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L’ATMOSFERA E L'ECOSISTEMA GLOBALE
La Terra è un sistema dinamico
Le condizioni fisiche degli ecosistemi presenti sulla Terra, anche se soggetti a continui cambiamenti, si mantengono entro un intervallo di valori favorevoli alla vita: in questo caso gli scienziati parlano del principio di Goldilock (riccioli d’oro). Tra i requisiti che rendono il nostro pianeta abitabile ci sono le condizioni di temperatura, la composizione chimica dell’atmosfera, delle acque, dei suoli e delle rocce. I vari comparti della terra vengono trattati separatamente e sono: atmosfera, idrosfera, litosfera, biosfera; ma in realtà questi formano un sistema dinamico in relazione fra di loro e con l’energia solare.
Flussi di materia e di energia
La litosfera, le terre emerse, i suoli
La litosfera è un sistema dinamico in continua evoluzione. I moti delle placche tettoniche determinanti il ciclo litogenetico,modellando la litosfera; inoltre anche l’interazione con l’atmosfera e l’idrosfera modifica continuamente l’aspetto della superficie terrestre. La degradazione meteorica ad esempio, è innescata da fenomeni fisici (come l’alternarsi del caldo e del freddo), e da processi chimici (a carico dei minerali che compongono la roccia); quindi la roccia indebolita è soggetta all’erosione. Il suolo è uno dei componenti più fragili delle terre emerse: è generato dai prodotti di disgregazione della roccia madre più materiali organici e sostanze in soluzione acquosa; in migliaia di anni il deflusso superficiale delle acque ne riduce lo spessore. Alcuni esempi di impoverimento del suolo sono il disboscamento delle foreste pluviali: con l'abbattimento delle piante il suolo è esposto alle frequenti piogge che lo assottigliano; e l’inquinamento del suolo, fenomeno comune nei nostri territori.
La biosfera e la CO
Con l’atmosfera gli organismi viventi scambiano materia ed energia mediante la fotosintesi; la liberazione cellulare e i processi di decomposizione liberano invece CO2 e consumano ossigeno. Ad incrementare la produzione di CO2 ci sono le attività umane, le esalazioni vulcaniche e l'erosione delle rocce calcaree.
Le acque marine
Gli oceani ricoprono il 71% della superficie terrestre e partecipano al ciclo idrologico che è responsabile dell’86% dell’evaporazione totale. L'interazione fra le
terre ei mari è strettissima: i detriti solidi, sostanze in soluzione e componenti gassosi, si riversano nel mare tramite le acque superficiali e sotterranee, contribuendo alla formazione dei fondali oceanici e entrando a far parte della composizione della acque marine. Il mescolamento delle acque oceaniche è lentissimo e grazie a ciò i sedimenti si depositano sul fondo generando rocce sedimentarie. In prossimità delle coste si verifica un fenomeno che favorisce il rimescolamento delle acque, detto upwelling: i venti rimescolano le acque costiere.
Le acque dolci
Le acque povere di sali sono presenti nei fiumi, nei laghi nelle falde acquifere e nei ghiacciai. Queste interagiscono costantemente con le rocce e il suolo modellandoli. I laghi e fiumi ricevono i nutrienti e minerali dalle acque superficiali, e li assorbono. La presenza degli organismi aerobi nelle acque ne determina l’impoverimento di ossigeno e di nutrienti. La acque lacustri si rimescolano grazie al fenomeno del turnover , “ricambio annuale”: in primavera la fusione dei ghiacci immette acqua fredda e densa che scende in profondità, facendo risalire le acque sottostanti
povere di ossigeno; in autunno si verifica lo stesso fenomeno, dovuto però
ai venti freddi che appunto raffreddano le acque in superficie.
L’atmosfera
I pianeti sono avvolti da miscele di gas di diversa composizione e spessore che compongono l'atmosfera. Al livello del suolo, nella troposfera, l’aria è costituita da un miscuglio di gas e vapori in percentuali abbastanza costanti a esclusione del vapore acqueo che è molto variabile; i gas sono: Azoto: 78%. E’ il più abbondante, è un gas inerte (poco reattivo). Ossigeno: 21%. Si è formato grazie agli organismi fotosintetici , che lo hanno prodotto negli ultimi 2 miliardi di anni. Aragon: 0,9%. E’ un gas nobile (ancora più inerte dell'azoto), formato da molecole monoatomiche. Il restante 0,1% è costituito da diverse quantità di di vari elementi e composti, tra i quali il diossido di carbonio. L’idrogeno, altri gas nobili e il metano non raggiungono lo 0,003%. Il vapore acqueo è presente in concentrazioni variabili, fino al 5-7%. Negli strati superiori troviamo composizioni diverse: nella stratosfera l’ossigeno è presente sottoforma di ozono; ancora più in alto c’è l'elio; il vapore acqueo scompare al di sopra della troposfera. Il compito dell’atmosfera è quello di assorbire a filtrare le radiazioni solari. Nell'atmosfera si riconoscono diversi strati, dall’alto verso il basso, che si
L'assorbimento degli UVB è importante per la biosfera poiché impedisce che tali radiazioni ionizzanti penetrino in profondità e interagiscono con le biomolecole, provocando numerosi danni.
