Ecologia

L'ecologia (dal greco: οίκος, oikos, "casa" o anche "ambiente"; e λόγος, logos, "discorso" o “studio”) è la disciplina che studia la biosfera, ossia la porzione della Terra in cui è presente la vita e le cui caratteristiche sono determinate dall'interazione degli organismi tra loro e con l’ambiente circostante, o ancora porzioni della biosfera medesima. Il termine fu coniato dal biologo tedesco Ernst Haeckel nel 1866.
Una porzione di biosfera delimitata naturalmente costituisce un ecosistema. I fattori ambientali che determinano un ecosistema sono solitamente classificati in fattori biotici, abiotici e limitanti. Ecosistemi di livello inferiore possono essere contenuti in ecosistemi più ampi: la biosfera è quindi il massimo ecosistema.
Due approcci diversi all'ecologia sono:

- la sinecologia, che analizza gli ecosistemi nella loro globalità, studiandone in particolare l'equilibrio o l'evoluzione;
- l'autoecologia, che studia i rapporti ecologici intrattenuti da una singola specie, ossia la sua nicchia ecologica.

Oltre ai singoli ecosistemi, l'ecologia studia i biomi, ossia le tipologie di ecosistemi, che si ritrovano in continenti diversi in condizioni climatiche, pedologiche e geomorfologiche simili.
L'ecologia, nell'arco della sua pur giovane storia, ha visto nascere una serie di specializzazioni al suo interno.
L'ecologia delle acque interne ad esempio studia gli ecosistemi di acque dolci. In particolare studia le acque superficiali, ovvero fiumi, laghi ecc., e le acque sotterranee, come ad esempio le falde freatiche.
L'ecologia del paesaggio si occupa invece di studiare la struttura, le funzioni e le trasformazioni nel tempo del paesaggio nelle sue diverse accezioni. Quest'ultima ha un importante nesso con l'Ambiente costruito dall'uomo per la realizzazione dei suoi bisogni ed attività.

1) LA BIOSFERA

In ecologia si definisce biosfera (o ecosfera) l'insieme delle zone del pianeta Terra in cui le condizioni ambientali permettono lo sviluppo della vita. Queste zone in cui si sviluppa la vita, che si pensa sia nata almeno 3,5 miliardi di anni fa, includono la litosfera (sottosuolo e superficie terrestre), l'idrosfera (le acque marine, lacustri e fluviali), ed i primi strati dell'atmosfera (fino ad una altitudine di ca. 10 km). La vita è resa possibile sulla terra a causa di alcune condizioni come la presenza di una atmosfera, che protegge da radiazioni e meteoriti; una temperatura idonea al mantenimento delle strutture terziarie e quaternarie delle proteine e l'esistenza di elementi chimici appropriati per lo svolgimento dei processi vitali.
Influenze significative sulla biosfera sono svolte dai movimenti di acqua ed aria su di essa e dalla posizione e dai movimenti della terra rispetto al sole.
La biosfera, vista come sistema, ha scambi importanti di materia ponderabile solo con l'interno della Terra (cicli biogeochimici). Il suo elevato livello di organizzazione è garantito dal fatto che riceve radiazione elettromagnetica dal Sole, che le consente di mantenere un elevato livello di energia libera.
La biosfera può essere scomposta in macro-unità caratterizzate da uniformità di condizioni del clima, in cui si sono adattate una flora e una fauna specifiche, definite biomi, i quali a loro volta possono essere scomposti in micro-unità chiamate ecosistemi.
Il concetto di biosfera, intesa nel suo insieme come un organismo vivente, è noto come ipotesi Gaia o teoria di Gaia.
Le modificazioni geologiche e climatiche della biosfera avvenute durante la storia del pianeta hanno influito profondamente sugli ecosistemi e gli organismi viventi, determinando processi evolutivi ed estinzioni.
Un'accelerazione di queste modifiche sembra essere data anche dallo sviluppo della popolazione umana, che ha influito direttamente, in particolare dalla fine del secolo scorso, sulle condizioni ambientali e climatiche. I principali fattori antropici che possono avere influenza negativa sulla biosfera sono:

- il disboscamento
- l'urbanizzazione
- l'agricoltura
- l'inquinamento e l'incremento della CO2 atmosferica a causa del massiccio uso di combustibili fossili.

