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condizionano fortemente la vita che si svolge nei mari; sono strettamente connessi e concorrono a determinare dei cambiamenti nei fenomeni biologici che avvengono nell'ambiente marino. 400nm 700nm L'1% penetra al massimo fino a 200 metri, e la completa oscurità domina il fondo degli oceani. La penetrazione della luce solare è in funzione: -della latitudine, -della stagione, -dell’ora del giorno -dalla trasparenza dell’acqua In rapporto alla penetrazione della luce si distingue due zone eufotica (illuminata) superficiale, disfotica (poca luce, bassa attività fotosintetica) afotica (senza luce). La profondità limite fra la zona eufotica e afotica si trova fra i 100 e i 200 metri. Nel Mar Baltico la luce giunge difficilmente oltre i 40-60 m; nel Mar Rosso oltre i 200 m. Ovviamente, più l'acqua è torbida, più si attenua l'illuminazione. Le caratteristiche di illuminazione e trasparenza delle acque determinano una differente ripartizione verticale degli organismi vegetali e animali. Nelle acque profonde manca la vegetazione, poiché per compiere la fotosintesi è indispensabile la luce. Alghe Verdi Alghe brune Alghe rosse Zona fotica Zona disfotica Zona afotica La distribuzione degli organismi vegetali a seconda della penetrazione della luce in mare A profondita’ crescenti diversi tipi di vegetali vivono sui fondali Posidonia oceanica Le piante superiori (con vere radici fusto e foglie) come la Posidonia oceanica possono vivere solo fino a circa 50 metri di profondita’ (a seconda della trasparenza delle acque) perché utilizzano radiazioni della luce solare che non penetrano in profondita’. Le alghe verdi assorbono le radiazioni rosso-gialle e possono vivere solo fino ai 30-40 m di profondità Le alghe brune assorbono le radiazioni blu-verdi e possono vivere a profondità maggiori Le alghe rosse assorbono la luce blu che penetra maggiormente nell’oceano. Alcuni tipi possono arrivare fino a 200m di profondità Luce solare Molte specie animali hanno abitudini di vita influenzate dalla quantità di luce presente nell'acqua. L'importanza di questi comportamenti fisiologici legati al variare della intensità luminosa è notevole anche per le conseguenze sulla pesca. Ad esempio, con le reti a strascico: Nelle ore notturne: principalmente Sogliole, Canocchie, Scampi (su fondali poco profondi), Nelle ore diurne: Pagelli, Triglie e Calamari. L’ attrazione con la lampara è utilizzata da moltissimi anni per la cattura di Clupeiformi (Alici, Sardine) Temperatura • Range: -2 a 40 C. • Più del 90% degli oceani <5 C. • Può controllare la distibuzione, tasso di attività, e riproduzione di un organismo • La temperatura controlla la velocità delle reazioni chimiche e biochimiche – La maggior parte degli organismi sono ‘coldblooded’ o ectotermi. – Un aumento della temperatura di 10oC causa un raddoppiamento della attività Temperatura dell’acqua superficie da 1°C a +25-30°C struttura dell’oceano strato superficiale strato termoclino strato profondo profondità Atlantico: 2-3°C Mediterraneo: 13°C Il calore delle radiazioni solari è assorbito dall'acqua di mare che si riscalda lentamente a causa dell'elevato calore specifico, per questo motivo le differenze sono graduali, a differenza di quello che si verifica nell'ambiente terrestre. Gli strati superficiali sono quelli soggetti alle più ampie oscillazioni termiche stagionali, particolarmente nelle zone temperate, ma al di sotto dei 150-200 metri dalla superficie si estinguono gli effetti dell'irraggiamento solare. La temperatura in superficie varia nell'ambito della stessa giornata, dipende dallo alternarsi delle stagioni, dalla vicinanza dei blocchi continentali, dall'azione del vento e delle correnti. Nel Mediterraneo la temperatura anche a