La radiazione solare
La radiazione solare
La radiazione solare
La radiazione solare
Un corpo più è caldo, più emette fotoni ricchi di energia e quindi fotoni a più bassa lunghezza d’onda. Così il sole emette radiazioni con una maggiore
percentuale di radiazioni a bassa lunghezza d’onda rispetto a quelle emesse dalla Terra.
La radiazione solare
La radiazione solare
L’equatore riceve perpendicolarmente i raggi solari e dunque una quantità maggiore di luce e calore per unità di superficie rispetto alle altre regioni della Terra, situate più a nord o più a sud. In corrispondenza di queste i raggi solari devono attraversare strati più ampi di atmosfera e colpiscono la superficie terrestre con una direzione obliqua.
La radiazione solare
La radiazione solare
La rotazione della Terra intorno al suo asse provoca cambiamenti stagionali di temperatura e di intensità della luce quando il pianeta ruota intorno al Sole.
La radiazione solare
La radiazione solare
Energia al suolo in funzione della latitudine e delle stagioni. SI: solstizio di inverno; EP: equinozio di primavera; SE: solstizio d’estate; EA: equinozio di autunno.
La radiazione solare
La radiazione solare
La radiazione solare
La radiazione solare
Dispersione energetica della radiazione solare
Dispersione energetica della radiazione solare
espressa come percentuale dell’entrata annua
espressa come percentuale dell’entrata annua
della biosfera
della biosfera
Dispersione dell’energia
Dispersione dell’energia
Percentuale
Percentuale
Riflessa
Riflessa
Conversione diretta in calore
Conversione diretta in calore
Evaporazione, precipitazioni
Evaporazione, precipitazioni
Vento, onde e correnti
Vento, onde e correnti
Fotosintesi
Fotosintesi
Totale
Totale
30
30
46
46
23
23
0.2
0.2
0.8
0.8
100
100
La radiazione solare
La radiazione solare
Distribuzione spettrale della radiazione solare diretta, alla sommità dell’atmosfera e al livello del mare. PAR indica la regione fotosinteticamente attiva dello spettro. L’ozono presente nella regione superiore dell’atmosfera assorbe la radiazione solare nella regione ultravioletta dello spettro, e il vapore acqueo e l’anidride carbonica l’assorbono nella regione infrarossa.
La luce
La luce
La luce
La luce
La luce solare (400
La luce solare (400--700 nm)
700 nm)
rappresenta, direttamente o
rappresenta, direttamente o
indirettamente, l’unica sorgente
indirettamente, l’unica sorgente
naturale di energia per tutti gli
naturale di energia per tutti gli
organismi fatta eccezione dei
organismi fatta eccezione dei
chemioautotrofi.
La luce
La luce
L’energia luminosa incidente viene
L’energia luminosa incidente viene
valutata come irradianza quantica
valutata come irradianza quantica
(numero di fotoni
(numero di fotoni -- quanti di luce
quanti di luce –
–
incidenti sull’unità di superficie
incidenti sull’unità di superficie
nell’unità di tempo).
nell’unità di tempo).
Unità di misura
La luce
La luce
L’occhio umano percepisce le radiazioni comprese tra 400 e 700 nm (luce) e presenta un massimo di sensibilità a 555 nm. Le piante verdi utilizzano la luce per la fotosintesi e i massimi di assorbimento della clorofilla si trovano nel blu e nel rosso.
La radiazione solare e i
La radiazione solare e i
pigmenti
pigmenti
La disponibilità di luce
La disponibilità di luce
Variazioni dell’irradianza (linea intera) indotta dalle nubi e conseguenti cambiamenti della velocità di fotosintesi (linea tratteggiata).
L’irradianza e la
L’irradianza e la
fotosintesi
fotosintesi
Andamento giornaliero della fotosintesi in foglie di Acer campestre al sole e
all’ombra (a) e variazioni dell’irradianza (b).
L’irradianza e la
L’irradianza e la
fotosintesi
fotosintesi
L’irradianza e la
L’irradianza e la
fotosintesi
fotosintesi
Il punto di compensazione e la
Il punto di compensazione e la
saturazione per la luce corrispondono
saturazione per la luce corrispondono
a valori diversi di irradianza:
a valori diversi di irradianza:
a)
a)
in specie diverse
in specie diverse
b)
b)
per piante della stessa specie
per piante della stessa specie
adattate al sole o all’ombra
adattate al sole o all’ombra
c)
c)
per foglie di sole e di ombra nella
per foglie di sole e di ombra nella
stessa pianta
stessa pianta
La disponibilità di luce
La disponibilità di luce
a) Foresta boreale mista di betulla e abete b) Foresta di pini c) Campo di girasoli d) Campo di mais Le frecce indicano la percentuale di radiazione incidente che raggiunge vari livelli nella
La disponibilità di luce
La disponibilità di luce
Attenuazione della luce in una densa chioma di cipresso (a sinistra) ed in una chioma aperta di un olivo (a destra), a mezzogiorno in un
luminoso giorno di luglio o agosto. L’intensità di luce nei vari punti della chioma è data come percentuale
dell’intensità all’esterno della chioma.
