ECOLOGIA MARINA – aa 2014/15 Scuola di Scienze Matematiche

Scuola di Scienze Matematiche Fisiche e Naturali
ECOLOGIA MARINA – aa 2014/15
Corso della LM in Biologia
(6 cfu con esercitazioni)
[email protected]
Dip Biologia via Micheli 1, Firenze
Laboratorio di Foto-Ecologia Marina
055.2757386 Ricevimento su appuntamento
Materiale didattico integrativo ad uso interno
Testi consigliati (parti di):
TAIT & DIPPER, Elements of Marine Ecology. Butterworths, 1998. (capp. 1-5, 7-8)
KIRK J.T.O., Light and photosynthesis in aquatic ecosystems. Cambridge University Press, London, 1994.
CASTRO P., HUBER M. Biologia marina. McGraw-Hill, 2011
DELLA CROCE N, CATTANEO-VIETTI R, DANOVARO R. Ecologia e protezione dell’ambiente marino costiero. UTET, Torino, 1997. (capp. 2 – 5, e 910)
Per approfondimenti:
VALIELA I., Marine Ecological Processes. Springer-Verlag, 1994.
LONGHURST A., Ecological geography of the Sea. Academic Press, 2007 pp 541
ISPRA-SIBM, Metodologie di studio del Plancton marino – Manuali e Linee Guida 56/2010
COGNETTI, SARA, MAGAZZU, Biologia Marina, Calderini, Bologna, 2004. (capp. 1-4, 9-11, 17-18)
MOSETTI F., MOSETTI-ALBRECHT P., Oceano, clima e vita. Calderini, Bologna, 1994;
INNAMORATI M., Ferrari I., Marino D. e Ribera D'Alcalà M., “Metodi nell'ecologia del plancton marino" Nova Thalassia 11
ISPRA-SIBM “Metodologie di campionamento e di studio del plancton marino” Socal G., Buttino I., Cabrini M., Mangoni O., Penna A., Totti C. (Eds.).,
Roma. Manuali e Linee guida 56/2010 pp. 685 ISBN 978-88-448-0427-5
online at: http://www.isprambiente.gov.it/site/_contentfiles/00006900/7721_MLG_56-2010.pdf]
Ecologia Marina aa14/15 materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Ecologia pelagica e costiera e applicata - EMA
I bacini oceanici, dinamica delle placche tettoniche ed i fondali. Gli habitat marini. Le caratteristiche
fisiche e chimiche dell’acqua di rilievo ecologico. La temperatura dell’acqua di mare e le sue variazioni batimetriche,
geografiche, temporali. La composizione e le caratteristiche chimiche dell’acqua di mare. La sostanza inorganica e
organica, particellata e disciolta, seston e tripton. Equilibrio dei carbonati. La salinità, definizione e misura. Le variazioni
di salinità e le sue cause. Le proprietà conservative, la Densità delle masse d’acqua e la caratterizzazione idrologica.
Identità e tracciabilità delle masse d’acqua, diagrammi T-S. Idrodinamica, correnti oceaniche superficiali e profonde,
convergenze, divergenze e zone frontali. Forza di Coriolis e spirale di Ekman. Le risalite di acque profonde (upwellings)
e la loro distribuzione. Cicli biogeochimici degli elementi nutritivi in mare, carbonio azoto e fosforo. Effetti dell’azione
antropica. I Nutrienti minerali del fitoplancton in mare. Processi di assimilazione, nutrizione e crescita. Limitazione
nutritiva della crescita vegetale e rapporto di Redfield.
Ecologia degli ambienti costieri, moto ondoso, maree ed effetti sulla linea di costa. Le acque di transizione. Gestione e
risorse della fascia costiera, necton e pesca. Il benthos, le macroalghe e fanerogame, la zonazione dei piani litorali.
Eutrofizzazione costiera e fioriture tossiche (HABs). Indici di qualità delle acque, indice TRIX. Inquinamento da
idrocarburi, biomonitoraggio in mare, biorisanamento. Biodiversità e successioni fitoplanctoniche. Ecologia regionale, il
Mediterraneo ed il suo bacino occidentale, circolazione e stagionalità, oligotrofia ed eutrofia. L’ Oceano Antartico
ambiente fisico e struttura trofica. Tecnologie e metodiche oceanografiche più recenti, campionamenti e misure. Gli
ecosistemi marini rispetto alla biosfera ed ai problemi di climatic change.
Fotoecologia marina
-
FEM
Il campo luminoso subacqueo. La attenuazione della luce in mare, le proprietà ottiche inerenti e apparenti. La
classificazione ottica delle acque marine, le componenti ottiche (gilvina, seston, fitoplancton). Uso delle misure ottiche in
ecologia marina. Assorbimento della luce. Distribuzione dei pigmenti nei taxa algali e pigmenti diagnostici. Definizione,
organismi e processi della produzione primaria marina e loro distribuzione. Fotosintesi e produzione in mare, analisi
della curva fotosintetica. Il foto-adattamento e la foto-acclimatazione dei vegetali marini. Telerilevamento ottico,
passivo e attivo (radianza e fluorescenza) dei vegetali., di temperatura e torbidità delle acque, della vegetazione marina e
della produzione. Metodologie di stima in situ e modelli per il remote sensing della Produzione Primaria. Distribuzione
verticale e stagionale di biomassa e produzione fitoplanctonica. Ipotesi di Sverdrup per la fioritura primaverile, profondità
di compensazione e profondità critica. Dinamiche della fioritura fitoplanctonica. Adattamenti alla vita planctonica, le
categorie dimensionali del plancton, metodologie di analisi e studio del plancton. Ecologia trofica, struttura e rendimenti
trofici.
Ecologia Marina aa14/15 materiale didattico uso interno
Prof. Luigi Lazzara
1
Perché studiare i mari, gli oceani:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Da sempre fonte di cibo e mezzo di trasporto per l’uomo
gli oceani hanno un ruolo essenziale nel ciclo idrologico del pianeta
sono i contenitori della maggior quantità di energia cinetica che la Terra
deriva dal sole (vedi fonti energetiche rinnovabili)
ruolo determinante nella redistribuzione dell’energia sulla Terra
e quindi sul => clima
massima offerta di volume abitabile dalla vita (ca. 80 maggiore > che sulla terra )
consentono il minor costo di mantenimento per gli organismi(sforzo di gravità e
temperatura…) vedi infatti gli animali di dimensione massima
offrono zone di confine o di interfaccia con la terra dove convergono i maggiori scambi di E e di
massa, che danno le aree biologicamente più produttive
lo studio degli oceani polari, dove esistono i maggiori fenomeni di riflessione dell’E solare e
passaggio di stato (ghiaccio-acqua) è fondamentale per la comprensione e il controllo dei
cambiamenti climatici
a.
b.
c.
d.
