Progetto OSSERVO E MISURO.L ACQUA Per scuola sec di 1 grado e biennio di scuola sec. di 2 grado

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1 Progetto OSSERVO E MISURO.L ACQUA Per scuola sec di 1 grado e biennio di scuola sec. di 2 grado ECOLOGIA A MIRABILANDIA Gli organismi delle comunità di un ambiente naturale non vivono isolati. Ciascuno di essi partecipa ad un complesso di interazioni, sia con gli altri organismi viventi (fattori biotici) sia con gli agenti ambientali non viventi (fattori abiotici). L ecologia è la scienza che studia come gli organismi interagiscono con l ambiente e con gli altri organismi, cioè le relazioni fra i fattori biotici (viventi) e i fattori abiotici (non viventi). La parte della Terra dove esiste la vita è chiamata biosfera. Gli esseri viventi sulla terra possono essere riuniti in grandi complessi ambientali detti biomi, caratterizzati in base alle piante prevalenti. Un ecosistema è un insieme di fattori biotici e abiotici attraverso il quale passa un flusso di energia (la cui sorgente è il sole e il cui passaggio da un organismo all altro avviene lungo la catena alimentare) e nel quale le sostanze minerali vengono riciclate. La maggior parte degli studi sugli ecosistemi viene condotta però su unità naturali più piccole, come uno stagno o una palude. La porzione di un ecosistema in cui vive un particolare organismo è nota come habitat di quell organismo. Tra i fattori ambientali, l elemento che determina se un organismo può crescere o meno in un certo ambiente è chiamato fattore limitante. Concentriamo la nostra attenzione sui fattori abiotici: essi sono numerosi ed esistono diversi modi di misurarli anche nel Parco di Mirabilandia. Osserva un primo tratto di Parco... con gli occhi di un ecologo. Quali fattori abiotici individui? A Mirabilandia preleveremo alcuni campioni, misureremo e cercheremo di comprendere il significato di alcuni fattori abiotici di ecosistemi acquatici, come i laghetti o le cascate presenti all interno del Parco. 1

2 In particolare le nostre attività riguarderanno i seguenti fattori abiotici: temperatura ossigeno disciolto ph CAMPIONAMENTO E RACCOLTA DEI DATI PRELIMINARI Cosa si intende per campione? Cosa significa prelevare un campione? Quando si esegue un campionamento è fondamentale procedere anche alla registrazione di alcuni dati preliminari che forniscono informazioni circa le condizioni in cui il campione è stato prelevato e in cui sono state eseguite alcune misure. Questo modo di procedere è proprio del metodo sperimentale e garantisce la riproducibilità dei dati e pone le basi per una corretta valutazione dei risultati ottenuti. N DATA E ORA: NOME PRELEVATORE LOCALITA COORDINATE GEOGRAFICHE PRESSIONE ATMOSFERICA TEMPERATURA DELL ARIA NOTE SUL SITO DI PRELIEVO N DATA E ORA: NOME PRELEVATORE LOCALITA COORDINATE GEOGRAFICHE PRESSIONE ATMOSFERICA TEMPERATURA DELL ARIA NOTE SUL SITO DI PRELIEVO 2

