– Italia
Stampato in Polonia
Testi: Davide Michielin L’autore ringrazia Irene Campagna per il contributo ai testi Illustrazioni: Caterina Manganelli Progetto grafico: Studio via©www.giunti.itwww.editorialescienza.itLink2022EditorialeScienzasrlBolognese,165–50139Firenze
via C. Beccaria, 6 – 34133 Trieste – Italia Prima edizione: settembre 2022
Adesso lo so!
AMBIENTE
Le catene alimentari 34
La biodiversità 68
Evoluzione e adattamento 70
La nostra casa 14
Le acque salate 44
La macchia mediterranea 62
................................................
TAVOLA 4: I biomi terrestri 54
Altre foreste ........................................................... 58
I processi
La biosfera 18
Le praterie 60
Le acque salmastre 48
La sovrapesca 92
................................................
TAVOLA 2: L’evoluzione degli ecosistemi .............. 38
I deserti 64
Le specie invasive 90
L’atmosfera 16
Il ciclo dell’azoto 32
Le popolazioni 72
Le isole 78
L’energia 26
I servizi ecosistemici 36
MAPPA: I livelli di organizzazione 24
TAVOLA 1: Ritratti di grandi ecologisti 12
..........................................................
La litosfera 22
Le acque sotterranee 50
Biomi terrestri
La deforestazione 88
.........................................................
Che cos’è l’ecologia? 10
I cicli biogeochimici 28
L’importanza dell’acqua........................................ 40
L’idrosfera 20
Le sorgenti idrotermali 52
Le comunità ........................................................... 74
Le minacce alla biodiversità
MAPPA: Minacce alla biodiversità 82
Le aree protette 96 SOMMARIO
Biodiversità
TAVOLA 6: Animali a rischio di estinzione 94
MAPPA: Le interazioni tra specie 76
Le acque dolci 46
Le zone polari 66
Le zoonosi 80
Le estinzioni di massa ........................................... 84
TAVOLA 5: Estinzioni causate dall’uomo 86
Il ciclo del carbonio 30
TAVOLA 3: Gli oceani e le correnti 42
........................................................
Panoramica
Le foreste pluviali 56
Ecosistemi acquatici
Uomo e ambiente
Il riscaldamento globale ...................................... 102
L’energia nucleare 132
MAPPA: Le fonti di energia 134
Io che cosa posso fare? 148
CRONOLOGIA: I disastri ambientali 124
Il cambiamento degli oceani 106
La plastica 120
Le città 138
TAVOLA 8: Biodegradabilità 144
La gestione dei rifiuti 142
L’antropocene 136
Inquinamento acustico e luminoso 116
MAPPA: Il cambiamento climatico 100
Inquinamento
Petrolio, gas e carbone 126
Idroelettrico e geotermico ................................... 128
Un mondo che cambia
L’innalzamento del mare 108
L’energia solare ed eolica 130
Il buco dell’ozono 122
TAVOLA 7: L’inquinamento luminoso.................. 118
L’inquinamento dell’aria 110
L’astrobiologia 146
Fonti di energia
GLOSSARIO 150
L’inquinamento dell’acqua ................................... 112
L’inquinamento del suolo 114
Un clima che cambia 98
Gli eventi estremi 104
L’economia circolare ............................................ 140
L’umanità dipende dagli ambienti naturali per il cibo, l’acqua, la regolazione del clima e per la sua stessa salute. La conoscenza delle leggi che regolano gli equilibri della Terra rappresenta il campo di studio dell’ecologia. Questa scienza è relativamente giovane, ma negli ultimi decenni è diventata sempre più importante perché le attività dell’uomo stanno modificando pesantemente il pianeta. E tu, quanto ne sai dell’ecologia?
Che cOS’È L’ECOLOGIA?