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
Foto-ecologia marina
Ecologia trofica
Gli ambienti marini
Ecologia applicata e costiera
1
Prof. Luigi Lazzara
Tematiche scientifiche attuali in ecologia marina
Ciclo del C negli oceani
produzione primaria e
“sink” di C, v. clima…
Modellizzazione degli
stocks ittici, reti
alimentari, uso delle
risorse (diminuzione)
Cicli degli elementi biolimitanti
Ecologia dei fondali
oceanici hydrotermal
vents
Oceanografia costiera e
cicli vitali degli organismi
Ecologia dei mari polari
e clima
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
La fisiografia del bacino oceanico
piattaforma continentale
scarpata continentale
zoccolo continentale
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Piana abissale
Dorsali oceaniche
Fosse oceaniche
Prof. Luigi Lazzara
La tettonica a zolle
o delle placche
I continenti giacciono su placche della litosfera. Le placche si muovono sul mantello
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Sorgenti idrotermali profonde
Divergenze e
convergenze
+ convergenze rapide e lente
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Suddivisione degli ambienti
basata su morfologia del bacino oceanografico
6000 m
fosse
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Gli
habitats
(vedi organismi)
neustonici,
planctonici,
bentonici,
epibiotici,
endobiotici,
sestonici,
interstiziali
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
PROPRIETA' FISICHE DELL'ACQUA di interesse ecologico
- calore specifico valore + alto tra le sostanze comuni
( 1 °C per 1g = 1 caloria)
la consequenza > dell'alto calore specifico dell'acqua è la sua azione di moderazione degli
estremi climatici e il minore ambito di variazione della temperatura negli oceani.
es. oceano di alcool: velocità flusso necessaria sarebbe 2 volte > per stesso trasporto di calore
differenze di calore spec. acqua-terra ===> brezze, monsoni....
vedi importanza per organismi eterotermi
(diapo)
calore latente di vaporizzazione : ci vogliono 540 cal per convertire in vapore 1 grammo
d'acqua al punto di ebollizione
-calore latente di fusione : ci vogliono 80 cal per sciogliere 1 grammo e ne rilascia 80
quando cristallizza
-velocità di conduzione del calore :
più alta di tutti i liquidi comuni
( 100 volte più veloce della diffusione dei sali )
-tensione superficiale:
più alta di tutti i liquidi comuni
(scambi interfaccia con aria e con membrane)
-potere di dissoluzione: solvente polare di elevata forza dielettrica > solubilità ioni
Ecologia Marina aa14/15
(vedi brodo nutritivo)
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
monsoni
brezze
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
- trasparenza e indice di rifrazione: > trasmissione nel visibile =
= max emiss. solare (v. zona eufotica)
- densità
- direttamente proporzionale alla salinità
x1000 rispetto - inv. prop. alla temperatura (fino a 4 °C)
all'aria
dir.prop. alla temperatura (sotto i 4 °C)
influisce sulla capacità di sospensione di organismi, sabbie, argille,....
- viscosità: se bassa è più facilmente turbolenta alla scala microscopica limita movimenti
- compressibilità: molto bassa, quindi suono ben trasmissibile
in conclusione:
la capacità dell'acqua di assorbire e rilasciare grandi quantità di calore essendo
contemporaneamente sottoposta a piccoli cambiamenti in temperatura giustifica il suo
ruolo chiave dell’acqua nel moderare gli estremi
climatici sull'intera terra
__________________________________________
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
4 °C
massima densità
dell’acqua pura
24.7 °/oo
Temperatura di max densità
Temperatura di congelamento
vs salinità
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
temperatura
Distribuzione
geografica
della temperatura
superficiale
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Variazione verticale
gradiente termico e latitudine
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
la Stagionalità della sua
formazione e distruzione
Escursione annuale
con la profondità
alle medie latitudini
Isoterme nel tempo …
Mar del Giappone
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
Mare del Nord…
Da Raymont
1
Prof. Luigi Lazzara
COMPOSIZIONE CHIMICA
ACQUA di MARE
1 - Solidi sospesi o seston o particellato
2 - Sostanze disciolte (DIM + DOM)
1–
SESTON
o part. solido

inorganico: materiale di origine terrigena (erosione, fiumi) ed eolica
(trasporto aereo, vulcani) sabbie, limi e argille

organico : - vivente plancton (bacterio-plancton, fitop- , zoop- )
- non vivente (detrito in decomposizione, necromassa)
v. POC Partic. Organic Carbon
tripton = seston - plancton
terrigeno, eolico
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
2 
SOSTANZE DISCIOLTE
sost. Inorganiche :
DIM e DOM
costituenti principali (elementi conservativi)
( => salinità)
cationi: sodio potassio magnesio calcio ...
anioni: cloruro, solfato, carbonato, bromuro, ...
costituenti minori
•- nutrienti minerali
(nitrati, nitriti, fosfati, silicati…)
•- elementi in traccia (metalli) Ferro, Manganese, Zinco, Rame
• gas disciolti (N2, CO2, DMS, O2 , ... )

sostanze Organiche DOM
vedi DOC
sostanza organica disciolta colorata (CDOM) o gilvina: acidi umici, complessi
organo-metallici, vitamine...
ed inoltre : glicoproteine, polisaccaridi (TEP),...
e le sostanze inquinanti xenobiotiche… plastiche…
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
la sostanza organica in acqua
densità
sigla
stato
tipo
organismi con mobilità > g
Sedimenta
per gravità
---------- limite: ~ 100 µm ---------
gravitoidale
POM
Sostanza
colloidale
Organica
non
sedimenta
per gravità
vivente
organismi microscopici
morta
Detrito organico
COM
DOM
-------- limite: 1 - 0,45 - 0,2 µm ---------------
RDOM
Acidi. umici e fulvici,
ADOM
enzimi, ormoni
LDOM
Amino-acidi, zuccheri
<
disciolta
VOM
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno

volatile
1
alcoli, aldeidi… DMS…
Prof. Luigi Lazzara
sono 8
Tabella degli elementi presenti nell’acqua di mare
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
• Dissoluzione dei gas O2, N2, DMS…
• + equilibrio dei carbonati
CO2
legge di Henry
P=kC
7.8 – 8.4
pH
in mare : effetto tampone
CaCO3 + H2O + CO2 <=> Ca++ + 2 HCO3Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
<=> Ca(OH)2 + 2 H2CO3
Prof. Luigi Lazzara
Relazioni tra le proprietà
La salinità
varia in modo proporzionale (non necess. lineare)
direttamente con:
•
•
•
•
•
Conducibilità
Pressione osmotica
Indice di rifrazione
Velocità del suono
densità
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
inversamente con:
•
•
•
•
Punto di congelamento
Temperatura max densità
Calore specifico
Pressione di vapore
1
Prof. Luigi Lazzara
Variazioni verticali salinità
Aloclino
Acque intermedie
cuneo salino
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Evaporazione - precipitazione
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
TEMPERATURA SALINITA’ e DENSITA’
temperatura
Densità
( influenza > in acque oceaniche)
(g cm –3)
dens. specifica
v. peso o gravità specifica
=
__densità acqua___
densità acqua pura a 4 °C
salinità ( influenza > in acque neritiche)
sigma = (densità specifica -1) x 103
Sal. => punto di congelamento
da 0 °C -1.8 °C
Sal. => punto di max densità
che cala fino a sotto il
punto congelamento
o anomalia di densità
sigma-t con Sal. e t °C in situ,
ma alla pressione atmosferica .
sigma-tau anche pressione in situ (cioè
temperatura potenziale)
sigma-tau > sigma -t
.