LAI (Leaf Area Index) o
LAI (Leaf Area Index) o
Indice di area fogliare
Indice di area fogliare
LAI =
Superficie delle foglie
Superficie del suolo
LAI (Leaf Area Index) o
LAI (Leaf Area Index) o
Indice di area fogliare
Indice di area fogliare
Velocità di crescita di Trifolium subterraneum in funzione del LAI a diversa irradianza. Notare che il LAI ottimale è tanto più elevato quanto più elevata è l’irradianza.
LAI (Leaf Area Index) o
LAI (Leaf Area Index) o
Indice di area fogliare
Indice di area fogliare
Velocità di crescita di diverse colture in funzione dell’indice di area fogliare.
Luce e intercettazione
Luce e intercettazione
L’intercettazione della luce dipende da:
1.
numero delle foglie
2.
inclinazione e orientamento delle foglie
3.altezza del sole
4.
cambiamenti spettrali subiti dalla luce
nell’attraversare la vegetazione
5.
riflessione all’interno della vegetazione
6.il modo in cui le foglie sono distribuite.
La luce e le foglie
La luce e le foglie
Energia luminosa ricevuta nel corso del giorno da foglie con diverso orientamento rispetto alla radiazione incidente.
La luce e le foglie
La luce e le foglie
Foglie
Foglie
diaeliotropiche
diaeliotropiche
Ricevono quantità di irradianza
Ricevono quantità di irradianza
pressoché costanti per
pressoché costanti per
l’intera giornata
l’intera giornata
Si saturano per la luce a valori
Si saturano per la luce a valori
molto elevati di irradianza
molto elevati di irradianza
Vantaggiose in ambienti con
Vantaggiose in ambienti con
stagione di crescita breve
stagione di crescita breve
Svantaggiose in ambienti in cui
Svantaggiose in ambienti in cui
è limitata la disponibilità di
è limitata la disponibilità di
acqua nel suolo
acqua nel suolo
Foglie
Foglie
paraeliotropiche
paraeliotropiche
Evitano il surriscaldamento e la
Evitano il surriscaldamento e la
conseguente eccessiva
conseguente eccessiva
perdita di acqua
perdita di acqua
L’irradianza e la
L’irradianza e la
fotosintesi
fotosintesi
Intensità luminosa (kLux)
Intensità luminosa (kLux)
al punto di
al punto di
compensazione
compensazione
a saturazione per
a saturazione per
la luce
la luce
Erbacee C
Erbacee C
441
1--3
3
80
80
Erbacee C
Erbacee C
331
1--2
2
30
30--80
80
Erbacee eliofile
Erbacee eliofile
1
1--2
2
50
50--80
80
Erbacee sciafile
Erbacee sciafile
0.2
0.2--0.5
0.5
5
5--10
10
Foglie di sole
Foglie di sole
1
1--1.5
1.5
25
25--50
50
Foglie d’ombra
Foglie d’ombra
0.3
0.3--0.6
0.6
10
10--15
15
L’irradianza e la
L’irradianza e la
fotosintesi
fotosintesi
Fotosintesi netta in funzione della densità del flusso quantico (400-700 nm) in piante di sole (Encelia californica e Nerium oleander) e piante d’ombra (Cordyline rubra)
Eliofite e sciafite
Eliofite e sciafite
Le sciafite presentano una bassa velocità di
Le sciafite presentano una bassa velocità di
respirazione e per bassi valori di irradianza
respirazione e per bassi valori di irradianza
presentano velocità di fotosintesi superiore
presentano velocità di fotosintesi superiore
a quella corrispondente nelle eliofite
a quella corrispondente nelle eliofite
La saturazione per la luce viene raggiunta
La saturazione per la luce viene raggiunta
prima che nelle eliofite
prima che nelle eliofite
Foglie di sole e di ombra
Foglie di sole e di ombra
Nelle foglie d’ombra sono più elevati i complessi pigmenti-proteine implicati nella cattura della luce (LHPP). Nelle foglie di sole aumenta il numero dei centri reazione (r/c) del PS2, i complessi citocromo b/f della catena di trasporto di elettroni, il fattore di accoppiamento (FA) associato alla
Foglie di sole e di ombra
Foglie di sole e di ombra
Foglie di sole
Foglie di sole
Sono piccole Sono piccole
Presentano un più basso Presentano un più basso contenuto di clorofille contenuto di clorofille
A livello molecolare è potenziato A livello molecolare è potenziato
l’apparato fotosintetico l’apparato fotosintetico implicato nelle reazioni implicato nelle reazioni biochimiche
biochimiche
Sono favorite solo in condizioni di Sono favorite solo in condizioni di
alta irradianza in quanto alta irradianza in quanto presentano elevati tassi di presentano elevati tassi di
respirazione che devono essere respirazione che devono essere bilanciati dal tasso di
bilanciati dal tasso di
fotosintesi necessariamente fotosintesi necessariamente
Foglie d’ombra
Foglie d’ombra
Sono più grandi Sono più grandi
Il mesofillo è costituito da un Il mesofillo è costituito da un minor numero di strati di minor numero di strati di cellule
cellule
I cloroplasti sono più grossi con I cloroplasti sono più grossi con
un maggior numero di tilacoidi un maggior numero di tilacoidi Le clorofille per cloroplasto sono Le clorofille per cloroplasto sono
più abbondanti più abbondanti
A livello molecolare è potenziato il A livello molecolare è potenziato il
sistema di cattura della luce sistema di cattura della luce La fotoinibizione è dovuta alla La fotoinibizione è dovuta alla impossibilità di dissipazione impossibilità di dissipazione dovuta alla bassa capacità di dovuta alla bassa capacità di trasporto elettronico
Foglie di sole e di ombra
Foglie di sole e di ombra
Foglie di faggio e sezione trasversale del mesofillo. A
sinistra foglie di sole ed a destra foglie di ombra.