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LO “STUDIO DELLA CASA”
le stanze in cui vivono, come i diversi habitat, le relazioni tra di loro, e tutti i processi che rendono abitabile il pianeta. Anche se il suo nome deriva dal greco antico, l’ecologia è in realtà una scienza giovane, la cui nascita riflette un importante cambiamento nel modo in cui l’uomo si pone nei confronti del pianeta. Un tempo, lo studio delle scienze naturali era molto settoriale: c’era chi
Per capire che cosa sia l’ecologia bisogna risalire al significato delle due parole greche che formano il suo nome: oikos, cioè “casa”, e logos, cioè “discorso” o “studio”. L’ecologia, dunque, è la disciplina che studia ciò che succede in quella grande casa chiamata pianeta Terra. Esamina i suoi abitanti, come le piante e gli animali,
PANORAMICA
UN PONTE TRA LE SCIENZE
Studiare la moltitudine di reazioni e processi che avvengono nel Pianeta è una missione terribilmente complicata. Nel tentativo di rendere più maneggevole la disciplina, gli scienziati moderni hanno adottato un approccio gerarchico che si basa sui livelli di organizzazione dei sistemi biologici: il più piccolo è rappresentato dalla cellula, mentre il più grande è chiamato “biosfera”, e include tutti gli esseri viventi della Terra. Indipendentemente dalla dimensione, tutti i livelli sono interessati da una serie di funzioni e processi comuni come il flusso di energia e l’evoluzione oppure lo sviluppo e la regolazione. Nel corso del libro capiremo in quanti modi questi sistemi biologici e processi possono interagire.
si occupava di descrivere nuove piante e animali, chi studiava la formazione delle rocce, chi riproduceva in laboratorio le reazioni chimiche. Solamente a partire dal XVIII secolo una nuova generazione di scienziati iniziò a studiare in maniera sistematica le relazioni che connettono gli esseri viventi e l’ambiente in cui vivono.
L’ecologia studia le relazioni tra gli esseri viventi e l’ambiente in cui vivono. Si tratta di una scienza recente e multidisciplinare poiché collega i processi fisici e chimici con quelli biologici. Lo studio dell’ecologia si basa sui livelli di organizzazione
dei sistemi biologici, a partire dalla cellula fino ad arrivare alla biosfera che include tutti gli esseri viventi. Tutti i livelli sono interessati da una serie di funzioni e processi comuni come il flusso di energia e l’evoluzione oppure lo sviluppo e la regolazione.
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LA GERARCHIA È IMPORTANTE
I primi argomenti a essere indagati furono, prevedibilmente, quelli che saltano maggiormente all’occhio e che rimangono ancora oggi i più importanti dell’ecologia: lo studio delle catene alimentari, i meccanismi che regolano le popolazioni naturali, la produttività di piante e animali, il riciclo della materia. Ciò nonostante, trascorsero altri due secoli prima che l’ecologia diventasse una scienza autonoma, gettando un ponte che collega i processi fisici e chimici con quelli biologici. Solamente negli anni ’70 del secolo scorso il nome della disciplina divenne di uso comune. Se ciò avvenne fu merito dei movimenti ambientalisti e della conquista del cosmo: l’inquinamento crescente spinse moltissime persone a interessarsi ai problemi ambientali, mentre le prime fotografie scattate dallo Spazio mostrarono, per la prima volta, il nostro pianeta nella sua interezza, aumentando la consapevolezza della sua unicità e fragilità.
Adesso lo so!
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Il demografo britannico elaborò la prima teoria sui limiti planetari dello sviluppo. Secondo Malthus, l’aumento demografico avrebbe spinto l’umanità verso la fame e la crisi economica.
Il naturalista britannico è uno degli scienziati più famosi della storia. Formulò la teoria dell’evoluzione delle specie per selezione naturale, agente sulla variabilità dei caratteri ereditari, e della loro diversificazione e moltiplicazione per discendenza da un antenato comune.
THOMAS(1766–1834)MALTHUS
Al filosofo greco dobbiamo la definizione di natura come elemento in perenne movimento, che si organizza secondo quattro qualità: secco, umido, caldo e freddo.
