; 11.Humus; 12.Respirazione; 13.Combustione

Ciclo dell'azoto

Essendo un componente fondamentale di proteine e DNA, ed essendo difficile da assorbire direttamente, anche l'azoto si rende protagonista di un importante ciclo.

Vi sono batteri azotofissatori, che vivono nel terreno, i quali utilizzano l'azoto contenuto nell'atmosfera per ricavare energia e lo trasformano in sali minerali che le piante possono assorbire.

Gli animali assorbono l'azoto nutrendosi delle piante, successivamente, quando gli animali muoiono, l'azoto torna al terreno grazie a batteri decompositori e ai funghi che degradano la materia organica morta.

Infine, i batteri denitrificanti, un gruppo di microorganismi che trasforma i sali minerali, libera l'azoto presente in essi rendendolo gassoso e facendolo tornare nell'atmosfera.

1.Azoto atmosferico; 2.Batteri azotofissatori (a sinistra) e batteri denitrificanti (a destra); 3.Sali minerali; 4.Piante; 5.Animali; 6.Batteri decompositori e funghi