profondità di 4000-5000 metri, non scende al di sotto dei 12-13 °C (OMOTERMIA). questa situazione permette ampi spostamenti verticali anche a organismi che non sopportano sbalzi di temperatura (stenotermi). lo stretto di Gibilterra forma una soglia alla profondità di circa 300 metri che lascia entrare le correnti calde superficiali e fa uscire con le correnti fredde di fondo. -determina variazioni di densità e di viscosità dell'acqua, influenzando oltre le correnti e i movimenti di rimescolamento, anche il galleggiamento ed il nuoto degli organismi viventi. -influenza la velocità delle reazioni chimiche determinando ad esempio un rallentamento del metabolismo come avviene in effetti negli animali delle acque fredde. A livello biologico condiziona: - il periodo riproduttivo - la possibilità di sopravvivenza dei vari stadi giovanili delle diverse specie - gli spostamenti di alcuni pesci; euritermi e stenotermi: (possono sopportare o no notevoli sbalzi di temperatura) I pesci e gli invertebrati marini sono pecilotermi (a sangue freddo), la loro temperatura è equilibrata a quella dell'ambiente in cui si trovano. Alcuni pesci, tuttavia, riescono a mantenere costante la loro temperatura corporea, che è indipendente da quella esterna. I teleostei omeotermici appartengono tutti alla famiglia Scombridae e includono pesci spada, marlin e tonni. Tra i condroitti, lo squalo. I mammiferi marini invece sono omeotermi, mantengono stabile la temperatura corporea, indipendentemente dalla temperatura dell'ambiente dove vivono. Adattamenti per conservare/disperdere calore: -presenza di uno spesso strato di grasso sottocutaneo -radiatori termici nelle pinne. Effetto della temperatura: cirripedi • il battito delle cilia/min aumenta con la temperatura Antifreeze Proteins in Fishes How do Antifreeze Proteins Work? • Secreted from the liver and into the blood stream. • Proteins surround tiny ice crystals to lower the temperature at which they seed additional ice growth. • “Like putting a stocking around an ice crystal.” (Goodman 587). Ala-Ala-Thr Circa il 94% dell'acqua presente sulla Terra è salata e quindi imbevibile. La salinità indica il contenuto grammi di sali disciolti per Kg di acqua di mare L'acqua marina contiene una quantità di sali che oscilla intorno a 35 grammi per Kg. Costituente Sodio (Na) Magnesio (Mg) Calcio (Ca) Potassio (K) Stronzio (St) Solfato (SO4) Bromo (Br) Cloro (Cl) Carbonio (C) carbonato, bicarbonato e anidride carbonica GRAMMI/LITRO 10,770 1,3 0,409 0,388 0,01 2,7 0,065 19,37 0,023 a pH 8,4 Fino a 0,02 a pH 7,8 In più, nelle acque marine sono disciolti quasi tutti gli elementi, compreso l'oro, in una quantità di 4 kg per chilometro cubo d'acqua marina. Le linee che uniscono i punti della superficie marina che hanno uguale concentrazione salina sono dette isoaline. Queste non hanno decorso parallelo e non sono costanti, ma si spostano al variare delle condizioni climatiche e quindi con l'alternarsi delle stagioni. Zone equatoriali <35‰ precipitazioni superano del 40% l’evaporazione Atlantico più salato di Pacifico alisei trasportano vapore acqueo da Atlantico a Pacifico attraverso Panama precipitazioni anche a ridosso di Ande Zone anticicloniche >36‰ evaporazione elevata precipitazioni scarse Non tutti i mari hanno lo stesso tasso di salinità, che dipende: dall'evaporazione, infatti l'acqua di superficie è più salata. dall'apporto di acque piovane, da quanto il mare preso in considerazione sia isolato dal numero di fiumi che vi sfociano portando acqua dolce. I mari circondati da terre fredde e piovose hanno salinità bassa. Nel mar Baltico, ad esempio, in alcune zone, si hanno concentrazioni inferiori al 3 per mille. In alcuni mari artici arriva solo all’1 per mille Negli oceani si ha una salinità media