Temperatura => viscosità molecolare
Vedi trasparente relazioni
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
diametro s.e.
--> velocità di sedimentazione (necessità di adattamento x plancton tropicale?)
--> turbolenza
1
Prof. Luigi Lazzara
Identificazione
masse d’acqua
sezioni a, b, c, d, e
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Viscosità
temperatura
salinità
Velocità di sedimentazione
• Diametro sfera eq.
• Differenza di densità
• Viscosità
Sfere < 1 um dse: quasi ferme
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
legge di Stokes
1
Prof. Luigi Lazzara
Classificazione ecologica
• Acque dolci 0-5%0
• A. salmastre 5 -30
• A. salate
• Salamoie
30-50
>50
Thalassic series
>300 Hyperhaline
60–80 Metahaline
40 Mixoeuhaline
30 Polyhaline
18
Mesohaline
5 - 0.5 Oligohaline
Ecologia Marina aa
Osmosi
Adattamenti
organismi estremofili
alofite succulente (Salicornia)
28
Prof. Luigi Lazzara
Idrologia
densità
Diagrammi T-S
superficie
Nomogramma
isopicne
Anomalia di
densità
(sigma)
19 °C e 31 psu
1.022 g/cm3
22 di sigma
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Oceano Pacifico
acque superficiali
classificate
Da Neshyba
Ecologia Marina aa
30
Prof. Luigi Lazzara
Separazione in 9 tipi di
masse d’acqua superficiale
e distribuzione zooplancton
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Le correnti oceaniche
• Differenze di densità (peso)
• Rotazione terrestre (Coriolis)
• Venti (attrito)
Altri movimenti
e altre cause
•
•
•
•
Moto ondoso
Marea
Sessa
Spinta alla foce
32
Ecologia Marina 6 - 2012/13
Prof. Luigi Lazzara
Modello
di circolazione
atmosferica
verticale e
orizzontale
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
33
1
Prof. Luigi Lazzara
L’intensità della forza di
gradiente (G) è proporzionale
al rapporto tra la differenza di
pressione e la loro distanza
Coriolis
rotazione
terrestre
Da Casati Pace
34
Ecologia Marina 6 - 2012/13
Prof. Luigi Lazzara
m. centrifugo/
centripeto
+ attrito
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
35
1
Prof. Luigi Lazzara
Spirale di Ekman
Mar dei Sargassi
risultante a 90° rispetto al vento
Ecologia Marina aa14/15
Ecologia didattico
Marina aauso
2007/08
materiale
interno
36
1
Prof. Luigi Lazzara
Convergenze-divergenze
Risalite o upwellings
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
Ecologia Marina aa 2007/08
37
1
Prof. Luigi Lazzara
Fronti
termici, alini
schiume
fronti di platea (banco)
Ecologia Marina aa 2007/08
38
Ecologia Marina 6 - 2012/13
Prof. Luigi Lazzara
Circolazione superficiale
calda e fredda
5 circuiti e 2 cinture
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
39
1
Prof. Luigi Lazzara
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
40
1
Prof. Luigi Lazzara
Processi biologici
Da Valiela
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
41
1
Prof. Luigi Lazzara
Carbonio: c’è disequilibrio…
3 tipi di
Processi
• Biologici
• Chimici
• Fisici
da Purves et al
42
Ecologia Marina 6 - 2012/13
Prof. Luigi Lazzara
Ciclo del Carbonio in mare o terra
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
43
1
in Chapman & Reiss
Prof. Luigi Lazzara
Azoto
Ecologia Marina aa14/15
Ecologia didattico
Marina aauso
2007/08
materiale
interno
e
Fosforo
44
1
Prof. Luigi Lazzara
Nutrienti minerali
Ecologia
DaMarina
Valielaaa14/15
materiale didattico uso interno
1
disponibilità
Prof. Luigi Lazzara
Cicli BGC
e la loro
“chiusura”
•
•
•
•
avvezione verticale
diffusione e avv orizz
scambi con atmos
sedimentazione
•assimilazione
•mineralizzazione
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Da Raymont
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Da Falkowski e Raven ‘87
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
N/P =16
limita
fosforo
Nutrizione e
assimilazione
limitazione
azoto
Ecologia Marina aa
49
Prof. Luigi Lazzara
LA PRODUZIONE BIOLOGICA
(PRIMARIA e SECONDARIA)
Concetti e definizioni
- Biomassa : peso del materiale organico vivente
- Produzione : quantità di materiale vivente prodotto nell'unità di tempo
- Produttività o capacità produttiva: quantità di materiale organicato nell'unità di tempo dall'unità
di biomassa
F O T O S I N T E S I
PR ODUZIONE
L O R D A
PR IMAR IA
C R E S C I T A AUTOTROFA
Valutare la differenza tra i processi di
Fotosintesi, Produzione Primaria e Crescita
in valore energetico traducibile nella differenza che esiste tra i
prodotti immediati della fotosintesi (glucidi) o dell'intero metabolismo
(protidi etc… vedi intera composizione del protoplasma + materiale di sostegno)
ed ancora di più se vi comprendiamo gli altri processi vitali (vedi ciclo riproduttivo...)
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
B biomassa,
PP produzione primaria,
PRODUZIONE
PB produttività
PRIMARIA
(per la misura o la stima)
peso fresco, peso secco, Carbonio
unità di misura:
mg C m-3 (o m -2)
10 15 g C (o 10 9 t C)
BIOMASSA
B
concentrazione
o quantità totale (nel pianeta)
mg C m-3 h-1
mg C m-2 d-1
10 15 g o Pg C anno –1
PRODUZIONE
P
PRODUTTIVITA'
PB
mg C mg C -1 h -1
mg C mg Chl -1 h -1
1/ h (o 1/giorno, o 1/anno)
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
grandezza:
velocità di variazione
della biomassa
(alla scala globale)
è una produzione specifica
.
o capacità di produrre della biomassa
è quindi una frequenza
K kilo, M mega, G giga, T tera, P peta
1
Prof. Luigi Lazzara
PPL lorda - PPN netta -
PP
Pn
P nc
PNC netta della comunità
PRODUZIONE PRIMARIA LORDA
PROD. PRIMARIA NETTA
dalla fotosintesi
tolta la respirazione degli autotrofi (R a)
PROD. PRIMARIA NETTA DELLA COMUNITA
tolta (R h) la respirazione
degli eterotrofi (consumatori)
P
Pn
Pn
nc
PPnc
PRODUZIONE SECONDARIA = P n – P nc = R h (respirazione eterotrofa )
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
PPN annua
ecosistema
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
%PPN
superficie
1
Prof. Luigi Lazzara
Da Towsend
Produttività marina
x 2-300
Rispetto alla terrestre
PP/B=Pb
produttività
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
55 / 170 = 32%
turnover
1/Pb
115 / 1837 = 0.06
17 anni
55 / 3.9 = 14.1
25giorni
1
Prof. Luigi Lazzara
Distribuzione della Produzione Primaria stimata da satellite
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
PELAGOS
plancton
necton
dominio pelagico
trasporto passivo
nuoto attivo
Oloplancton
Meroplancton
(Cnidari, Celenterati, Molluschi, Crostacei, pesci,
ma anche alcune specie fitoplancton)
Plancton - Bentos c’è un forte rapporto trofico ma anche nel ciclo
biologico con stadi planctonici e bentonici alternati
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Vita Planctonica
esigenza di adattamenti specifici per ritardare l’affondamento e
mantenersi in sospensione
 piccole dimensioni (Legge di Stokes, n.ro Reynolds )
e/o alto rapporto tra superficie e volume (S/V)
 "resistenza della forma“, tessuti gelatinosi, mucillaggini…
 riduzione della densità interna, di esoscheletri o pareti, lipidi
 presenza di appendici, flagelli …
 formazione di colonie con porzioni a spinta positiva
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Velocità di affondamento
dimensione e densità dei corpi
Legge di Stokes
per le sfere
2 densità
diatomea
Melosira
in catena
Ecologia Amb. Acq aa
4
Prof. Luigi Lazzara
Fitoplancton
LE PRINCIPALI CLASSI MARINE
Classi dimensionali:
femto-plancton
0.02 - 0.2
diam. sfera equiv.