3 Cosa significa misurare? In cosa la misura si differenzia dalla stima? ATTIVITA DI MISURA 1 FATTORE ABIOTICO: TEMPERATURA La temperatura è un fattore di fondamentale importanza nello sviluppo degli organismi viventi. La maggior parte delle specie animali e vegetali vive in un intervallo di temperatura compreso tra 0 e 50 C; i limiti di questo intervallo sono imposti dal fatto che le reazioni biochimiche che governano le funzioni vitali sono molto sensibili alla temperatura e valori troppo bassi o troppo alti ne impediscono lo svolgimento. Le temperature dei fiumi e dei laghi generalmente variano di pochi gradi durante il giorno e le stagioni, in quanto l acqua ha proprietà termiche che stabilizzano notevolmente la temperatura; la temperatura dell aria può invece subire variazioni molto più ampie. Gli organismi acquatici generalmente si adattano più difficilmente a variazioni di temperatura significative; ad esempio i pesci sono animali a sangue freddo e quindi non sono in grado di rendere la loro temperatura interna differente da quella dell acqua circostante. Molte specie ittiche si sono adattate ai valori di temperatura tipici dell ambiente in cui vivono al punto che possiamo distinguere i pesci di acqua calda da quelli di acqua fredda. La temperatura dell acqua è quindi un fattore abiotico fondamentale dal punto di vista ecologico in quanto una sua variazione al di fuori dei normali intervalli può causare danni agli organismi che vivono nei fiumi o nei laghi, fino a provocarne la scomparsa. RISULTATI DELLE MISURE TEMPERATURA ACQUA ( ) Osserva la tabella sottostante nella quale sono elencati i valori di temperatura necessari alla riproduzione di alcune specie. In base ai valori di temperatura misurati nei nostri campioni, quali specie potrebbero vivere nei corpi d acqua analizzati? 3

4 SPECIE ANIMALE TEMPERATURA ( C) TROTA < 12 SPIGOLA 5-28 PESCE GATTO >20 CARPA >20 ZANZARA >10 2 FATTORE ABIOTICO: OSSIGENO DISCIOLTO L ossigeno è un gas fondamentale per la sopravvivenza degli organismi viventi. Anche l ossigeno, come altri gas e tante sostanze, ha la capacità di sciogliersi spontaneamente nell acqua. L ossigeno disciolto nell acqua è necessario a molti organismi acquatici per sopravvivere (respirazione) ed è quindi uno dei parametri più importanti per valutare la qualità dell acqua. Il valore dell ossigeno disciolto ci consente di capire se i laghi, i fiumi o i mari possono mantenere in vita piante e animali. L aria è costituita per circa il 21% da ossigeno; tenendo conto che la parte di aria che si scioglie in acqua, seppur importantissima, è piccola, fai una stima e prova ad indicare quanto ossigeno disciolto ci può essere in un litro d acqua? centinaia di grammi una decina di Kg qualche milligrammo Diversi fattori possono influenzare il livello di ossigeno disciolto nell acqua, ad esempio: FATTORE AERAZIONE DOVUTA AL MOTO TEMPERATURA PRESSIONE ATMOSFERICA PIANTE ACQUATICHE INFLUENZA SULLA QUANTITA DI OSSIGENO DISCIOLTO NELL ACQUA In presenza di turbolenza dell acqua, di salti di roccia o cascate, aumenta la superficie di contatto tra aria e acqua e si favorisce il passaggio dell ossigeno nell acqua. All aumentare della temperatura il livello di ossigeno disciolto nell acqua diminuisce. All aumentare della pressione atmosferica il livello di ossigeno disciolto nell acqua aumenta in quanto il gas tende a liberarsi nell aria. In presenza di piante acquatiche il livello di ossigeno disciolto nell acqua aumenta. INQUINAMENTO In presenza di scarichi industriali in genere il livello di ossigeno disciolto nell acqua diminuisce 4