ALDO(1887-1948)LEOPOLD
Scienziato britannico, è considerato il padre dell’ecologia moderna. Affascinato dall’idea che i sistemi naturali potessero autoregolarsi, Hutchinson studiò i cicli biogeochimici e le dinamiche popolazione.di
(384–322ARISTOTELEa.C.)
ritratti di grandi ecologisti
GEORGEHUTCHINSONEVELYN(1903-1991)
VONALEXANDERHUMBOLDT(1769–1859)
Ecologo statunitense, è considerato uno dei fondatori dell’ecologia della conservazione. Secondo Leopold, l’equilibrio tra natura e umanità risiede nella tutela delle risorse naturali e non nel loro indiscriminato.sfruttamento
ERNST(1834–1919)HAECKEL
Haeckel fu un biologo e artista tedesco che contribuì a diffondere le teorie di Darwin non solo tra gli scienziati ma anche tra la popolazione. A lui si deve inoltre la formulazione di termini famosi come “ecologia”, “filogenesi” e “cellule staminali”.
Con le sue osservazioni e le misurazioni accurate dei fenomeni, il naturalista tedesco pose le basi dell’ecologia moderna. Intuì inoltre il rapporto tra attività umane e clima.
Economista rumeno, fu il fondatore della bioeconomia. Denunciò l’errore di sottovalutare la funzione del capitale naturale. Le sue teorie ispirarono la decrescita dei consumi, le tasse verdi, l’analisiecologica.dell’impronta
GEORGESCUNICHOLASROEGEN(1906-1994)
CHARLES(1809–1882)DARWIN
WANGARI(1940-2011)MAATHAI
Considerato il padre dell’economia circolare, l’architetto svizzero Stahel da sempre sostiene la aggiornamentoriparazione,dell’estensionefilosofiadellavitautiledeibeni:riutilizzo,rigenerazione,tecnologico.
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BERTA(1971–2016)CÁCERES
TAVOLA 1
GIORGIO(1926-2019)NEBBIA
RACHEL(1907-1964)CARSON
Tra i massimi esperti di sostenibilità globale, lo scienziato svedese è famoso per il quadro analitico dei “limiti planetari”. Dal clima alla biodiversità, questi nove confini sono operativoall’internofondamentaliconsideratiaffinchél’umanitàsimantengadiuno“spaziosicuro”chenoncompromettailfuturodelpianeta.
VANDANA(1952–)SHIVA
GRETA(2003–)THUNBERG
Zoologa statunitense, è considerata la madre del movimento ambientalista negli Stati Uniti. Il suo libro Primavera silenziosa denunciò l’impatto dei pesticidi sugli animali e sull’ambiente.
Ambientalista indiana, Shiva ha difeso i piccoli agricoltori nelle lotte contro l’appropriazione della terra, i diritti sulla control’accessointellettualeproprietàdeisemi,allerisorseidriche.Inseguitohacondottoaltrebattaglie,piùcontroverse,controgliorganismigeneticamentemodificatiel’ingegneriagenetica.
Chimico italiano, fu pioniere del ambientalistamovimentonazionale.Svolseattivitàdiricercanell’analisidelciclodellemerci.Sioccupòdirisorsenaturalipromuovendol’energiasolareeladissalazionedelleacqueinItalia.
Cáceres è stata un’attivista dei diritti dei popoli indigeni e della tutela ambientale del suo paese, l’Honduras. Determinata a impedire la costruzione di alcune dighe sul Gualcarque, fiume sacro del popolo Lenca, Cáceres fu assassinata nel 2016 su mandato della compagnia idroelettrica responsabile del progetto.
WALTER(1946-)STAHEL
È stata la prima donna africana a ricevere il Premio Nobel per la Pace. La sua battaglia principale fu la riforestazione dell’Africa subsahariana - Maathai era keniota - per fermare la desertificazione e proteggere le comunità più vulnerabili.
JOHAN(1965–)ROCKSTRÖM
Attivista svedese, Thunberg è impegnata nel sensibilizzare la società sul cambiamento climatico e lo sviluppo sostenibile. Il suo sciopero solitario dalla scuola, quando era ancora giovanissima, ha stimolato la nascita del movimento “Fridays for future”.
