I Cicli Biogeochimici Della Materia

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I Cicli Biogeochimici Della Materia
Omnia mutantur, nihil interit (Ovidio,
Metamorfosi)
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Cosa Sono

• I cicli della materia sono processi di
  circolazione degli elementi, trasferimenti, cioè,
  di sostanze inorganiche, sostenuti da un regolare
  flusso di energia solare e realizzati in gran
  parte dagli organismi viventi che si organizzano
  in catene alimentari.

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Cosa Sono
Questi cicli sono detti biogeochimici in quanto
coinvolgono sia componenti geologiche che
biologiche di un ecosistema.
Componenti geologiche sono date dallatmosfera,
dalla crosta terrestre (litosfera) e dallinsieme
delle acque che occupano circa i ¾ dellintera
superficie terrestre (idrosfera).
Componenti biologiche includono invece
produttori, consumatori e detritovori, i
principali livelli trofici delle catene
alimentari
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Cosa Sono
Questi cicli sono detti biogeochimici in quanto
coinvolgono sia componenti geologiche che
biologiche di un ecosistema.
Componenti geologiche sono date dallatmosfera,
dalla crosta terrestre (litosfera) e dallinsieme
delle acque che occupano circa i ¾ dellintera
superficie terrestre (idrosfera).
Componenti biologiche includono invece
produttori, consumatori e detritovori, i
principali livelli trofici delle catene
alimentari
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Durata dei Cicli
La biosfera, ovvero linsieme delle tre
componenti geologiche dei cicli della materia
(atmosfera, litosfera e idrosfera), scambia gli
elementi e i composti chimici con tali componenti
in un ciclo continuo, la cui durata dipende dal
tipo di elemento.
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Durata dei Cicli
Ad esempio, tutta lacqua della terra viene
decomposta dalle piante e ricostituita dalle
cellule animali e vegetali ogni 2 milioni di
anni.
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Durata dei Cicli
H2O
atmosfera
litosfera
idrosfera
2 milioni di anni
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Durata dei Cicli
Lossigeno che si genera nel processo entra
nellatmosfera dove compie un ciclo completo in
circa 2000 anni.
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Durata dei Cicli
O2
H2O
atmosfera
litosfera
idrosfera
2 milioni di anni
2000 anni
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Durata dei Cicli
Lanidride carbonica, prodotto di scarto dei
metabolismi della cellule animali e vegetali,
entra nellatmosfera ed è nuovamente fissata
dalle cellule delle piante dopo circa 300 anni
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Durata Dei Cicli
CO2
O2
H2O
atmosfera
litosfera
idrosfera
2 milioni di anni
2000 anni
300 anni
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Catena Alimentare

• La catena alimentare è linsieme dei rapporti
  che intercorrono tra gli organismi di un
  ecosistema rapporti del tipo predatori-prede in
  cui il primo organismo è mangiato dal secondo, il
  secondo dal terzo e così via in una serie di
  livelli di nutrizione, o livelli trofici.

