5. Temperatura

(1)

TEMPERATURA

Dal bilancio tra energia assorbita ed energia restituita e dissipata dipende per le varie regioni della Terra la temperatura media ambientale.

Distribuzione dei biomi T media

(2)

TEMPERATURA

(3)

TEMPERATURA

(4)

TEMPERATURA

Variazioni della T media mensile, della T min e della T. max rilevate a Rieti (313 m s.l.m.). Le curve si riferiscono a medie per il periodo

1956-1972. Sono indicati gli scostamenti rilevati negli anni 1967, 1968, 1970 e 1972 limitatamente al periodo maggio-settembre.

(5)

TEMPERATURA

Alt sole

Alt sole Irr mediaIrr media Lungh giornoLungh giorno Temp mediaTemp media

Lat Lat °°NN EE II EE II EE II EE II 0 0 6565 6565 417417 411411 12.112.1 12.112.1 2727 2727 10 10 7575 5555 422422 359359 12.712.7 11.611.6 2929 2626 20 20 8686 4646 451451 296296 13.413.4 10.910.9 3232 1919 30 30 8484 3737 465465 228228 14.114.1 10.210.2 3131 1010 40 40 7474 2828 470470 150150 15.015.0 9.49.4 2727 55 50 50 6464 1616 470470 8787 16.416.4 8.18.1 1818 --11 60 60 5353 66 465465 2424 18.818.8 5.95.9 1414 --1010 70 70 4343 00 490490 00 24.024.0 00 99 --2525 80 80 3333 00 509509 00 24.024.0 00 00 --3030

(6)

TEMPERATURA e ALTITUDINE TEMPERATURA e ALTITUDINE

• Si osserva un abbassamento di 1 °C per ogni

100m di aumento dell’altitudine (a causa

dell’espansione adiabatica dell’aria in seguito alla diminuzione della pressione atmosferica che si verifica all’aumentare dell’altitudine)

Ciò comporta una Zonazione altitudinale delle piante e degli animali.

(7)

TEMPERATURA e TEMPERATURA e CONTINENTALITA’ CONTINENTALITA’

• Le terre emerse riflettono meno calore

dell’acqua, pertanto le terre si riscaldano più

velocemente ma perdono calore più

velocemente delle acque.

Ciò comporta che il mare esercita un effetto “marittimo” moderatore sulle temperature delle

regioni costiere; le escursioni termiche

giornaliere e stagionali sono più contenute nelle zone costiere rispetto a quelle nelle zone interne

(8)

TEMPERATURA e TEMPERATURA e COPERTURA VEGETALE COPERTURA VEGETALE L’escursione termica giornaliera risulta massima negli

strati più alti della chioma e minima a livello del suolo.

(9)

TEMPERATURA e TEMPERATURA e

COPERTURA VEGETALE COPERTURA VEGETALE

Se la copertura vegetale è costituita da massa erbacea, la temperatura nel suo interno varia in funzione:

• delle caratteristiche della specie • della densità

• dell’altezza

• della disposizione delle foglie

In genere il massimo termico si raggiunge circa al centro dello strato erbaceo, con conseguente abbassamento verso il suolo.

Inversione termica durante la notte.

La copertura vegetale influenza anche le variazioni termiche giornaliere.

(10)

SUOLO SUOLO

In nero : 30 cm sopra la sabbia In blu : superficie della sabbia In rosso : 10 cm sotto la superficie In arancio : 40 cm sotto la superficie

(11)

MARE MARE

(12)

TEMPERATURA e TEMPERATURA e LAGO LAGO Stratificazione termica in un lago degli Stati Uniti, durante il periodo estivo

(13)

OCEANO OCEANO

Nello strato superficiale si distinguono le

variazioni stagionali della temperatura:

1, nel mese di aprile; 2, nel mese di agosto; 3, nel mese di dicembre; 4, nel mese di febbraio.