superficiale di 35-36 g/Kg. Questa salinità, massima in prossimità dell'Equatore [fra i tropici del Cancro e del Capricorno] decresce verso le alte latitudini. Tale comportamento è dovuto essenzialmente alla evaporazione e alle precipitazioni. In corrispondenza delle fasce tropicali gli oceani sono più salati: il Sole è più caldo e l'acqua evapora facilmente, depositando sali. Il Mar Rosso e il Mediterraneo sono piuttosto isolati e circondati da terre a clima secco e caldo. Infatti hanno una concentrazione di sale più alta della media. Malgrado il nome, il Mar Morto è in realtà un lago. In questa regione il clima è desertico e l'evaporazione molto intensa. Esso contiene circa 290-350‰, che corrispondono a 350 grammi di sale per chilo! A causa dell'elevatissima salinità non può essere abitato da pesci. Il Mar Caspio è il più vasto lago della Terra, posto fra l'Europa sudorientale e l'Asia centrale la salinità media del lago è del 13 per mille ma si passa da zone in cui è quasi nulla (particolarmente nel delta del Volga) ad altre in cui raggiunge valori particolarmente elevati a causa dell'intensa evaporazione, è quest'ultimo il caso dell'insenatura di Kara Bogaz, dove la salinità raggiunge il 300 per mille. Nel Mediterraneo la salinità media è del 37 per mille, e presso Creta sale a 39,5. Tra i mari italiani, l'Adriatico, lungo la costa italiana, e soprattutto nella parte settentrionale e centrale, presenta una salinità media del 33 per mille, minore rispetto agli altri mari, poiché risente moltissimo dell'influenza dei fiumi che scendono dalle Alpi. Negli organismi marini la capacità di tollerare le fluttuazioni di salinità varia da specie a specie. Gli organismi più sensibili alle variazioni di salinità sono detti stenoalini, quelli che invece possono sopportare un ampio intervallo di salinità si dicono eurialini Perché il mare è salato? Anche le cosiddette acque dolci, quelle dei fiumi e dei laghi, sono salate. Infatti, sulle etichette delle acque minerali è sempre indicata la loro composizione salina. Il contenuto di ioni (i sali disciolti in acqua si decompongono in ioni) dell'acqua dolce è però molto basso e variabile. L'acqua piovana è acqua distillata, in seguito assume salinità nel suo percorso, attraverso il contatto con rocce e suolo. L'acqua di mare invece ha una salinità molto simile e stabile in tutti i mari della Terra e non dipende da fattori locali, come rocce e suolo, ma è il frutto di un lunghissimo equilibrio bio-geochimico tra acque affluenti, attività biologica (dissoluzione e riprecipitazione dei gusci di zooplancton e fitoplancton), evaporazione, e circolazione idrotermale lungo le dorsali medio-oceaniche. Effetto della salinità • Può controllare la distribuzione o il comportamento degli organismi. – Gli organismi epipelagici sono più tolleranti di quelli mesopelagici ai cambiamenti di salinità. – Gli organismi sessili possono chiudere la conchiglia. • Disponibilità di elementi chimici dissolti (calcio e silice) sono un fattore limitante la formazione della conchiglia. – Mancanza di silicio risulta in una diminuzione della produzione di diatomee. • I fluidi corporei degli organismi marini hanno + o la stessa concentrazione di sale dell’acqua di mare. – Diffusione, osmosi e osmoregulazione. Organismi con conchiglia Organismi senza conchiglia Effetto della salinità: diffusione Processo fisico per cui le molecole si muovono da un’area ad alta concentrazione ad aree a bassa concentrazione. Osmosi Diffusione di molecole d’acqua attraverso una membrana semi-permeabile da una soluzione ipotonica ad una ipertonica Osmoregulazione nei pesci marini e d’acqua dolce I pesci marini devono controllare la perdita d’acqua per via dell’osmosi, altrimenti rischiano la disitratazione. I pesci d’acqua dolce devono