pico-plancton 0.2 - 2 µm
nano-plancton 2 - 20 µm
micro-plancton 20 - 200 µm … < meso- macro- mega
CYANO -PROBACTERIA
PROCHLOROPHYCEAE : organismi procarioti unicellulari, divinilclorofille, Prochlorococcus
CYANOPHYCEAE : organismi procarioti unicellulari, coloniali, privi di membrane che
separino cromosomi e tilacoidi, dotati di chl a, ficobiline (C-ficocianina e C-ficoeritrina) e
carotenoidi, anche azoto-fissatrici (diazotrofe), secrezioni tossiche e mucillaginose... es:
Synechococcus e Trichodesmium
CRYPTOPHYCEAE : eucariote, unicellulari, 2 flagelli, senza parete, di solito 1 cloroplasto,
clorofilla a e c, alloxantina, ficobiline, amido; es: Cryptomonas, Oomonas bloom costieri
BANGIOPHYCEAE : eucariote, aconte (senza flagelli), dotate di clorofille a e c, Rficocianina ed R-ficoeritrina; rare nel plancton; es solo: Porphiridium
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
DYNOPHYCEAE : cromosomi condensati, 2 flagelli, placche cellulosiche (anche
assenti, nude) caratteri diagnostici, clorofille a e c, carotenoidi, peridinina, amido ed olii,
bioluminescenza, possibile eterotrofia e tossicità, maggiore presenza in acque tropicali;
es: Prorocentrum, Peridinium
PRYMNESIOPHYCEAE : (coccolitine) parete con coccliti calcarei, 2 flagelli,
aptonema, 2 cloroplasti, clorofille a e c, crisolaminarina; es: Prymnesium, Coccolithus
DICTYOCOPHYCEAE : (silicoflagellate) teca silicea tubulare, 1 flagello anteriore,
numerosi cloroplasti, clorofille a e c, carotenoidi, leucosina, anche eterotrofe; es:
Dictyocha
BACILLARIOPHYCEAE : (diatomee) unicellulari e/o coloniali, 2 valve silicee, rafe,
anche bentoniche, clorofille a e c, fucoxantina, crisolaminarina e olii, meiosi terminale e
auxospore; es: Navicula, Chaetoceros
RHAPHIDOPHYCEAE : (cloromonadine) nessuna parete (nude), 2 flagelli numerosi
cloroplasti, mucocisti, clorofille a, c1 e c2, carotenoidi, lipidi, alcune sono tossiche; es:
Chattonella, Fibrocapsa, Heterosigma …
EUGLENOPHYCEAE : 1 o 2 flagelli con peli, pirenoide, movimenti euglenoidi
(contorsioni), clorofille a e b, paramylon (solido); es: Euglena
PRASINOPHYCEAE : 4 flagelli con peli e scagliette, teca (scaglie o parete), clorofille a
e b, amido, 1 cloroplasto a tazza, grandi cisti planctoniche; es: Tetraselmis
CHLOROPHYCEAE : 2 flagelli parete cellulosica, clorofille a e b, amido, maggiore
presenza nelle acque dolci; es: Chlorella
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Diatomea
Coccolitoforidea
Dinoflagellata
Ecologia Amb. Acq aa
4
Prof. Luigi Lazzara
Lo Zooplancton
marino
Oloplancton e meroplancton
Protozoi
Foraminiferi, Radiolari
Celenterati
Meduse, coralli
Ctnenofori
Beroe, Velella
Chetognati
Sagitta
Policheti
Tomopteris
Molluschi
Limacina
Urocordati
Appendicularie, Salpe
Crostacei
Copepodi, Eufasiacei
Ecologia Amb. Acq aa
4
Prof. Luigi Lazzara
Euphausia
Calanus
KRILL
Meganictyfanes (mediterraneo)
Acartia
Ecologia Amb. Acq aa
4
Prof. Luigi Lazzara
Movimento, nuoto,
affondamento
numero
migrazioni giornaliere
centinaia di metri
peso
Sonar e falsi fondali
Isole Canarie
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Le attività dei microbi unicellulari
dominano l'ecologia dell'ambiente marino
ma le sostanze e i segnali chimici che determinano interazioni comportamentali sono mal conosciuti.
«In particolare: i segnali chimici tra microbi predatori e prede che contribuiscono alla scelta dei cibi o ad
elusione e difesa sono fattori che probabilmente influiscono sulla struttura trofica e tali caratteristiche su larga
scala sulla proliferazione delle alghe.
Segnali chimici in un ambiente fisico a basso Re, viscosità-dominato sono trasferiti per diffusione molecolare ed
avvezione laminare e possono essere percepiti a livelli nano-molari o inferiori. Eventi che si verificano sulle
piccole scale temporali di fisica in "near-field" di prede sono chiamati a svolgere un ruolo nelle interazioni
cellula-cellula. Sulla base dei costi-benefici l'ottimizzazione e la necessità di una rapida attivazione, qui
propongo che la strategia del sistema di difesa microbico potrebbe essere di tipo altamente dinamico.
Tali strategie includono compartimenti e attivano le reazioni, utilizzando sia rilascio pulsato del disciolto che
segnali di contatto attivato sulla superficie cellulare.
Bioluminescenza e scarico di extrusomi sono due manifestazioni visibili di una rapida attivazione delle
difese microbiche che possono servire da modello per altre reazioni chimiche non ancora osservate a causa dei
problemi tecnici di misurazione di gradienti chimici transitori in torno alle singole cellule.
Come esempio, ho dettagliato una reazione di scissione dimetilsolfoniopropionato -alghe (DMSP) che
sembra scoraggiare l'alimentazione di un protozoo ed l’ho esplorata come modello possibile per una rapida
attivazione, a corto raggio di un sistema di difesa chimica.