NON C’È VITA SENZA VITA
LA NOSTRA CASA
Lovelock scelse per la sua teoria il nome Gaia in onore della dea greca che impersona la Terra e rappresenta l’origine stessa della vita. Nonostante l’ipotesi sia stata messa in discussione da molti scienziati, alcuni elementi hanno solide basi. I livelli di ossigeno atmosferico, per esempio, rimangono costanti grazie all’attività
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delle piante, che, sfruttando la luce solare, trasformano l’anidride carbonica in acqua e ossigeno. L’ossigeno, infatti, è un elemento estremamente instabile che, se non venisse costantemente prodotto, reagendo con altre molecole, scomparirebbe dall’atmosfera. Senza ossigeno la vita animale sarebbe impossibile. Anche la stabilità della temperatura globale, Secondo la cosiddetta “ipotesi Gaia”, elaborata nel 1979 dagli scienziati James Lovelock e Lynn Margulis, tutti gli esseri viventi della Terra interagiscono con le componenti inorganiche per formare un complesso sistema che aiuta a mantenere le condizioni indispensabili per la vita. Secondo questa ipotesi la Terra sarebbe un unico organismo vivente di cui gli esseri umani sono solamente una parte.
Gli esseri viventi sono influenzati dall’ambiente e a loro volta lo modificano. Pensiamo alle coste: mentre il vento e le onde con la loro azione incessante erodono le rocce, le radici di alberi e arbusti ne contrastano l’azione distruttiva conferendo maggiore stabilità al terreno.
l’evaporazione del sudore. Se si pensa alla Terra come a un organismo vivo, i suoi componenti, vivi e non, interagiscono per mantenere le condizioni ideali per la vita. Tutte le attività umane possono mettere in crisi questo sistema in perfetto equilibrio. La pesca altera gli ecosistemi marini; l’agricoltura richiede il disboscamento di vaste aree; le industrie producono sostanze inquinanti che possono contaminare l’ambiente. Anche chi critica la teoria di Gaia le riconosce il merito di avere messo in luce l’effetto sconvolgente delle attività dell’uomo sul pianeta. Dal punto di vista scientifico non è ritenuta accettabile, però, l’idea che tutti gli elementi della Terra cooperino per il bene comune: è una visione in netto contrasto con le teorie sull’evoluzione, che sono invece scientificamente provate.
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PANORAMICA
La teoria si richiama al principio dell’omeostasi, ovvero la capacità di un organismo vivente di mantenere costanti le proprie caratteristiche interne, come la temperatura, anche al variare delle condizioni esterne, grazie a meccanismi di autoregolazione. Per esempio, quando fa caldo, la temperatura corporea diminuisce attraverso
Secondo l’ipotesi Gaia, la Terra è un enorme organismo, i cui componenti, vivi o meno, interagiscono tra loro per mantenere le condizioni necessarie alla vita stessa. Dall’ossigeno atmosferico, alla concentrazione di sale nei mari, alla temperatura
la salinità dell’acqua del mare e altre variabili ambientali che rendono il pianeta Terra vivibile sarebbero influenzate dagli organismi viventi. L’intero pianeta sarebbe quindi un enorme organismo composto da elementi (esseri umani, altri animali, vegetali, batteri, rocce, alghe, metalli) che interagiscono tra loro per garantire il mantenimento delle condizioni di stabilità necessarie alla vita
Adesso lo so!
sarebbero molte le variabili in perfetto equilibrio grazie alla collaborazione di animali, vegetali, batteri, funghi ma anche rocce, metalli, aria, acqua. Le attività dell’uomo rischiano di mettere in crisi il sistema, compromettendo l’abitabilità del pianeta.
IL FATTORE UMANO
Un sistema in equilibrio
All’interno della stratosfera, che si estende tra gli 8-20 km e i 50-60 km di quota, si trova l’ozonosfera. L’ozono, una molecola costituita da tre atomi di ossigeno, assorbe la maggior parte dei raggi ultravioletti e protegge gli esseri viventi dai loro effetti nocivi.