1.1) La litosfera

Il termine litosfera deriva dal greco: λίθος ("pietra, roccia") + σφαίρα ("sfera"), vale a dire "sfera rocciosa".
La litosfera è la parte della Terra che comprende la crosta terrestre e la porzione più superficiale del mantello superiore. La superficie di discontinuità sismologica tra questi due elementi viene detta discontinuità di Mohorovicic (Moho). Nella zona crostale le onde sismiche P ed S aumentano leggermente di velocità, mentre nel mantello superiore l'aumento è decisamente più marcato. Ad una profondità compresa tra i 70 e i 120 km tali onde subiscono un rallentamento; tale zona viene considerata come il limite di profondità della litosfera; al disotto è presente una zona dalle diverse proprietà sismologiche, l' astenosfera. La suddivisione geologica fra litosfera e astenosfera non va confusa con la suddivisione chimica in mantello e crosta terrestre.
La litosfera è frammentata in una serie di placche tettoniche o litosferiche, ai cui margini si concentrano i fenomeni geologici endogeni, come il magmatismo (incluso il vulcanismo), la sismicità e la orogenesi. Le placche possono essere oceaniche o miste, coperte in parte dalla crosta di tipo continentale.
Vi sono due tipi di litosfera:

- Litosfera oceanica, associata alla crosta oceanica.
- Litosfera continentale, associata alla crosta continentale.

La litosfera oceanica è spessa all'incirca fra i 100 e i 150 km (ma al di sotto delle dorsali oceaniche non è più spessa della crosta), mentre quella continentale ha un raggio che va dai 40 ai 200 km; la zona più superficiale fino a 30 o 50 km di profondità è la tipica crosta. La parte del mantello della litosfera consiste principalmente di peridotite ed è più densa della litosfera continentale, ed è separata dalla crosta dalla discontinuità di Mohorovičić.
La litosfera oceanica consiste principalmente di crosta femica e mantello ultrafemico (peridotite) ed è più densa della litosfera continentale, per la quale il mantello è associato con crosta composta di rocce felsiche. La litosfera oceanica si inspessisce man mano che si allontana dalla dorsale medio-oceanica. Questo inspessimento avviene per raffreddamento conduttivo, che converte l'astenosfera calda in mantello litosferico, e causa l'incremento di densità della litosfera oceanica con il passare del tempo. La litosfera oceanica è poco meno densa dell'astenosfera per poche decine di milioni di anni, ma poi diviene sempre più densa dell'astenosfera. L'instabilità gravitazionale della litosfera oceanica matura ha l'effetto di farla invariabilmente sprofondare nelle zone di subduzione al di sotto della litosfera, che può essere continentale od oceanica. Nuova litosfera oceanica viene costantemente prodotta nelle dorsali medio-oceaniche e viene "riciclata" indietro nel mantello attraverso le zone di subduzione. Come risultato, la litosfera oceanica è molto più giovane di quella continentale: la più vecchia litosfera oceanica ha circa 170 milioni di anni, mentre alcune parti della litosfera continentale risalgono a due miliardi di anni fa. Le parti più antiche della litosfera continentale celano dei cratoni, e lì la litosfera-mantello è più spessa e meno densa del normale. La relativa bassa densità di queste "radici di cratoni" del mantello aiuta a stabilizzare tali regioni.

1.2) L' idrosfera

L'idrosfera, in geografia fisica, rappresenta tutte le acque presenti nel sottosuolo o nella superficie di un pianeta. L'acqua che la sempre compone può trovarsi in varie parti del corpo azzurro e celeste:

- Nella litosfera, sulla superficie della Terra e all'interno di rocce;
- Nella biosfera, componendo parte di creature della flora e della fauna;
- Nell'atmosfera, come nubi e vapore acqueo;

Coprendo parte della crosta terrestre, in forma di oceani, calotte polari, eccetera. Deriva dal greco antico: "hydros" e "sphaira", ovvero "sfera d'acqua". Con il termine di "risorgive" si definiscono le venute a giorno di acque sotterranee legate alla variazione della permeabilità dei sedimenti. Ciò significa che le acque della falda, che circolano - più o meno liberamente - all'interno dei sedimenti a granulometria grossolana (ad esempio ghiaie), affiorano nel momento in cui vengono ad incontrare livelli più fini e quindi meno permeabili, cioè quando l'incremento di livello determinato dalla riduzione di permeabilità fa sì che la tavola d'acqua intersechi la superficie.
Associato al termine risorgiva si ritrova, quello di fontanile. I due termini però, non sono affatto sinonimi: mentre la risorgiva è un fenomeno naturale, il fontanile rappresenta, in alcuni territori, il prodotto dell'intervento umano che ha modificato una risorgiva o ne ha "provocata" una con un intervento di scavo.
Le risorgive sono presenti e diffuse, spesso con continuità, in più aree della Pianura Padana dove rappresentano uno degli elementi ambientali più tipici, e questa tipicità è legata sia agli aspetti naturali che alle caratteristiche modificazioni opera dell'intervento umano.