Anche se l'esplorazione delle interazioni chimiche tra microbi planctonici è nella sua infanzia, modelli ecologici
dai macrorganismi possono fornire suggerimenti utili per le complessità che si possono riscontrare «
Wolfe, 2000 Biol Bullettin
Ecologia Amb. Acq aa
4
Prof. Luigi Lazzara
Circuito virale
Circuito microbico
Infezioni virali
Ruolo dei virus nella fine dei blooms
Rendimenti trofodinamici
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
ci sono
7 bacini nel Mediterraneo
algero-provenzale, tirrenico, ionico, levantino, adriatico, egeo, nero
 1000 m
 2000 m
 3000 m
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
Fossa Matapan: 5100 m
1
Prof. Luigi Lazzara
Mar Mediterraneo
bacino di
concentrazione
bilancio negativo
acqua densa esce
Mar Nero
bilancio positivo
entrata di
acqua densa
dal Mediterraneo
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
La Circolazione superficiale
1-8
Ciclonici
Da Casati Pace
Anticicloni
I-IV
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
mesoscala
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
EI
LIW
acque intermedie levantine
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Maggio 1980
dal CZCS
generale oligotrofia, ma…
>5 mg/m3
Un mare oligotrofico ?
< 0.05 mg/m3
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Divergenza ciclonica nel Mar Ligure
Nizza
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Bloom
primaverile
Ecologia Marina aa
Margalef, 1985
1
Prof. Luigi Lazzara
estate
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Alto Tirreno
ciclo annuale della PPN
102-140 g C m-2 annui 1985-91
90 ± 50 g C m-2 annui 2006 (Lazzara etal., 2010)
Ecologia Marina aa14/15 materiale didattico
uso interno
Vedi trasparenze EVM
1
Prof. Luigi Lazzara
Le Spedizioni Scientifiche e le Basi in Antartide
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Oc. Artico
Oc. Antartico
Dinamica acque antartiche
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Oceano australe
mare libero da ghiacci
Convergenza antartica
o “fronte polare”
Venti catabatici
polynias
Ecologia Marina aa
1
Prof. Luigi Lazzara
Oligo- o eutrofia ?
V Spedizione italiana in Antartide
1989-90
PP
(BTN)
= 1300 mg C m-2 g-1
Ecologia
Ecologia
Marina
Marina
aa 2004/05
aa
Lazzara et al, 2000
1
Innamorati et al, 1992
81
Prof. Luigi Lazzara
Rete trofica
Antartica
Krill
Ecologia Marina aa
1
Prof. Luigi Lazzara
Ciclo stagionale biomassa e PP
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
L’ambiente costiero
- idrodinamica
• Maree
• Moti
ondosi
Le maree
•Trasporto
sedimenti
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
a Gibilterra
140 cm
100 cm m. sizigie
30-60 cm m. quadratura
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
Latitudine
Ampiezza bacino
Orientamento
1
Prof. Luigi Lazzara
Trasporto litoraneo dei sedimenti
Correnti di risucchio
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
o
1
“rip corrents”
Prof. Luigi Lazzara
Variazione stagionale del profilo batimetrico
berma estiva
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
I tipi
Morfologici
della costa
Italiana
• Rilievi montuosi
• Pianura di fiumara
•Pianura alluvionale
•Terrazzi
• Pianura di dune
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
Da Della Croce et al.
1
Prof. Luigi Lazzara
Principali risorse
della fascia marino-costiera
• Economico-energetiche-minerarie (estrazione idrocarburi, stoccaggio
e raffinerie, centrali termiche, cave miniere saline, ri-gassificatori, energie
alternative)
• Economico-strutturali (porti, reti viarie, urbanizzazione, complessi
turistici, cavi e condotte… )
• Biologiche - alimentari (pesca demersale e pelagica, acquacoltura e
maricoltura…)
• sociali (turismo stagionale …)
• storiche archeologiche (relitti, scavi… )
• paesaggistiche (parchi naturali, parchi marini)
• militari (porti, poligoni, penitenziari)
Ecologia Marina aa14/15 materiale didattico
uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Il Necton e la pesca
Condroitti (razze, pescecani)
Pesci Osteoitti
Molluschi
Cefalopodi
Crostacei
Decapodi
Mammiferi
Cetacei
Pesci -
Rettili
tartarughe
Le risorse demersali
sono organismi che si nutrono sia di bentos
che di necton che di plancton ma che si
mantengono in prossimità del fondo
(uso legato alla pesca commerciale:
pesci e molluschi (seppie) “pesca a strascico” )
Ecologia Marina aa14/15 materiale
didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Pesca costiera
Reti da posta,
da strascico,
soffianti,
derivanti…
Pesca oceanica
Ecologia Marina aa
1
Prof. Luigi Lazzara
sardine
Forti
oscillazioni
degli stocks
acciughe
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Gestione della pesca
stock, tasso crescita r, rendimenti trofici
Intensità di pesca = pesci catturati /pesci stock
Sforzo di pesca = tonnellaggio dei pescherecci
=> cattura totale dipende anche dallo sforzo di pesca
=> controllo della taglia minima
Ecologia Marina aa14/15 materiale didattico
uso interno
uso di modelli trofici Eco-path
1
Prof. Luigi Lazzara
Calo mondiale degli stocks ittici…
fallimento delle politiche di gestione
Acquacoltura
Maricoltura
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Gestione della pesca
stock, tasso crescita r, rendimenti trofici
Intensità di pesca = pesci catturati /pesci stock
Sforzo di pesca = tonnellaggio dei pescherecci
=> la cattura totale dipende anche dallo sforzo di pesca
=> controllo della taglia minima
Ecologia Marina aa
uso di modelli trofici Eco-path
1
Prof. Luigi Lazzara
Zone di pesca FAO
nel Mediterraneo
tonno
rosso
Mar Tirreno
pescato mondiale
stabile dal 1990
Pesca demersale
Cina, Peru ora sono i maggiori
USA, Russia, Giappone calano
direttiva 2008/56/CE (Marine Strategy
Framework Directive - MSFD)
Dati Arpat
Ecologia Marina aa
1
Prof. Luigi Lazzara
Acquacoltura
Molluschi, crostacei, pesci … itticoltura
allevamento in vivai, in zone umide, stagni costieri…
anche 40% delle carni prodotte al mondo
Maricoltura
pesci pelagici tenuti in gabbie e nutriti fino
al raggiungimento della taglia voluta
orata, spigola, sarago
Coltivazione anche di alghe -> gestioni integrate
• impatto su eutrofizzazione locale
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
accumulo di POC sul fondo:
anossie, successioni modificate…?