Luce ed efficienza di
Luce ed efficienza di
utilizzazione
utilizzazione
Solo il
Solo il
44%
44%
della radiazione solare è
della radiazione solare è
compresa nella regione fotosinteticamente
compresa nella regione fotosinteticamente
attiva
attiva
Il massimo rendimento di utilizzazione della
Il massimo rendimento di utilizzazione della
luce che è stato osservato nelle piante è
luce che è stato osservato nelle piante è
pari al
pari al
3
3--4%
4%
(microalghe marine coltivate
(microalghe marine coltivate
ad intensità di radiazioni basse). Nelle
ad intensità di radiazioni basse). Nelle
foreste tropicali questo valore è
foreste tropicali questo valore è
nell’intervallo
nell’intervallo
1
1--3%
3%
, nelle foreste temperate
, nelle foreste temperate
0.6
0.6--1.2%
1.2%
, nelle colture delle zone
, nelle colture delle zone
temperate è circa
Liane. Possono arrampicarsi in diversi
modi:
a) Germogli curvati ad uncino (
Solanum
dulcamara
)
b) Peli uncinati rigidi
c) Spine (rose rampicanti)
d) Aculei (
Bougainvillea
)
e) Radici avventizie (
Hedera
)
f) Movimenti avvolgenti dei fusti
g) Organi di sostegno, viticci
Adattamenti alla luce
Adattamenti alla luce
Adattamenti alla luce
Adattamenti alla luce
-
Epifite (piante “parassite dello spazio”)
Si ancorano mediante radici adesive lucifughe
Oncidium
sp.,
orchidea epifita
tropicale.
Dischidia
rafflesiana,
sezione
longitudinale di
una foglia ad urna.
Adattamenti alla luce
Adattamenti alla luce
Una specie di
Platycerium
della
Nuova
Guinea
Adattamenti alla luce
Adattamenti alla luce
Negli animali che vivono sulla terra e
in superficie nelle acque, gli occhi sono
normalmente ben sviluppati.
In molti pesci abissali si osserva la
comparsa di occhi molto grandi, con
una struttura molto particolare. Pare
che questi siano in rapporto alla
bioluminescenza
(produzione di luce
propria) generalmente blu-verde da
parte di pesci, crostacei, cefalopodi.
Adattamenti alla luce
Adattamenti alla luce
Chlauliodus
sloani
,
pesce
a
distribuzione
quasi
cosmopolita, presente anche nel Mediterraneo, è
dotato latero-ventralmente di numerosi fotofori.
La luce è sia una
La luce è sia una
risorsa
risorsa
che una
che una
condizione
condizione
(fioritura, dormienza, muta,
(fioritura, dormienza, muta,
migrazione, letargo sono tutti processi
migrazione, letargo sono tutti processi
indotti dal fotoperiodo).
indotti dal fotoperiodo).
La luce come condizione
La luce come condizione
La luce come condizione
La luce come condizione
Il fotoperiodo, nelle piante, determina
la schiusura delle gemme, la fioritura,
la fruttificazione e la comparsa di altre
manifestazioni periodiche.
In base ai fenomeni di fioritura le
piante si distinguono in:
Brevidiurne
Longidiurne
Neutrodiurne
La luce come
La luce come
condizione
condizione
La luce come condizione
La luce come condizione
Frequenza relativa di coppie di
Passer
domesticus
in riproduzione alle varie
latitudini nel corso dell’anno.
Il fotoperiodo, negli animali, esercita azioni favorevoli sulla maturazione delle gonadi di uccelli e mammiferi.