- acqua totale: oceani 97%, 3% acqua dolce
- acqua dolce: 79% calotte glaciali e ghiacci, 20%acqua sotterranee, 1% acqua dolce in superficie facilmente accessibile
-acqua dolce in superficie facilmente accessibile: 52% laghi, 38% umidità del suolo, 8% vapore acqueo, 1%fiumi e torrenti, 1% acqua degli organismi viventi .

L'idrosfera del pianeta Terra è basata sul ciclo delle acque, che passano continuamente dallo stato liquido, a quello gassoso e, in alcuni casi, allo stato solido. La gran parte di queste acque è raccolta negli oceani, che ne permettono il continuo riciclo. Sul nostro pianeta si trovano 1,4 miliardi di chilometri cubi di acqua il 97% si trova nel mare il 3% nei ghiacciai e nelle calotte polari lo 0,2 % è acqua disponibile per l'uomo cioè acqua dolce, che si trova nei laghi, nei fiumi e nelle acque sotterranee (falde acquifere).
La prima parte detta anche fase atmosferica (evaporazione → formazione delle nubi → venti) è alimentata dall’energia solare: circa ¼ di tutta l’energia proveniente dal Sole è utilizzata per l’evaporazione e viene accumulata nelle nuvole come energia potenziale. Nella seconda parte detta anche fase terrestre: (precipitazioni → deflusso dell’acqua) interviene la forza di gravità che provoca la ricaduta dell’acqua sul suolo e il movimento delle acque in superficie e in profondità: in questo modo l’energia accumulata nell’acqua delle nuvole si trasforma in energia cinetica.L'acqua che cade sul suolo ritorna al mare con le falde acquifere e con i corsi d'acqua.
La salinità è il peso in grammi dei sali disciolti in 1 L di acqua; essa si esprime in g/l o in parti per mille (‰) ed è in media di 35 g/l. La presenza di sali disciolti fa si che l’acqua abbia un punto di solidificazione inferiore a quello dell’acqua pura, che è 0 °C: l’acqua di mare solidifica a circa –1,9 °C e questo è importante per la vita nel mare. La temperatura delle acque superficiali dipende dalla latitudine e dalla stagione: all’Equatore si mantiene costante tutto l’anno intorno ai 27 °C. Le maree sono causate dall’attrazione gravitazionale del Sole e della Luna. Quando la luna è in congiunzione o in opposizione al Sole, le due forze si sommano e la marea ha la massima ampiezza, cioè la massima differenza di livello fra l’alta e la bassa marea. Le correnti marine sono provocate da differenze di temperatura e di salinità ed il loro movimento è condizionato dalla rotazione terrestre oltre che dallo spirare dei venti. Le correnti superficiali si distinguono in : correnti calde e correnti fredde. Le calde eseguono un percorso che va dalle zone equatoriali in direzione dei poli, le fredde chiudono il ciclo dalle alte latitudini verso l'equatore. Il loro movimento è influenzato dalla morfologia dei bacini ed è soggetto alla forza di Coriolis.