Solo una parte relativamente piccola di energia è
trasferita a ogni livello trofico poiché gran
parte di essa è usata nei processi metabolici ne
consegue che più è corta la catena, maggiore è
lenergia disponibile per la popolazione che ne
fa parte.
Ogni ecosistema ha una sua propria catena
alimentare inoltre, poiché un individuo può
appartenere a più di una catena
contemporaneamente, si crea una vera e propria
rete alimentare con numerose interconnessioni e
ramificazioni.
I principali elementi di ogni catena alimentare
sono i produttori, i consumatori e detritovori.
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Produttori
Sono alla base di ogni catena alimentare si
tratta di organismi autotrofi che attraverso la
fotosintesi riescono a trasformare lenergia
solare in energia chimica. Sulla terraferma il
produttore primario è generalmente individuabile
nelle piante, mentre negli ecosistemi acquatici
nelle alghe.
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Consumatori
Seguono il livello dei produttori e si dividono
in primari (erbivori) e secondari (carnivori)
luomo, essendo onnivoro, può essere un
consumatore sia primario che secondario, a
seconda di ciò di cui si nutre.
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Detritovori
Sono organismi che vivono dei prodotti di
rifiuto (cadaveri, foglie morte, feci) di una
comunità. Comprendono i saprofagi (avvoltoi e
sciacalli) e i decompositori (funghi e batteri).
Entrambi sono considerati consumatori i primi
preferiscono alle prede vive quelle già morte i
secondi sono specializzati nello sfruttare
lenergia chimica (contenuta ad esempio nella
cellulosa e nei prodotti di rifiuto azotati) che
non può essere utilizzata dagli animali.
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Cicli Principali
RED
RED
NH3
O2
H2O
NO3-
OX
OX
ciclo ossigeno
ciclo azoto
RED
RED
H2S
C
CO2
SO4 - -
OX
OX
ciclo zolfo
ciclo carbonio
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Cicli Principali
RED
RED
NH3
O2
H2O
NO3-
OX
OX
ciclo ossigeno
ciclo azoto
RED
RED
H2S
C
CO2
SO4 - -
OX
OX
ciclo zolfo
ciclo carbonio
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Ciclo dellAzoto
Eruzioni vulcaniche
N organico
fissazione
ammonificazione
N2 atmosferico
denitrificazione
NO2-
NH3 o NH4
assimilazione
NO3-
nitrificazione
Plancton e quindi animali marini
NO2-
H2O nel suolo
H2O negli oceani
Perdita in sedimenti profondi
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Ammonificazione
Processo per cui i composti azotati vengono
demoliti da organismi del terreno (batteri e
funghi) che utilizzano gli amminoacidi per
fabbricare le proprie proteine e liberano nel
suolo lazoto in eccesso sotto forma di NH3 o
NH4 Non si tratta di una reazione redox il
numero di ossidazione dellazoto rimane
costante.
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Nitrificazione
Processo per cui alcuni batteri del suolo sono
in grado di ossidare gli ioni ammonio e
lammoniaca
2NH3 3O2
2NO2- 2H 2H2O
Un altro gruppo di batteri si occupa di ossidare
ulteriormente i nitriti formati
2NO3-
2NO2- O2
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Assimilazione
E un processo che richiede energia e prevede
la riduzione dei nitrati, passati allinterno
delle cellule vegetali, nuovamente in ioni
ammonio che verranno trasferiti a composti
contenti carbonio affinché si possano produrre
amminoacidi.
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Denitrificazione
Alcuni batteri del suolo in assenza di
ossigeno riducono i nitrati in nitriti per poi
scindere questi ultimi, utilizzando così
lossigeno ricavato, per la loro respirazione, e
liberando il rimanente azoto nellatmosfera.
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Fissazione
Alcuni batteri detti azoto-fissatori sono
capaci di incorpare direttamente lazoto
atmosferico nei composti organici.
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Ciclo del Carbonio
Eruzioni vulcaniche
diventa HCO3 -
Carbonati negli oceani
Alterazione rocce
CO2 carbonio nellatmosfera
CO2 negli oceani
fotosintesi
Fotosintesi alghe
respirazione
C organico
Decomposizione organismi morti
Giacimenti di combustibile fossile (carbone,
petrolio)
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CO2 diventa HCO3 -
1. Attraverso lalterazione superficiale delle
rocce carbonatiche e silicatiche
Lanidride carbonica presente nellatmosfera
viene sottratta a questultima e trasformata in
ione bicarbonato (e spesso ulteriormente in acido
carbonico) in due modi
CO2 H2O CaCO3
Ca 2HCO3 -
e
2CO2 H2O CaSiO2
Ca 2HCO3- SiO2
Gli ioni calcio e bicarbonato formati arrivano
nelle acque oceaniche grazie al trasporto da
parte dei fiumi.
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CO2 diventa HCO3 -
2. Attraverso la formazione di carbonati negli
oceani
Lanidride carbonica presente nellatmosfera
viene sottratta a questultima e trasformata in
ione bicarbonato (e spesso ulteriormente in acido
carbonico) in due modi
CO2 H2O CaCO3
Ca 2HCO3 -
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Fotosintesi
E un processo anabolico (di costruzione) che
prevede la sintesi del glucosio a partire
dallanidride carbonica
C6H12O6 6O2
6CO2 6H2O
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Respirazione
E invece un processo catabolico (di
distruzione) in cui il glucosio viene scisso in
anidride carbonica.
C6H12O6 6O2
6CO2 6H2O
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Ciclo dello Zolfo
H2S in parte ossidato (ossidazione spontanea) con
O2 e in parte da microrganismi chemilitotrofi e
fotosintetici (OX)
Batteri chemilitotrofi e fotosintetici ossidano
lo zolfo in solfato (OX)
S
SO4- -
SO4- - accettatore di H nella respirazione
anaerobica (RED)
H2S
Processo, messo a punto da vegetali e
microrganismi, analogo allassimilazione
dellazoto (conversione nitrato in N organico)
(RED)
Amminoacidi solforati demoliti da batteri con
liberazione di H2S (desulfurazione) (no REDOX)
S organico
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Ciclo dell Ossigeno
Il ciclo dellossigeno è complicato da
schematizzare in quanto lelemento è presente in
molti composti chimici, sotto forma di ossigeno
molecolare o nei composti organici e inorganici.
A titolo desempio vediamo da vicino il ciclo
dellacqua
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Ciclo dell Acqua
Laria che contiene condensa precipita sotto
forma di pioggia, neve o grandine
Nebbia o nubi
Laria salendo si raffredda e condensa formando
Catene montuose
laghi
Evaporazione
In parte si infiltra nel sottosuolo, alimentando
Oceani
Infiltrazione attraverso il suolo
Falde acquifere
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• Presentazione a cura di
• Elisa Icovi 5B
• a.s. 2006/2007