controllare l’assunzione d’acqua altrimenti si gonfiano ed esplodono. Saltwater teleosts: active tran. passive diff. H2O drink Na+, Cl- Na+, Cl- Mg++, SO4= Na+, Cl- Mg++, SO4= chloride cells kidneys Cellula del cloro active passive sea water Il cloro fuoriesce seguendo il gradiente di concentrazione PC pavement cell ClCl- Cl- + carrier Na+ Cl- K+ chloride cell internal PC Na+ Na+ Na+, Cl- gut accessory cell Na+ pump Na+ Na+ K+ ATPase mitochondria tubular system Freshwater teleosts: active passive H2O don’t drink Na+, Cl- Na+, Cl- Ion exchange pumps; beta chloride cells water kidneys pH tra 7,95 e 8,13 per la presenza di carbonati. L´acqua di mare, per l´elevato potere tampone, è comunque in grado di contenere le variazioni di pH. Negli ecosistemi acquatici il pH è funzione della quantità di C02 disciolta ed è un indicatore del metabolismo delle comunità animali e vegetali (fotosintesi e respirazione). Nelle acque marine di superficie il valore medio di pH si aggira su 8.20. I valori più alti (es. 8.9 ) coincidono con valori elevati di clorofilla e ossigeno. Nelle acque di fondo diminuzioni (< 0.2) si hanno in coincidenza di stati ipossici/anossici che producono ambienti riducenti, con formazione di sostanze tossiche (es. ammoniaca, idrogeno solforato) dannose per le biocenosi di fondo. CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ HCO3- + H+ + Ca++ CaCO3 Pressione idrostatica • La pressione esercitata dalla colonna d’acqua sugli organismi aumenta all’aumentare della profondità – 10 m colonna d’acqua = 1 atm. 1atm= pressione esercitata da una colonna di mercurio liquido alta 760 mm. (1 kg/cm2) Pressione idrostatica 3 bicchieri di polistirolo mandati a 5000 m di profondità Con l'aumentare della profondità le acque sono soggette ad un aumento di pressione. A una colonna d'acqua di circa 10 metri= 1atmosfera. Alle profondità di oltre 10000 metri, alle quali sono stati catturati organismi viventi, la pressione deve salire ad oltre 1000 atmosfere. I fluidi corporei sono incomprimibili, perciò sia le piante che gli animali dell'ambiente acquatico non presentano problemi di schiacciamento. Inconvenienti si possono manifestare quando questi animali subiscono brusche variazioni di pressione salendo rapidamente in superficie, specialmente se hanno cavità interne nelle quali può avvenire la decompressione dei gas, per cui possono gonfiarsi sino a scoppiare. Ecco perché gli animali abissali giungono in superficie fortemente deformati. Pressione idrostatica I pesci usano la vescica natatoria contenente gas per regolare la loro posizione in relazione alla profondità. •Come fanno gli organismi che vivono in profondità a sopravvivere alle alte pressioni? Risposta: molti non hanno cavità del corpo contenenti gas (I gas sono più comprimibili dei liquidi). La Globigerina costituisce gran parte dei sedimenti calcarei del fondo marino fino a 4000 metri. Costituiscono gran parte dei sedimenti silicei del fondo marino fino a 4000-6000 metri. densità • densità 1,008 - 1,030 g/cm3 • dipende da salinità, temperatura e pressione in genere direttamente proporzionale inversamente proporzionale salinità - profondità isopicniche temperatura profondità linee che uniscono i punti con uguale densità parallele, crescenti dall'alto verso il basso temperatura salinità correnti densità distribuzione diversa instabilità stabilità Vescica natatoria e galleggiamento Densità ass. H2O = 1,00 kg/dm3 Densità ass. H2O di mare1,03kg/dm3 Densità ass. organi di pesci se escludiamo grassi e oli=1,06-1,09 kg/dm3 VESCICA NATATORIA riduce la densità ass. del corpo del pesce Fissi: rocce calcaree, vulcaniche (basaltiche) scogliere madreporiche. Mitili, Polpi, Triglie di scoglio Molli: fondi fangosi (Scampi e Pannocchie), sabbiosi (Vongole e Cannolicchi).