1.3) L' atmosfera

La parola atmosfera (dal greco ἄθμος - àthmos - "vapore" e σφαίρα - sphàira - "sfera") designa un fluido allo stato gassoso che avvolge un pianeta, una stella o più in generale un corpo celeste, le cui molecole sono trattenute dalla forza di gravità del corpo stesso.
Per le leggi della meccanica statistica e per l'irraggiamento solare, i gas costituenti una atmosfera planetaria subiscono una dispersione costante: a seconda della grandezza del pianeta in questione e della vicinanza alla stella intorno a cui eventualmente orbita, questo processo può assottigliare ed estinguere l'atmosfera del pianeta stesso in tempi più o meno rapidi, ma sempre nell'ordine dei milioni di anni. L'atmosfera viene rifornita di nuovi gas dalle eruzioni vulcaniche; quindi i pianeti geologicamente attivi tendono a mantenere più facilmente una atmosfera. Sui pianeti più lontani dal Sole, la bassa temperatura ed il minore irraggiamento non permettono alle molecole di sfuggire nello spazio. Il pianeta Mercurio invece, essendo di dimensioni ridotte e molto vicino al Sole, quindi con poca attrazione gravitazionale, presenta solo delle tracce di atmosfera; è l'unico pianeta del sistema solare che presenta questa caratteristica.
La presenza di ossigeno libero è prerogativa unica dell'atmosfera della Terra, mentre in tutte le altre atmosfere di pianeti del sistema solare studiate finora non se ne è trovata traccia. Un'atmosfera planetaria che contenga ossigeno gassoso in grosse quantità non è chimicamente in equilibrio: infatti l'ossigeno è un gas estremamente reattivo, che nel tempo si combina completamente con le rocce e gli altri composti della superficie, ossidandoli e sparendo dall'atmosfera. La sua presenza (e persistenza) sulla Terra è conseguenza della attività biologica di piante, che lo producono in grandi quantità come sottoprodotto della fotosintesi: per questo motivo si considera la presenza di ossigeno gassoso in quantità apprezzabili nell'atmosfera di un dato pianeta come indicatore della presenza di vita su di esso. Inoltre l'atmosfera ha una funzione di "filtro" perché permette alla luce e al calore del Sole di raggiungere il pianeta, ma impedisce che le radiazioni solari nocive alla vita arrivino in grandi quantità (raggi X o UV).
La Terra possiede un'atmosfera caratterizzata da una struttura piuttosto complessa e suddivisa in più strati, che in ordine di altezza sono: troposfera, stratosfera, mesosfera, ionosfera, esosfera; la sua composizione chimica media al suolo è la seguente:
- Azoto (N2): 78,08%
- Ossigeno (O2): 20,95%
- Argon (Ar): 0,93%
- Vapore acqueo (H2O): 0,33% in media (variabile da circa 0% a 5-6%)
- Biossido di carbonio (CO2): 0,032% (320 ppm)
- Neon (Ne): 0,00181% (18 ppm)
- Elio (He): 0,0005% (5 ppm)
- Metano (CH4): 0,0002% (2 ppm)
- Idrogeno (H2): 0,00005% (0,5 ppm)
- Kripton (Kr): 0,000011% (0,11 ppm)
- Xeno (Xe): 0,000008% (0,08 ppm)
- Ozono (O3): 0,000004% (0,04 ppm)

Sono anche presenti, in tracce, Ossidi di azoto (NO, NO2; N2O), Monossido di carbonio (CO), Ammoniaca (NH3), Biossido di zolfo (SO2), Solfuro di idrogeno (H2S).
Non tutti gli strati hanno le stesse concentrazioni di gas: ad esempio il vapore acqueo è presente quasi soltanto nella troposfera, lo strato più basso, ed è praticamente assente nella termosfera e nell'esosfera, che viceversa contengono quasi tutto l'elio e l'idrogeno. L'ozono è contenuto in massima parte nella stratosfera, in cui costituisce un importante strato.

2) GLI ECOSISTEMI

Un ecosistema è una porzione di biosfera delimitata naturalmente. Ogni ecosistema è costituito da una comunità (detta anche biocenosi) (componente biotica) e dall'ambiente fisico circostante, il geotopo (che fa parte di una ecoregione), (componente abiotica), con il quale si vengono a creare delle interazioni reciproche in equilibrio dinamico. Un ecosistema viene definito come un sistema aperto, con struttura e funzione caratteristica determinata da:

- flusso di energia
- circolazione di materia tra componente biotica e abiotica.

Nella quasi totalità degli ecosistemi il flusso di energia deriva dalla radiazione solare che, a differenza della materia, non è riciclabile ma, tuttavia, viene continuamente elargita dal sole. Una volta raggiunta la terra, una piccola parte di essa viene catturata ed utilizzata dagli organismi autotrofi fotosintetici per la trasformazione delle molecole inorganiche in sostanza organica.
Attraverso le reti alimentari, la materia inorganica viene poi utilizzata come fonte di energia dagli organismi eterotrofi, entrando così in circolo nell'ecosistema. Una tipica catena parte dalle sostanze chimiche inorganiche presenti nel terreno, nell'aria (anidride carbonica), acqua, e le trasforma per mezzo della fotosintesi clorofilliana in sostanze organiche (erba, piante alberi, alghe); i consumatori primari quindi se ne nutrono (erbivori, larve, molluschi) e saranno in seguito il cibo dei consumatori secondari (predatori vari, uccelli, pesci); alla loro morte i decompositori (batteri, funghi) smonteranno le sostanze organiche in elementi e composti inorganici che concimeranno il terreno ed entreranno di nuovo nel ciclo.
Vi sono, nella classificazione antropologica, due grandi tipologie di ecosistema:
Ecosistema generalizzato: è un ecosistema in cui si trova una grande complessità di specie animali e vegetali che vivono in simbiosi tra loro e il cui squilibrio può portare a gravi reazioni a catena.
Ecosistema specializzato: è un ecosistema che produce molto in termini agricoli ma impoverisce la terra (es. latifondo a monocoltura).
Da un altro punto di vista, si distinguono:

- Ecosistemi naturali che, una volta raggiunto l'equilibrio ecologico (climax) hanno una elevata produttività lorda e una produttività netta nulla;
- Ecosistemi artificiali, con una minore produttività lorda e con una produttività netta positiva (quelli agricoli) o negativa (quelli urbani).

Gli ecosistemi naturali sono importanti in particolar modo per le leggi fisiche che li caratterizzano nel tempo rispettando la nota legge di potenza, applicabile ai più svariati campi. Gli ecosistemi possono essere rappresentati come reti in due principali tipi:

- Rete egualitaria o punto a punto: in caso di attacco casuale si dimostra più fragile ma più resistente nell'attacco mirato.
- Rete elitaria con pochi nodi più interconnessi: più resistente nell'attacco casuale ma vulnerabile in quello mirato.

Un ecosistema si definisce fragile se a basso livello di biodiversità (animali,vegetali,ecc.) perchè più debole nei casi di condizioni estreme (intossicazione, introduzione di specie diverse più aggressive, ecc..) rispetto ad uno a più elevato livello di biodiversità ne favorisce più facilmente la sopravvivenza e la quantità di biomassa (vegetale, animale ecc.) che ne costituisce l'habitat.

3) ECOLOGIA DEL PAESAGGIO

L'ecologia del paesaggio (in inglese, "Landscape Ecology") è una scienza applicata, nata in origine come interfaccia tra geografia ed ecologia. Secondo tale approccio, il paesaggio è definibile come "sistema complesso di ecosistemi", in cui si integrano gli eventi della natura e le azioni della cultura umana.
Ogni tipologia di paesaggio può essere riferita ad un modello (pattern) di base. Tali pattern riguardano fondamentalmente gli aspetti strutturali, e possono assumere configurazioni semplici (patches, ecotopi, corridoi, matrici) o complesse (apparati, ecomosaici, tessuti paesistici). La patch, in particolare, rappresenta l’unità minima strutturale di un paesaggio; la forma della patch riflette il processo che l’ha creata o mantenuta: in genere forme regolari sono di natura antropica, al contrario le patches generate da processi ecodinamici sono di forma irregolare (Forman, 1986). Le aree di contatto tra patches differenti sono rappresentate dagli "ecotoni"; tali strutture condizionano molti processi ecologici quali la diversità biologica, il flusso e l’accumulo dei materiali e lo scambio di energia e la propagazione del disturbo. Secondo Odum (1959) gli ecotoni sono definiti come “Zone di transizione fra due o più comunità, con forma generalmente lineare, a volte anche di notevole sviluppo, ma tendenzialmente più sottile dell'area delle comunità confinanti”. Al livello gerarchicamente superiore si trova la matrice ambientale: essa è costituita dall’elemento - o dall’abbinamento di più elementi - maggiormente rappresentativo dell’ambito spaziale esaminato. Una delle caratteristiche fondamentali della matrice è il suo grado di porosità, ovvero il numero di interruzioni - patches, corridoi, ecc. - che sono presenti in essa. Individuare il grado di porosità di una matrice permette di effettuare, ad esempio, analisi per individuare il grado di connettività al suo interno e di poter, quindi, valutare e monitorare le trasformazioni urbane proposte da un piano o da un progetto. La parte funzionale del paesaggio è data dai flussi di materia ed energia che si scambiano al suo interno e all’esterno (flussi energetici e di informazione, flussi di materia, movimenti di specie, interazione tra ecotopi), e dai processi che avvengono grazie a questi flussi, allo scorrere del tempo e ai processi di scala superiore che condizionano le dinamiche a livello di paesaggio. Tali flussi sono fortemente condizionati dalle configurazioni paesistiche, un esempio emblematico sono le funzioni specifiche dei corridoi la cui forma privilegia gli spostamenti in senso longitudinale ed impedisce quelli in senso trasversale, oppure le funzioni delle macchie sulla stanzialità e la sosta il cui funzionamento dipende dal tipo biotico, dalla estensione, da fattori temporali e dalla matrice circostante.