La radiazione solare
L'energia che alimenta la circolazione dell'aria, che muove le correnti marine e che sostiene l'intera biosfera ha origine nel nucleo solare, dove avvengono reazioni termonucleari a catena di fusione nucleare nelle quali nuclei di idrogeno si combinano formando elio, mentre parte dei nuclei reagenti si converte in energia. L'energia prodotta nel nucleo si trasferisce lentamente verso gli strati periferici mediante processi radiativi e convettivi. Dalla fotosfera l'energia del Sole si libera sotto forma di radiazioni luminose che percorrono lo spazio in tutte le direzioni e raggiungono la Terra in un tempo pari a circa 8 minuti. Attraversando l'atmosfera l'intensità dell'irraggiamento si attenua: una parte dell'energia luminosa viene riflessa verso lo spazio; una parte viene diffusa in tutte le direzioni dalle molecole dei gas atmosferici; una parte viene assorbita dagli stessi gas e riemessa in tutte le direzioni con prevalenza di radiazione infrarossa. L'energia che giunge al suolo è circa la metà.
Gas serra
Le radiazioni dell’infrarosso termico emesse dalla superficie terrestre non attraversano liberamente l’atmosfera, ma sono intercettare da certi gas che le assorbono e le riemettono in tutte le direzioni, una parte quindi va verso il basso, determinando un ulteriore riscaldamento dell’aria; questo fenomeno è chiamato effetto serra.
Il gradiente termico nella troposfera
Con l’aumentare della quota la temperatura della troposfera diminuisce. Il riscaldamento della troposfera è infatti dovuto all'irraggiamento da parte del suolo. In sintesi il riscaldamento dell’atmosfera è dovuto principalmente dalle radiazioni elettromagnetiche che eccitano l'agitazione termica delle molecole dell'aria. Fra tutte le lunghezze d'onda, quelle che hanno questa capacità sono soprattutto le radiazioni del lontano infrarosso. La luce solare costituita prevalentemente da radiazione visibile e infrarossa a onda corta, mentre gli infrarossi a onda lunga sono pochi. La radiazione emessa dal suolo invece ha intensità massima proprio in corrispondenza dell TR termico, pertanto è il suolo terrestre il responsabile del riscaldamento dell'aria nella troposfera.
Il riscaldamento globale
Con l'espressione riscaldamento globale indichiamo l'aumento della temperatura media atmosferica. L'atmosfera terrestre ha sempre avuto variazioni climatiche che hanno con le fredde ere glaciali e la ere interglaciali più calde. L'origine di queste variazioni si può ricondurre ai cambiamenti delle orbite della Terra e a fenomeni come le variazioni di attività solare e le eruzioni vulcaniche; la grande maggioranza dei climatologi individua nell'aumento di CO2 la responsabilità principale del global warming, dovuto perlopiù alle attività umane. Gli effetti del riscaldamento atmosferico sono catastrofici sia per l’uomo che per l'intera biosfera. Le conseguenze potrebbero essere: 1)la riduzione di tutti i ghiacciai; 2)l'aumento dei fenomeni estremi come siccità e uragani; 3)un calo della produzione agricola, dovuto alla siccità;
- innalzamento del livello del mare dovuto alla fusione dei ghiacciai continentali,
- il dissolvimento del permafrost con la liberazione dei gas che vi sono imprigionati come il metano che è un gas serra; 6 )la diffusione nelle zone temperate di insetti e microrganismi portatori di malattie tropicali.
I flussi di energia nella biosfera
L'energia solare sostiene quasi interamente il fabbisogno energetico della biosfera alimentando la fotosintesi che innesca la catena alimentare. Mentre la materia entra e esce dagli ecosistemi ciclicamente, il flusso energetico è unidirezionale; di questo flusso fanno parte anche i combustibili fossili che hanno immagazzinato l'energia della fotosintesi nel passato (solo rari ecosistemi che popolano cavità sotterranee o sorgenti idrotermali sottomarine non utilizzano l'energia solare, ma sfruttano l'energia di particolari reazioni chimiche). La produzione primaria è l'energia accumulata nei composti organici che nascono dalla CO2, da cui dipende l’esistenza degli ecosistemi; è affidata agli organismi autotrofi dei quali la maggior parte sono fotoautotrofi. La quantità totale di tale energia è detta produzione primaria lorda. Gran parte di essa viene impiegata per il metabolismo degli stessi organismi produttori, mentre una parte, chiamata