(14)

(15)

LAGO LAGO

Monomittici freddi con completa circolazione soltanto estiva (laghi polari e alpini);

Monomittici caldi con completa circolazione soltanto invernale (laghi sub-tropicali);

Dimettici con completa circolazione primaverile e autunnale (laghi temperati);

Oligomittici con rara completa circolazione in periodi irregolari (laghi tropicali);

Polimittici caldi laghi tropicali con frequente circolazione completa;

Polimittici freddi laghi tropicali di alta montagna con circolazione completa quasi costante.

(16)

ORGANISMI ORGANISMI

I processi biologici che conosciamo si svolgono soltanto nell’intervallo di temperatura in cui l’acqua è allo stato liquido: 0 e 100 °C.

La maggior parte degli organismi esplicano la loro attività entro un intervallo di temperatura compreso tra 0 e 50 °C.

Batteri in acque termali, fino a 90°C

Alcune specie di cianoficee sopravvivono sui 70-73 °C

Cyanidium caldarium ha il suo optimum a 56 °C

Hydrobia aponensis e altri molluschi vivono in ambienti a 60°C

Chlamidomonas nivalis, alga verde unicellulare delle nevi, vive a circa 0 °C

(17)

TEMPERATURA E ORGANISMI

Temperatura limitante per valori elevati

Temperatura limitante per valori elevati::

1. inattivazione degli enzimi1. inattivazione degli enzimi

2. squilibrio metabolico2. squilibrio metabolico

3. squilibrio tra assorbimento di acqua e 3. squilibrio tra assorbimento di acqua e

traspirazione traspirazione

Temperatura limitante per valori bassi Temperatura limitante per valori bassi::

1.

1. Formazione di ghiaccio (danni meccanici, Formazione di ghiaccio (danni meccanici,

disidratazione) disidratazione)

2.

(18)

TEMPERATURA e ORGANISMI

(19)

(20)

Euriterme

Stenoterme: a) megaterme= stenoterme calde b) microterme = stenoterme fredde Esempi di megaterme:

crostacei di sorgenti termali, insetti ectopa-rassiti di Mammiferi e Uccelli.

Esempi di microterme: piante alpine, fauna nivale costituita per lo più da collemboli e

(21)

Il limite settentrionale della distribuzione della rubiacea Rubia peregrina è strettamente correlato con la posizione

dell'isoterma di 4,5 °C di Gennaio. Tale specie

produce nuovi germogli in gennaio per la

successiva primavera (la produzione di germogli è inibita da basse

(22)

Il limite meridionale della distribuzione del cirripede Balanus balanoides è strettamente correlato con l'isoterma minima di 8 °C della superficie dell’acqua in inverno. In tale specie la maturazione delle gonadi e la fecondazione avvengono solo se la temperatura dell’acqua scende al di sotto dei 10 °C per tempi piuttosto lunghi.

(23)

Organismi diversi in condizioni ambientali identiche possono presentare temperature corporee diverse in relazione ai flussi di calore, determinati dai processi di conduzione, convenzione, reirraggiamento, traspirazione, nonché dai processi metabolici.

(24)

Organismi diversi in condizioni ambientali identiche possono presentare temperature corporee diverse in relazione ai flussi di calore, determinati dai processi di conduzione, convenzione, reirraggiamento, traspirazione, nonché dai processi metabolici.

(25)

TEMPERATURA ESTERNA e TEMPERATURA ESTERNA e TEMPERATURA CORPOREA TEMPERATURA CORPOREA Influenza della radiazione solare sulla temperatura corporea e superficiale di una pianta, di un insetto e di un uomo.

(26)

TEMPERATURA ESTERNA e TEMPERATURA ESTERNA e TEMPERATURA CORPOREA TEMPERATURA CORPOREA Ectotermi in cui la temperatura corporea segue con poche differenze quella esterna Endotermi, che producono calore nel proprio corpo, in cui la temperatura corporea viene mantenuta elevata e pressoché costante anche quando cambia quella dell’ambiente esterno.

(27)

TEMPERATURA ESTERNA e TEMPERATURA ESTERNA e TEMPERATURA CORPOREA TEMPERATURA CORPOREA

La temperatura corporea di una specie rappresentativa degli ectotermi (la lucertola) e quella di un rappresentante degli endotermi (il topo) rispondono in modo diverso alle variazioni dei valori termici ambientali.

