2.

La biosfera: insieme di biomi ed ecosistemi

La biosfera è l’insieme di tutti gli ambienti naturali esistenti sulla Terra e di tutti gli organismi viventi che li popolano; comprende la superficie terrestre, i mari, il sottosuolo (fino a poche decine di metri di profondità) e l’atmosfera (fino a qualche migliaio di metri di quota).

A scopo di studio, la biosfera viene suddivisa in diversi insiemi e sottoinsiemi: in biomi, vale a dire in ampi complessi ecologici comprendenti tutte le comunità di organismi viventi che abitano una determinata area geografica caratterizzata da un clima definito e quindi da una vegetazione specifica (esempi di biomi sono la tundra, la foresta, la prateria e il deserto); e in ecosistemi che, secondo la definizione coniata nel 1935 dal botanico inglese Arthur George Tansley, sono le unità ecologiche formate dall’insieme degli organismi viventi (componente biotica) e dei fattori fisico-chimici (componente abiotica) tipici di un determinato ambiente (o habitat), inteso come sistema integrato capace di autoregolazione.

A sua volta, ogni ecosistema può essere visto come un insieme di nicchie ecologiche, unità ambientali in cui ogni specie vivente trova le risorse energetiche di cui ha bisogno ed esercita la propria funzione biologica. L’energia e le sostanze nutritive, vale a dire gli ingredienti necessari al funzionamento del sistema, vengono trasmessi ai diversi elementi che lo compongono attraverso una serie di complicate relazioni trofiche.

1.

Relazioni trofiche all’interno di un ecosistema

L’energia e le sostanze nutritive fluiscono attraverso gli ecosistemi secondo modalità diverse. A seconda del sistema in base al quale gli organismi viventi sfruttano l’energia disponibile, possono essere classificati come: produttori (fondamentalmente gli organismi fotosintetici, che utilizzano la luce per produrre sostanze nutritive), consumatori (tutti gli animali erbivori e carnivori che utilizzano le sostanze nutritive sintetizzate dalle piante o metabolizzate da altri animali) e decompositori (funghi e batteri che restituiscono all’ambiente le sostanze organiche presenti negli organismi morti).

La più importante fonte energetica dell’intera biosfera è il Sole. All’interno di ogni ecosistema, l’energia luminosa assorbita dalle piante viene trasformata, mediante il processo di fotosintesi, in energia chimica immagazzinata in composti del carbonio. In una serie di passaggi successivi, tale energia chimica viene trasferita dapprima agli animali erbivori e quindi ai carnivori, attraverso una serie di sequenze trofiche dette catene alimentari, che si intersecano a formare più ampie reti alimentari. Il materiale organico non utilizzato all’interno delle catene alimentari (ad esempio foglie cadute, rami, radici, tronchi e carcasse di animali) viene trasformato all’interno delle catene della decomposizione, in cui batteri, funghi e altri organismi degradano e riciclano i composti organici di scarto, reimmettendoli nell’ambiente. Così facendo, la natura riesce a ottimizzare il consumo dell’energia inizialmente immagazzinata nelle piante.

2.

Ciclo dei nutrienti

Il flusso di energia che attraversa la biosfera alimenta il ciclo dei nutrienti. Questo ha inizio con la separazione dei sali minerali e degli elementi nutritivi dalla materia organica e inorganica presente nel terreno e con la loro scomposizione, operata dagli agenti atmosferici o da microrganismi, in forme assimilabili dalle piante. Queste ultime incamerano le sostanze nutritive rese così disponibili, assorbendole dal suolo e dall’acqua e, dopo averle trasformate in composti assimilabili da parte degli animali, le immagazzinano nei propri tessuti. Attraverso le catene alimentari queste sostanze vengono, quindi, trasferite da un livello trofico all’altro o degradate dagli organismi decompositori, che provvedono a ridurre i composti organici complessi delle carcasse e delle parti vegetali morte in composti inorganici più semplici, riutilizzabili dalle piante.

3.

Squilibri

All’interno di ogni ecosistema il processo di trasformazione e di trasferimento della materia avviene a ciclo chiuso. Nel corso del processo si verificano, tuttavia, perdite di materiale che devono essere reintegrate dall’esterno: se ciò non avvenisse, il processo finirebbe con il bloccarsi e l’ecosistema si degraderebbe. I materiali inorganici immessi provengono perlopiù dalla disgregazione delle rocce a opera degli agenti atmosferici e dalle polveri trasportate dal vento o dalle precipitazioni. Quantità variabili di sostanze nutritive vengono trasferite, attraverso i corsi d’acqua, dagli ecosistemi terrestri a quelli marini o costieri. Fenomeni ed eventi quali l’erosione, l’abbattimento dei boschi e la mietitura dei raccolti sottraggono agli ecosistemi notevoli quantità di sostanze nutritive, che devono essere in qualche modo reintrodotte, pena il progressivo impoverimento dell’ecosistema. Ecco perché, in agricoltura, i terreni devono essere costantemente concimati.

Quando all’interno di un ecosistema le sostanze nutritive sono in eccesso, si verifica un “sovraccarico” dei cicli biologici, che risultano quindi sottoposti a stress. L’inquinamento può essere considerato in alcuni casi una forma di squilibrio, che deriva dall’immissione nell’ecosistema di sostanze nutritive in quantità tali da non poter essere smaltite attraverso i normali cicli biologici. Le sostanze fertilizzanti dilavate dai terreni coltivati, le acque di scarico urbane e industriali si riversano nei corsi d’acqua, nei fiumi, nei laghi e nei mari, causando la moria di animali e piante (vedi Inquinamento delle acque).

Gli ossidi di zolfo e di azoto rilasciati dalle industrie, combinandosi con il vapore acqueo presente nell’atmosfera, producono molecole di acido nitrico e solforico che, trasportate dalla pioggia (vedi Piogge acide), precipitano su vaste aree, alterando l’equilibrio di alcuni ecosistemi e danneggiando un gran numero di specie acquatiche e terrestri.