ESOSFERA
Particelle dell’atmosfera, in particolare atomi di idrogeno, sono rintracciabili fino a 630 000 km
In corrispondenza della mesosfera e della termosfera si trova la ionosfera, fondamentale per le trasmissioni radiofoniche: riflettendosi, le onde radio rendono possibile la trasmissione in più punti della superficie terrestre. È in questo strato
Come la stagnola dorata avvolge un cioccolatino, così i gas formano un involucro attorno alla Terra. È l’atmosfera, una miscela di azoto, ossigeno, vapore acqueo e altri gas indispensabile per la vita. È l’aria che respiriamo, in cui volano gli aerei e in cui si formano le stelle cadenti. Fino a dove arriva l’atmosfera? E come cambia allontanandosi dalla superficie della Terra?
Tra i 95 e i 300 km di quota si trova la termosfera, caratterizzata da un progressivo aumento della temperatura, ma l’atmosfera è così rarefatta e le particelle sono talmente poche che non riuscirebbero a trasferire sufficiente calore al corpo di un astronauta, che morirebbe di freddo!
L’ATMOSFERA
IONOSFERA
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È lo strato di atmosfera a contatto con la superficie terrestre: qui nascono quasi tutti i fenomeni meteorologici: nebbie, piogge, temporali, uragani. La troposfera contiene l’80% della massa gassosa totale dell’atmosfera e il 99% del vapore acqueo.
MESOSFERA
Al giorno d’oggi l’atmosfera della Terra è composta per il 78% da azoto e per il 21% da ossigeno. Il rimanente 1% è costituito da quote piccolissime di altri gas come argon, vapore acqueo, anidride carbonica, elio, metano, idrogeno e ozono.
che avviene uno dei fenomeni più magici: l’aurora polare. Quando le particelle cariche di elettricità provenienti dal Sole si scontrano con gli atomi della ionosfera, questi assorbono energia e quindi la rilasciano, emettendo luce di diversi colori. Si formano così strie, macchie e archi rossi, verdi, azzurri che mutano rapidamente.
TERMOSFERA
Tra i 50 e 90 km di quota i gas sono piuttosto rarefatti e mossi da un complesso sistema di correnti aeree che potrebbero raggiungere i 300 km/h. È in questo strato, la mesosfera, che si formano le “stelle cadenti”: piccoli meteoriti che, a contatto con l’atmosfera, bruciano lasciando scie luminose.
TROPOSFERA
STRATOSFERA
La “nostra” atmosfera
dalla superficie della Terra. È la cosiddetta geocorona, un alone rarefatto che avvolge il nostro pianeta. La geocorona fa parte dell’esosfera, la porzione più esterna dell’atmosfera costituita perlopiù da idrogeno ed elio emessi dal Sole e catturati dal campo magnetico della Terra.
L’attuale atmosfera riflette miliardi di anni di cambiamenti innescati dall’attività vulcanica, dalla luce solare, da processi chimici e biologici.
L’atmosfera è un involucro gassoso che avvolge la Terra. Nello strato più basso avvengono i principali fenomeni atmosferici e si trova l’ossigeno indispensabile per la vita. Più in alto uno strato di ozono protegge gli esseri viventi dai raggi UV. Salendo ancora si trova la ionosfera, importante, tra l’altro, per la trasmissione delle onde radio.
Adesso lo so!
Esosfera
La prima atmosfera era costituita dai gas presenti nella nebulosa che diede origine al nostro sistema solare: idrogeno, vapore acqueo, metano e ammoniaca. Spazzata dal vento solare, fu poi sostituita dai gas rilasciati dai materiali solidi che componevano la neonata Terra. In seguito al grande impatto che, probabilmente, diede origine alla Luna, l’atmosfera terrestre subì notevoli cambiamenti. Con la comparsa della vita e di organismi in grado di produrre ossigeno, l’atmosfera si trasformò in quella attuale.
700 km 8050kmkm GLI TERRESTREDELL’ATMOSFERASTRATI 12 km
A TUTTO GAS
Termosfera
PANORAMICA
MesosferaStratosferaTroposfera 17