5 Puoi spiegare l effetto causato dalla presenza delle piante acquatiche? Se le piante acquatiche fanno aumentare l ossigeno disciolto nell acqua, perché quando le alghe diventano troppe numerose (eutrofizzazione) i pesci muoiono? RISULTATI DELLE MISURE OSSIGENO DISCIOLTO ( ) ELABORAZIONE DEI DATI STUDIO DEGLI EFFETTI DELLA TEMPERATURA SULLA QUANTITA DI OSSIGENO DISCIOLTO NELL ACQUA Abbiamo visto che l ossigeno disciolto nell acqua è una funzione decrescente della temperatura poiché all aumentare della temperatura dell acqua diminuisce la concentrazione dell ossigeno in essa disciolto. Costruiamo ora il grafico che mette in relazione la quantità di ossigeno disciolto e i valori di temperatura che abbiamo misurato nei due campioni di acqua. temperatura ( C) 22,0 21,5 21,0 20,5 20,0 19,5 19,0 18,5 18,0 17,5 17,0 16,5 16,0 15,5 15,0 14,5 14,0 13,5 13,0 12,5 12,0 11,5 11,0 10,5 10,0 5,0 5,2 5,4 5,6 5,8 6,0 6,2 6,4 6,6 6,8 7,0 7,2 7,4 7,6 7,8 8,0 8,2 8,4 8,6 8,8 9,0 9,2 9,4 9,6 9,8 10,0 ossigeno disciolto (mg/l) Il grafico che hai tracciato utilizzando i dati raccolti conferma quanto affermato? In base ai fattori descritti come puoi interpretare i risultati ottenuti? 5

6 CALCOLO DELLA SATURAZIONE DI OSSIGENO DISCIOLTO Abbiamo misurato l ossigeno disciolto nei nostri campioni ottenendo valori espressi in mg/l O 2. Questi valori sono alti o sono bassi? Che significato hanno? Quali informazioni danno circa la qualità dell acqua del laghetto di Mirabilandia? Per comprendere meglio il significato dei dati raccolti possiamo utilizzare la percentuale di saturazione. Il calcolo della percentuale di saturazione serve per confrontare i dati ottenuti su un certo campione con il massimo valore di ossigeno disciolto che può essere contenuto all equilibrio in un campione ideale di acqua distillata nelle stesse condizioni di temperatura e pressione. TABELLA dei valori di ossigeno disciolto (mg/l) in acqua distillata saturata d aria 770 mm Hg 760 mm Hg 750 mm Hg 740 mm Hg 730 mm Hg 10,0 C 11,50 11,35 11,20 11,05 10,90 10,5 C 11,37 11,22 11,07 10,93 10,78 11,0 C 11,24 11,09 10,94 10,80 10,65 11,5 C 11,11 10,97 10,82 10,68 10,53 12,0 C 10,98 10,84 10,70 10,56 10,41 12,5 C 10,86 10,72 10,58 10,44 10,30 13,0 C 10,74 10,60 10,46 10,32 10,18 13,5 C 10,62 10,48 10,35 10,21 10,07 14,0 C 10,51 10, ,10 9,96 14,5 C 10,40 10,26 10,12 9,99 9,86 15,0 C 10,29 10,15 10,02 9,88 9,75 15,5 C 10,18 10,04 9,91 9,78 9,65 16,0 C 10,07 9,94 9,81 9,68 9,55 16,5 C 9,97 9,84 9,71 9,58 9,45 17,0 C 9,86 9,74 9,61 9,48 9,35 17,5 C 9,76 9,64 9,51 9,38 9,25 18,0 C ,54 9,41 9,29 9,16 18,5 C 9,57 9,44 9,32 9,20 9,07 19,0 C 9,47 9,35 9,23 9,11 8,98 19,5 C 9,38 9,26 9,14 9,02 8,89 20,0 C 9,29 9,17 9,05 8,93 8,80 20,5 C 9,20 9,08 8,96 8,84 8,72 21,0 C 9, ,88 8,76 8,64 21,5 C 9,02 8,91 8,79 8,67 8,56 22,0 C 8,94 8,83 8,71 8,59 8,48 In pratica quando si calcola la percentuale di saturazione si misura quanto i campioni reali sono diversi da un campione ideale all equilibrio non influenzato da sostanze inquinanti, presenza di piante o movimenti dell acqua. Se imponiamo che la quantità di ossigeno presente nel campione ideale sia uguale al 100%, la percentuale di saturazione di un campione reale si può calcolare, per un dato valore di temperatura e pressione, mediante la seguente proporzione: 6