(28)

TEMPERATURA ESTERNA e TEMPERATURA ESTERNA e TEMPERATURA CORPOREA TEMPERATURA CORPOREA

Negli omeotermi (mammiferi ed uccelli) Negli omeotermi (mammiferi ed uccelli)

mantenere alta T

mantenere alta T_corp_corp a bassa Ta bassa T_est_est implica implica aumento del tasso metabolico e migliore aumento del tasso metabolico e migliore isolamento termico, quando la T

isolamento termico, quando la T_est_est diviene alta diviene alta l’innalzamento della T

l’innalzamento della T_corp_corp viene impedito viene impedito riducendo la produzione di calore e

riducendo la produzione di calore e

aumentandone la dispersione con vari aumentandone la dispersione con vari

meccanismi (vasodilatazione periferica, aumento meccanismi (vasodilatazione periferica, aumento della frequenza respiratoria …)

della frequenza respiratoria …)

Nei pecilotermi (piante, invertebrati e vertebrati) Nei pecilotermi (piante, invertebrati e vertebrati)

le notevoli variazioni della T

le notevoli variazioni della T_corp_corp determinano determinano

accelerazioni (a T elevata) e rallentamenti (a T accelerazioni (a T elevata) e rallentamenti (a T basse) dei vari processi biologici.

(29)

TEMPERATURA e ADATTAMENTI TEMPERATURA e ADATTAMENTI

NEGLI ORGANISMI ECTOTERMI NEGLI ORGANISMI ECTOTERMI

Le foglie aumentano la dispersione di

calore mediante la

traspirazione. _{- disposizione verticale delle foglie} - disposizione a ventaglio

(30)

- disposizione verticale del fusto

succulento privo di foglie

(31)

- superfici fogliari riflettenti o ricoperte di feltri di peli Kalanchoe tomentosa Laurus nobilis

(32)

- movimenti di orientamento delle foglie: diaeliotropismo e paraeliotropismo.

- specie con dimorfismo fogliare stagionale (ambienti mediterranei)

(33)

I pecilotermi hanno evoluto una vasta gamma di adattamenti (termoregolazione etologica) che limitano la loro dipendenza dalla temperatura esterna.

(34)

Creazione di nidi che costituiscono dei microambienti nei quali i fattori climatici si mantengono costanti

A) Nei termitai del genere Armitermes le facce di maggiore superficie sono rivolte al sole sorgente e al sole calante.

B) Il formicaio di Formica rufa è costituito da un acervo che ricopre il nido vero e proprio e che è capace di captare una maggiore quantità di radiazioni luminose. C) Le termiti del genere Bellicositermes costruiscono il termitaio provvisto di una

(35)

Lepidotteri e imenotteri di grandi dimensioni, facendo vibrare i muscoli del volo prima di volare, subiscono un riscaldamento corporeo.

Alcune piante (filodendro e aracee) presentano meccanismi di produzione del calore nei fiori.

(36)

TEMPO FISIOLOGICO NEGLI TEMPO FISIOLOGICO NEGLI

ORGANISMI ECTOTERMI ORGANISMI ECTOTERMI

La temperatura ha un importante effetto sulla velocità di sviluppo e di accrescimento degli ectotermi.

Il prodotto “tempo x °C” è costante

(37)

NEGLI ORGANISMI NEGLI ORGANISMI

La farfalla, cavolaia minore (Pieris rapae), dalla schiusa dell’uovo alla pupa richiede 174 giorni-gradi Celsius al di sopra della temperatura soglia di 10,5 °C (T_ottimale 16°C).