…. Bioinvasioni …
1
Prof. Luigi Lazzara
Ecologia marina applicata: problemi
Le Bioinvasioni
(Della Croce…)
ballast waters
Tapes philippinarum
bivalve
Rapana venosa
gasteropode
Mnemiopsis macradyi ctenoforo nel Mar Nero
Caulerpa taxifolia
nel Mediterraneo
Erosione dei litorali sabbiosi
bilancio dei sedimenti provenienti dal bacino: delta Ombrone
trasporto solido, erosione dei suoli, copertura vegetale
….storia del paesaggio naturale…
Eutrofizzazioni e fioriture tossiche
Protezione di aree marine in Italia AMP
Inquinamento marino
Ecologia Marina aa14/15 materiale
didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Aree Sensibili: Aree Marine Protette (AMP)
AMP di prossima
istituzione
Aree Marine di
Reperimento
21 AMP istituite
Protocollo MARPOL le PSSA, o Aree Marine Protette del MinAmb,
da Direttiva Habitat: SIC, SIN e SIR
biodiversità:
biocenosi SFBC, Posidonieti
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Santuario PELAGOS
Area Speciale Protetta
Ecologia Marina aa
Dati Arpat
1
Prof. Luigi Lazzara
Il Benthos
è una categoria ecologica
sono organismi acquatici che vivono in stretto contatto con il fondo o
fissati ad un substrato solido (sessili) che può essere un:
• substrato duro o coerente oppure un
• substrato mobile (o sedimento molle, sabbie, fanghi)
Epifauna di substrato duro
e di substrato mobile
Infauna
vivono per lo più immersi nel substrato
sono policheti, molluschi, echinodermi
Meiobentos o fauna interstiziale
Ecologia Marina aa14/15 materiale didattico
uso interno
1
< 1mm
Prof. Luigi Lazzara
EPIBENTHOS
• Alghe
• Molluschi
• Celenterati
• Echinodermi
•…
Barriere coralline
dei mari tropicali
substrato biogeno
simbiosi
Ecologia Marina aa14/15 materiale
didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Scampi
(decapodi)
carnivori
e spazzini
Anfipodi
Bivalvi
Spatangi
INFAUNA
•
•
•
•
Policheti v. Arenicola o Chaetopterus
Molluschi
scavatori Venus gallina, …
Echinodermi
Verme polichete tubicolo
Crostacei
Ecologia Marina aa14/15 materiale didattico
uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
MEIOBENTHOS (o fauna interstiziale)
fino a 4 milioni ind. m-2
Microb. <100 um
Mesobentos
Macrob. > 1 mm
Tardigradi
Turbellari
Nematodi
…
buoni
indicatori
ecologici
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Gli organismi meiobentonici occupano tutti i livelli trofici
ma in particolare nei consumatori troviamo questi ruoli
•
•
•
•
•
Frammentatori
detritivori
Collettori o raccoglitori deposivori
Filtratori
sospensivori
Pascolatori e raschiatori (di biofilm e batteri)
Predatori
(carnivori o parassiti)
sono la maggiore fonte di cibo per gli altri predatori acquatici, come
ad esempio i pesci, creando cosi una interconnessione trofica
indispensabile tra gli organismi microscopici e i vertebrati di maggiori
dimensioni
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Le Macroalghe
•
sono organismi vegetali non vascolari
• privi cioè di tessuti di conduzione, provvisti
di clorofilla a e di pigmenti accessori e quindi
• capaci di effettuare il processo fotosintetico e
di produrre ossigeno.
• Il loro apparato vegetativo viene indicato con
il termine di “tallo”.
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Chlorophyta
Chlorophyta o alghe verdi, uni o pluricellulari, di grande varietà di
aspetto.
Comprendono circa 9000 specie per la maggior parte di acqua dolce, in
mare si incontrano soprattutto negli strati più superficiali in ambienti ben
illuminati.
La loro colorazione verde deriva dalla clorofilla “a” e “b” anche se sono
presenti altri pigmenti accessori.
La sostanza di riserva è amido localizzato all’interno del plastidio.
Le alghe verdi sono suddivise in quattro classi:
Charophyceae, Pleurastrophyceae, Chlorophyceae e Ulvophyceae
Quest’ultima classe raggruppa praticamente tutte le macroalghe
marine.
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Phaeophyta
o alghe brune
Hanno forme e strutture molto varie sono tutte pluricellulari.
Comprendono circa 250 generi per un totale di oltre 1500 specie
quasi esclusivamente marine. I pigmenti fotosintetici comprendono
clorofilla “a” e “c”, -carotene e alcune xantofille tra cui la
fucoxantina di colore bruno e responsabile della colorazione di
queste alghe. Il principale prodotto di riserva è il polisaccaride
laminarina.
La parete cellulare presenta fibre di cellulosa mentre la componente
amorfa è data da particolari ficocolloidi: gli alginati.
Queste sostanze conferiscono viscosità alle soluzioni rendendole
pseudoplastiche e per questo vengono utilizzati nell’industria
alimentare per la produzione dei gelati, in quanto impediscono la
formazione dei cristalli di ghiaccio anche a basse temperature. Inoltre
trovano impiego nell’industria cosmetica, farmaceutica, tessile, della
carta e delle vernici. Le alghe brune sono usate anche in agricoltura
come fertilizzanti organici.
Ecologia Marina aa14/15 materiale didattico uso
interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Rhodophyta
Rhodophyta o alghe rosse
Se ne conoscono circa 4100 specie, sono alghe prevalentemente
pluricellulari, marine e bentoniche, alcune epifite o addirittura parassite di
altre alghe e la maggior parte delle specie predilige mari caldi.
Molte specie presentano le fronde calcificate poiché fissano il carbonato
di calcio disciolto nell'acqua.
Presentano clorofilla "a" e “c" ma la colorazione tipica, rosso o rosacea
nelle forme marine e bluastra o nera nelle forme di acqua dolce, si deve
alla presenza dei pigmenti accessori ficocianina (blu) alloficocianina (blu)
e ficoeritrina (rossa) che, catturando la luce blu, permettono ad alcune
forme di sopravvivere a 200 m di profondità.
L’amido delle floridee è il materiale di riserva.
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Fattori fisici di zonazione
verticale costiera
• Idratazione:
temperatura-evaporazione
concentrazione salina
• Idrodinamismo:
moto ondoso
maree
• Luce
• Sedimento
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
L’ ambiente costiero o sistema litorale
I piani litorali di Peres e Picard
•
•
•
•
•
piano adlitorale : influenza indiretta del mare
p. sopralitorale
(zona degli spruzzi)
p. mesolitorale
(fascia di marea)
p. infralitorale
(organismi fotofili)
piano circalitorale (sciafili) sfuma nel piano batiale
I piani litorali
•
•
•
•
•
(basati su acqua e luce)
di Riedl
(su idrodinamismo)
.
zona dirompente
0.3m sopra e sotto il LMM
zona di battigia tra 1 e 4 m .
1° profondità critica idrodinamismo oscillante
2° profond. critica idrod. unidirez. 10-20 e 30-40m
3° profond. critica idrod. flusso laminare .
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Mediterraneo: Biomi neritici e di scarpata
coralligeni su detrito
praterie
madrepore batiali
Infra – litorale
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
e
Circa – litorale
1
confine fotico
Prof. Luigi Lazzara
Modello di zonazione per coste sabbiose
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Costa rocciosa
mediterranea
mesolitorale
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
Da Cinelli
1
Prof. Luigi Lazzara
El Nino - Southern Oscillation
alternanza
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Ripercussioni anche a latitudini elevate … periodicità irregolare
Da Miller
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Le Problematiche ecologiche più attuali
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Carbonio di origine antropica nel ciclo globale ed effetto serra.