7 DO saturazione (letto dalla tabella) : 100 = DO misurato : % saturazione da cui si ottiene: DOmisurato % saturazione = 100 DOsaturazione OSSIGENO DISCIOLTO MISURATO (mg/l O2) TEMPERATURA MISURATA ( C) PRESSIONE MISURATA (mm Hg) OSSIGENO DISCIOLTO ALLA SATURAZIONE (mg/l O2) % SATURAZIONE Osservate la seguente tabella che fornisce un giudizio sul livello di ossigeno disciolto in un corpo idrico collegandolo alla percentuale di saturazione: LIVELLO DI OSSIGENO DISCIOLTO PERCENTUALE DI SATURAZIONE DELL OSSIGENO DISCIOLTO SOVRASSATURO 101% ECCELLENTE % ADEGUATO 80 89% ACCETTABILE 60 79% POVERO < 60% In base alla percentuale di saturazione, quale giudizio puoi dare dell acqua che abbiamo analizzato? 3 FATTORE ABIOTICO: ph Quando le sostanze si sciolgono in acqua in modo omogeneo abbiamo una soluzione acquosa; nel mare, nei fiumi e nei laghi (anche in quello di Mirabilandia) sono sciolte molte sostanze che, a seconda delle loro quantità e natura, conferiscono caratteristiche diverse alle acque. 7

8 Ad esempio le soluzioni acquose possono essere acide, neutre o basiche (le acque piovane sono acide, mentre le acque di fiume e di mare in genere sono basiche). Cosa significano le parole acido, basico, neutro? Cosa è un acido? Sai fare qualche esempio? Cosa è una base? Sai fare qualche esempio? Nella vita quotidiana siamo circondati da moltissime sostanze acide, neutre o basiche. Come fare per distinguerle? Le sostanze molto acide e quelle molto basiche hanno una caratteristica in comune: sono in grado di corrodere i tessuti e molti materiali (e quindi sono pericolose per l uomo e per l ambiente); esse inoltre, quando sono mescolate, reagiscono e formano nuove sostanze che sono neutre. Ci possiamo però anche chiedere se esiste un modo per misurare l acidità o la basicità di una soluzione acquosa? Per stabilire se e quanto una soluzione è acida, neutra o basica occorre usare una scala particolare: la scala del ph La scala del ph in acqua normalmente è compresa fra 0 e 14. Una soluzione acquosa è acida quando ha ph < 7 ed è tanto più acida quanto più il valore di ph diminuisce (una soluzione a ph 2 è più acida di una a ph 6) Una soluzione acquosa è neutra quando ha un valore di ph = 7. Una soluzione acquosa è basica quando ha ph > 7 ed è tanto più basica quanto più il valore di ph aumenta (una soluzione a ph 10 è più basica di una a ph 8) PERCHE E IMPORTANTE CONOSCERE IL ph? Nei sistemi viventi molte sostanze si trovano in soluzione acquosa (l uomo è costituito per il 70% da acqua nella quale sono sciolte moltissime sostanze) e quasi tutte le reazioni chimiche che ci permettono di vivere avvengono ad un ph compreso tra 6 e 8. Anche gli organismi acquatici sono sensibili al ph dell ambiente in cui vivono e piccoli cambiamenti possono essere dannosi per la loro vita. Ad esempio la trota vive in acque con ph compresi tra 7 e 9 e se si esce da questo intervallo essa non è più in grado di riprodursi. La misura del ph è quindi molto importante come indicatore della qualità ambientale dell acqua. Il ph può essere misurato in diversi modi (più o meno accurati) e oggi ne utilizzeremo tre confrontando il campione 1 con un campione di acqua distillata (campione n 3) 8

9 MISURE CON LA CARTINA AL TORNASOLE RISULTATO MISURE CON I STRIP TEST RISULTATO MISURE CON IL phmetro RISULTATO DISCUSSIONE DEI RISULTATI OTTENUTI Confronta i valori misurati con le tre tecniche utilizzate: cosa noti? 9