A 30°C (14 °C sopra la soglia) occorrono 5 giorni; 5x14=70

A 20°C (4 °C sopra la soglia) occorrono 17.5 giorni; 4x17.5=70

(38)

TEMPERATURA e ADATTAMENTI TEMPERATURA e ADATTAMENTI NEGLI ORGANISMI NEGLI ORGANISMI ECTOTERMI: ACCLIMATAZIONE ECTOTERMI: ACCLIMATAZIONE

Gli organismi ectotermi che vivono in ambienti in cui si osservano ampie variazioni di temperatura si

acclimatizzano, cioè spostano l’ambito di tolleranza della temperatura in

(39)

Nelle piante: Acquisizione della rusticità

Gli aghi di abete rosso resistono a T di –7 °C in estate a T di -38 °C in inverno L’edera non tollera T < -5 °C in estate

sopporta T –20 °C in inverno Negli animali:

Il salmone sintetizza due forme diverse di isoenzimi dell’acetil-colinesterasi: a 2 °C e a 17 °C.

Nel merluzzo del Labrador il punto di congelamento del plasma scende da –0,8 °C in estate a –1,6 °C in inverno grazie all’accumulo di trimetilamina.

(40)

TEMPERATURA

(41)

Tempo necessario per l’acclimatazione fotosintetica di Nerium oleander in seguito al trasferimento di piante cresciute a 20 °C e a 45 °C al regime termico opposto.

(42)

TEMPERATURA e ADATTAMENTI TEMPERATURA e ADATTAMENTI NEGLI ORGANISMI NEGLI ORGANISMI ECTOTERMI: EVITAMENTO ECTOTERMI: EVITAMENTO

Le piante possono arrestare la loro attività

(caducifoglie) o compiendo tutto il ciclo vitale nella stagione favorevole (terofite).

Gli animali ottengono ciò con il letargo (tipico di

alcune specie di mammiferi come la marmotta), o con un lungo sonno invernale (orsi e molte altre specie di mammiferi), oppure con le migrazioni (es. oche

(43)

TEMPERATURA e ADATTAMENTI TEMPERATURA e ADATTAMENTI NEGLI ORGANISMI ENDOTERMI NEGLI ORGANISMI ENDOTERMI

Al contrario, alcuni omeotermi possono ridurre la temperatura corporea al sopraggiungere di periodi di basse temperature (letargo).

(44)

Sincronizzazione dei ritmi di attività, di riproduzione, ecc., con le ore e le stagioni più favorevoli.

Spesso l’attività si arresta nei mesi più caldi (estivazione) o più freddi (ibernazione).

Tali arresti possono essere facoltativi (quiescenza) oppure obbligatori (diapausa).

(45)

Altri omeotermi ricorrono a meccanismi che modificano gli scambi con l’ambiente esterno (pelliccia, piumaggio degli uccelli). Relazione tra livello metabolico e temperatura durante l’estate e durante l’inverno:

Il piumaggio invernale di

Lagopus lagopus riduce la perdita di calore e di

conseguenza il dispendio di energia per termoregolazione.

La pelliccia invernale di

Lupes fulva riduce la perdita di calore e di conseguenza il

dispendio di energia per termoregolazione.

Lo scoiattolo rosso

Tamasciurus hudsonicus

che non mostra

cambiamenti stagionali nello spessore della

pelliccia durante l’inverno cade in letargo.

(46)

Circolazione in controcorrente nella zampa di gabbiano.

N.B. Un’anastomosi nel punto S permette al gabbiano di

restringere i vasi sanguigni nei piedi, riducendo così

ulteriormente la corrente sanguigna e la

termodispersione, senza dovere aumentare la pressione

(47)

(48)

Potere isolante della pelliccia di diversi animali in funzione del suo spessore e in rapporto a quello del cotone: V, volpe bianca; LG, lupo e grizzly; OB, orso bianco; R, renna; OD, Ovis dalli; C, castoro; CN, coniglio; M, martora; L, lemming; D, donnola; S, scoiattolo; T, toporagno.

(49)

(50)

Il rapporto superficie/peso del corpo e la forma delle estremità sono molto importanti nella dispersione del calore. Un animale omeotormo più grosso perde relativamente meno calore di un animale più piccolo ed è avvantaggiato in ambienti freddi.

(51)

Appendici più lunghe, favorendo la dispersione del calore, conferiscono un vantaggio in climi caldi.

(52)

Regola di Allen

(53)

Regola di Allen