Cambiamenti climatici e calamità naturali
Inquinamento delle falde acquifere e disponibilità di acqua dolce
Limiti delle risorse e distribuzione delle risorse (Nord-Sud)
Sostenibilità dello sviluppo, ottimizzazione dei trasporti e della produzione di
energia
Inquinamento chimico di aria, suolo e acqua
Eutrofizzazione di acque interne e costiere
Diminuzione della biodiversità globale
Inquinamento biologico: le invasioni alloctone e gli OGM
conseguenze possibili e/o cambiamenti recenti :






Scioglimento dei ghiacci polari e innalzamento livello medio del mare
Acidificazione degli oceani per discioglimento della CO2
Diminuzione della pesca oceanica (stocks in calo)
Morte delle barriere coralline (coral bleaching)
Diminuzione delle foreste pluviali x disboscamento, desertificazione
Declino degli anfibi
(da WWI, State of the World 2001)
www.worldwatch.org
www.edizioniambiente.it
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Possibili
Effetti del
Riscaldamento
Globale
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
L’inquinamento oceanico da petrolio
l’introduzione di idrocarburi in ambiente marino è da considerarsi inquinamento nella misura
in cui sia causa di effetti deleteri quali :

•
danno alle risorse viventi,
•
rischio per la salute umana,
•
ostacolo alle attività marittime compresa la pesca,
deterioramento della qualità dell'acqua per i vari usi dell'acqua marina
e riduzione delle sue attrattive.
•
Viene stimato in 6 * 106 tonnellate lo scarico annuo in mare, tra bottiglie
di plastica, materiale da imballo e altri litters tossici.
•
Poche sono le coste nel mondo che attualmente rimangono non
contaminate dal petrolio o dai suoi derivati.
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Distribuzione dell’inquinamento da petrolio
da Miller, 2002
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Il Mar Mediterraneo
25% del traffico mondiale di greggio
0.7% della superficie
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
dispersione
Ecologia Marina aa14/15 materiale didattico
uso interno
Da Della Croce et al
1
Prof. Luigi Lazzara
Ecologia Marina aa14/15 materiale didattico
uso interno
Da Della Croce et al
1
Prof. Luigi Lazzara
Mar Ligure
Haven
11/4/1991
a 30-80m
50000 tons
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Da Della Croce et al
Prof. Luigi Lazzara
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Progetto OLIO
(Agenzia Spaziale Ital.)
Partners Partecipanti
http://gos.ifa.rm.cnr.it/olio/
UniFi - Università di Firenze
CNR- IAMC - Messina
OGS - Osservatorio Geofisico Sperimentale - Trieste
SZN - Stazione Zoologica A. Dohrn – Napoli
UniNA - Università di Napoli, Federico II
Telerilevamento dell’ inquinamento da idrocarburi in mare
• Identificazione automatica da satellite e sorveglianza continua
di inquinamento marino da idrocarburi,
• previsione della dispersione di tali inquinanti,
• definizione di una strategia di intervento in caso di sversamento o
incidente a breve termine (1 o 2 ore) e a lungo termine (settimane e mesi)
• controllo delle fasi di bonifica e degli effetti biologici.
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Sviluppo di un sistema integrato per il monitoraggio e la
previsione dell'inquinamento da idrocarburi nel Mediterraneo -
Satelliti COSMO-Skymed telerilevamento SAR ed ottico
Moduli: Telerilevamento, Idrodinamica, Impatto
1
Impatto
Obbiettivi Modulo
1) Definire quali siano le aree a maggior rischio ambientale da
inquinamento da idrocarburi lungo le coste italiane
2) Fornire valutazioni dell’impatto sull’ecosistema marino di un
versamento di HCs osservato
3) Dare indicazioni per interventi di recupero e di mitigazione dei
danni da HCs
4) Valutare l’ Impatto degli Oil Spill operativi anche per l’ambiente
oceanico
Ecologia Marina aa14/15 materiale didattico
uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
I batteri idrocarburoclastici (BIC)
Utilizzo dei parametri relativi ai BIC nel monitoraggio e nel recupero di
ambienti marini contaminati da petrolio
• I BIC sono ubiquitari negli ambienti marini
• I BIC sono filogeneticamente affini (sonde)
• I BIC dànno luogo a “Blooms” in seguito a
sversamento di petrolio in mare
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
4
I PRODOTTI
P1 – Mappe di vulnerabilità da
petrolio delle coste italiane
Acquisizione e
raccolta dati
ambientali
A1
P1 Mappa
vulnerabilitˆ
mari
italiani
Banca dati uso
risorse
Banca dati geoambientale
Banca dati bioecologica
P2 – Mappe di rischio ambientale
in aree test
A8
Modello lagrangiano
dispersione (D6)
Dati meteo-da
forecast e
climatologia (D6)
Modelli circol.,disp.
(forecast e climat.)
(D6)
Acquisizione e
raccolta parametri
ecotossicologicie
trofici
Banca dati
ecotossicologica
A5
A8
Modello ecologico
Avvistamento e
posizione macchia
olio (D5)
Modello DTO
(D6) e LES
A4
A3
Acquisizione dati
clorofilla (D5)
A2
P3 – Valutazione di Impatto Amb
in aree test
P3 Valutazione
Impatto
P4 – Indicazioni per interventi
di mitigazione e recupero
P4 Definizione
Interventi di
Recupero
A6
Misura parametri
qualitˆ
acqua e
biocenosi, enclosures
P2 Mappe di
rischio
A7
P5 – Definizione di protocolli di
bio-monitoraggio
P5 Indicazioni
per protocolli
biomonitoraggio
P6 Valutazione
impatto ambiente
oceanico
P6 – Valutazione di impatto per
ambiente oceanico
Ecologia Marina aa14/15
materiale didattico uso interno
1
Prof. Luigi Lazzara
Legislazione ambientale
Gestione e tutela delle acque in Italia
- T.U. 1865 – T.U. 1904 → arginatura e difesa dalle inondazioni, classificazione
opere idrauliche (bonifiche)
-T.U. 1931 sulla pesca
-T.U. 1933 sulle acque e gli impianti elettrici
-T.U. L. sanitarie 1932 – 1934
- L. 319 1976 (Legge Merli) tutela delle acque dall’inquinamento – competenze
dell’Istituto Superiore Sanità e dell’Istituto Ricerca Sulle Acque
Normativa CEE:
-73/404, 82/242 - limitazione uso detergenti
-75/440 (DPR 82/515) - acque superficiali destinate alla produzione di acqua potabile
-79/869 - metodi di misurazione e campionamenti per attuazione 75/440
-78/659 - qualità delle acque dolci
-79/923 - acque idonee alla molluschicoltura
-76/160 - riduzione inquinamento acque di balneazione
-76/464 - regolamentazione delle emissioni di sostanze pericolose in acque dolci e
marine
-80/778 – qualità acque destinate al consumo umano
Legislazione nazionale
- Ex 41/1982
- L. 979 1982
- DPR 470/82
- L. 62 1982
- DPR 515/82
- L. 136 1983
- L. 322 1985
- L. 431 1985 (Galasso)
- L. delega 3832/86
- L. 64/1998
- D. Lgs. 152 1999
- D. Lgs. 258 2000
razionalizzazione e sviluppo pesca
difesa del mare
attuazione acque di balneazione
provvedimenti per limitare l’eutrofizzazione
classificazione acque superficiali
disciplina sull’uso dei detergenti
acque di balneazione
tutela beni naturalistici ambientali
T.U. riordino legislazione
pesca e acquacoltura
T.U. sulle acque
aggiornamento
Normativa CEE
- L. comunitaria 90/428 – adempimento appartenenza CEE
- 91/271 - trattamento delle acque reflue urbane
- 91/676 - protezione delle acque da inquinamento da nitrati da fonti
agricole (Direttiva Nitrati)
- 92/43 – conservazione habitat naturali e seminaturali di flora e fauna
selvatiche (Direttiva Habitat)
D. Lgs. 152 1999 - T.U. sulle acque
Finalità: tutela della acque superficiali e sotterranee
Obiettivi:
- la qualità ambientale (autodepurazione e supporto comunità): stato ecologico
(indicatori biologici), stato chimico ed ambientale
- la qualità in funzione della specifica destinazione d’uso (acque potabili, destinate a
balneazione, acquacoltura o molluschicoltura)
- la tutela delle zone vulnerabili (nitrati agricoli, fitosanitari) e sensibili, per le quali
specifiche misure
Stato ecologico: parametri chimici e fisici di base relativi al bilancio dell’ossigeno ed allo
stato trofico, indice biotico esteso (I.B.E.) per i corsi d’acqua superficiali, rilevazione e
valutazione della qualità degli elementi biologici e di quelli morfologici dei corpi idrici
(Tabella 4).
Tabella 4 - Parametri di base
(o)
sono
indicati
i
parametri
macrodescrittori
utilizzati
per
la
classificazione
(*) determinazione sulla fase disciolta
(**) determinazione sul campione tal quale
Portata (m3/s)
Ossigeno disciolto (mg/L) ** (o)
pH
BOD5 (O2 mg/L) ** (o)
Solidi sospesi (mg/L)
COD (O2 mg/L) ** (o)
Temperatura (°C)
Ortofosfato (P mg/L) *
Conducibilità (m S/ cm (20°C)) **
Fosforo Totale (P mg/L) ** (o)
Durezza (mg/L di CaCO3)
Cloruri (Cl- mg/L) *
Azoto totale (N mg/L) **
Solfati (SO4 - - mg/L)*
Azoto ammoniacale (N mg/L) *(o)
Escherichia coli (UFC/100 mL) (o)
Azoto nitrico (N mg/L) *(o)
Definizione di classi di qualità in base alla valutazione di parametri ambientali:
stato elevato, buono, sufficiente, scadente e pessimo
stato
classe di qualità
elevato
I
buono
II
sufficiente
III
scarso
IV
cattivo
V
Introduzione di criteri biologici tramite indici e criteri ecotossicologici
Sul biota, analisi supplementari, che includono organismi di vari livelli trofici:
test di tossicità su Daphnia magna
test di mutagenicità e teratogenesi
test di crescita algale (Phaeodactylum tricornutum)
test con batteri bioluminescenti (Vibrio fischeri).
Direttive CEE:
2000/60: direttiva quadro per l’azione comunitaria in materia di acque
(Water Framework Directive)
- raggiungimento del buono stato ecologico entro il 2015
Def. «acque costiere»: le acque superficiali situate all'interno rispetto a una retta
immaginaria distante, in ogni suo punto, un miglio nautico sul lato esterno dal punto
più vicino della linea di base che serve da riferimento per definire il limite delle
acque territoriali e che si estendono eventualmente fino al limite esterno delle
acque di transizione.
Def. «corpo idrico fortemente modificato»: un corpo idrico superficiale la cui natura,
a seguito di alterazioni fisiche dovute a un'attività umana, è sostanzialmente
modificata.
Lo stato ecologico è espressione della qualità della struttura e del funzionamento
degli ecosistemi acquatici associati alle acque superficiali.
- buono stato ecologico (GES)
- buon potenziale ecologico (GEP) se stato di un corpo idrico artificiale o fortemente
modificato
Ecoregioni relative ad acque di transizione
ed acque costiere:
1.Oceano Atlantico
2.Mare di Norvegia
3.Mare di Barents
4.Mare del Nord
5.Mar Baltico
6.Mar Mediterraneo
Tipo (Water Body Type):
in base alla salinità media annuale:
< 0,5 ‰: acqua dolce
da 0,5 a < 5 ‰: oligoalino
da 5 a < 18 ‰: mesoalino
da 18 a < 30 ‰: polialino
da 30 a < 40 ‰: eualino
in base alla profondità media:
acqua bassa: < 30 m
intermedia: (da 30 a 200 m)
profonda: > 200 m
Elementi di qualità biologica (BQEs)
1) Composizione, abbondanza e biomassa del
fitoplancton
2) Composizione e abbondanza dell'altra flora
acquatica
3) Composizione e abbondanza dei
macroinvertebrati bentonici
Ecological Quality Ratio (EQR) =
valori osservati
valori di riferimento
per ogni BQE
EQR
stato ecologico
1.00-0.81
elevato
0.80-0.61
buono
0.60-0.39
sufficiente
0.38-0.20
scarso
0.19-0.00
cattivo
Elementi idromorfologici a sostegno degli elementi biologici
Condizioni morfologiche
variazione della profondità
struttura e substrato del letto costiero
struttura della zona intercotidale
Regime di marea
direzione delle correnti dominanti
esposizione alle onde
Elementi chimici e fisico-chimici a sostegno degli elementi biologici
Elementi generali
Trasparenza
Condizioni termiche
Condizioni di ossigenazione
Salinità
Condizione dei nutrienti
Inquinanti specifici
MSFD si passa al concetto di Descrittori:
D1: biodiversità
D2: specie non indigene
D3: stock ittici
D4: abbondanza e diversità dell’intera rete trofica
D5: eutrofizzazione
D6: integrità fondale in relazione al
bentos
D7: condizioni idrografiche
D8: contaminanti
D9: contaminanti nelle specie ittiche
D10: rifiuti marini
D11: energia e rumore marino
Il fitoplancton è elemento chiave nella determinazione della qualità
delle acque e dell'eutrofizzazione in varie legislature:
Direttive europee: Water Framework Directive(WFD, 2000/60) e
Marine Strategy Framework Directive (MSFD, 2008/56)
convenzioni relative all'eutrofizzazione: OSPAR (Oslo-Paris
Convention, 2009), HELCOM (Helsinki Convention) e MEDPOL
Australian, Canadian and US Ocean Acts
Biomassa, abbondanze cellulari e composizione tassonomica,
in particolare composizione, frequenza e intensità dei blooms, sono
previste nei monitoring networks
Perchè proprio il fitoplancton?
Ruolo ecologico: principale produttore primario in ambiente
pelagico, è alla base delle reti trofiche, quindi è attore fondamentale
dei cicli biogeochimici globali perché partecipa alla trasformazione e
al riciclo di elementi chiave (carbonio, ossigeno, azoto, fosforo, silicio,
zolfo).
●
Abbondanza e distribuzione dipendono principalmente dalla luce
(quantità e qualità), dai nutrienti (azoto, fosforo e silicio) e dalle
caratteristiche fisiche della colonna d’acqua (rimescolata o
stratificata)
●
Ha un'ampia variabilità spazio-temporale: costituito da organismi
piccoli (unicellulari) che rispondono velocemente (ore, giorni) alle
variazioni ambientali, in particolare all'arricchimento in nutrienti, sia
di origine naturale (fertilizzazione) che antropica (eutrofizzazione).
●
Ha esso stesso impatto sulla qualità delle acque, perché influenza la
torbidità ed il consumo di ossigeno.
●