PRINCIPI DI ECOLOGIA DEI LAGHI

Dr. Andrea Romanò, GRAIA SRL – Bergamo, 27 novembre 2013

L’acqua è una sostanza MOLTO particolare!…possiede caratteristiche STRAORDINARIE

• Ha una particolare struttura (molecola polare)• Forma legami a idrogeno• Ha il potere solvente più elevato di qualsiasi altro liquido

(acqua pura praticamente impossibile ad ottenersi)• Solidificandosi aumenta di volume: quando viene

raffreddata, mentre tutti gli altri liquidi diminuiscono di V passando da liquidi a solidi, l'acqua aumenta di V quando diventa ghiaccio: diviene man mano meno densa e quando diventa ghiaccio galleggia

• Raggiunge la sua massima densità a 4° C

PROPRIETÀ DELL’ACQUA

• È la sostanza più diffusa

• È l'unica sostanza che a T e P ambiente si presenta in tutti e 3 gli stati fisici

• Elevata CAPACITÀ TERMICA: può assorbire una grandissima quantità di calore, facendo aumentare di poco la propria temperatura

• È uno dei fluidi più coesivi (elevata TENSIONE SUPERFICIALE): ogni oggetto che penetri in una massa d' acqua deve rompere legami ad idrogeno fra molecole adiacenti

• Più alto CALORE DI EVAPORAZIONE e di FUSIONE di qualsiasi altra sostanza presente in natura

Presente sotto forma di liquido

Elevate proprietà termostatiche

PROPRIETÀ DELL’ACQUA

Le sue proprietà permettono lo sviluppo della vita e ne influenzano le caratteristiche Le sue proprietà permettono lo sviluppo della vita e ne influenzano le caratteristiche

� Elevata CAPACITÀ TERMICA

� Elevata TENSIONE SUPERFICIALE

� DENSITÀ

� Influenza il microclima laghi e mari trattenendo il calore estivo mitigano le temperature basse invernali nei pressi delle loro rive

� Influenza il microclima laghi e mari trattenendo il calore estivo mitigano le temperature basse invernali nei pressi delle loro rive

PROPRIETÀ DELL’ACQUA

� Il ghiaccio galleggia ed è un buon isolante termico� Lo strato che si forma d'inverno sulla superficie dei laghi

impedisce agli strati sottostanti di raffreddarsi ulteriormente e gelare, permettendo la vita nei fondali

� Se il ghiaccio non galleggiasse si accumulerebbe sul fondo, estendendosi verso la superficie fino a rendere gelata l'intera massa d'acqua

� Macrofite (piante acquatiche) con strutture di sostegno ridotte� Possibilità di sviluppo del PLANCTON

� Il ghiaccio galleggia ed è un buon isolante termico� Lo strato che si forma d'inverno sulla superficie dei laghi

impedisce agli strati sottostanti di raffreddarsi ulteriormente e gelare, permettendo la vita nei fondali

� Se il ghiaccio non galleggiasse si accumulerebbe sul fondo, estendendosi verso la superficie fino a rendere gelata l'intera massa d'acqua

� Macrofite (piante acquatiche) con strutture di sostegno ridotte� Possibilità di sviluppo del PLANCTON

� Permette la vita sulla sua superficie

� Permette la vita sulla sua superficie

IL CICLO DELL’ACQUA

Evapotraspirazione

Precipitazione

Ruscellamento

Infiltrazione suolo

Atmosfera13.000 km3

0,001 %

Ghiacciai e poli 28.000.000 km3

2,15%

Acqua sotterranea8.064.000 km3

0,62 %

Acqua del suolo66.000 km3

0.005% Laghi e fiumi120.000 km3

1.200 km3

0,0091%Laghi salati e mari interni

0.009%

Mari e oceani

1.360.080 km3

97,2%

DISTRIBUZIONE DELL’ACQUAE' stato stimato che la quantità totale di acqua presente sul pianeta è pari a quasi 1400 milioni di km3, un valore davvero grande, che corrisponde a circa 250.000 milioni di litri per ogni abitante della Terra !

• Risorsa primaria del territorio (uso energetico, industriale, irriguo, idropotabile, ricreativo, …)• Sono ecosistemi con flora e fauna caratteristiche• Modificano il clima di un’area ed i microclimi locali (laghi)

ACQUE LENTICHELAGHI E INVASI ARTIFICIALI

ACQUE LOTICHECORSI D’ACQUA NATURALI ED ARTIFICIALI

FUNZIONI

LE ACQUE INTERNE SUPERFICIALI

LIMNOLOGIAÈ lo studio degli aspetti chimici,fisici, geografici e biologici cheinfluenzano la produttività e laqualità degli ecosistemi d’acquadolce ed in particolare dei laghi

I LAGHI ITALIANIIl sistema idrico italiano può essere diviso in 3 grandi bacini:• Bacino padano• Bacino appenninico-adriatico• Bacino appenninico-tirrenico

I principali laghi sono:Garda (370 km2); Maggiore (212 km2); Como (146 km2); Trasimeno (125 km2); Bolsena (115 km2); Iseo (62 km2); Bracciano (57 km2) Orta (18 km2); Varese (15 km2)

La Lombardia è la regione italiana più ricca di laghi, sia in termini di superficie (40%) che di volume (65%): 23 laghi naturali e 22 laghi artificiali con sup>0,5 kmq + ca 360 con sup>0,05 kmq

I laghi sono cavità del suolo all'interno delle quali si accumula l'acqua raccolta dal bacinoimbrifero. Tali cavità si possono essere prodotte nella crosta terrestre per svariati motivi.

I TIPI DI LAGO: ORIGINE

• Laghi tettonici: Tanganika, Niassa…• Laghi vulcanici: Bracciano, Bolsena…• Laghi di pianura• Laghi costieri• Laghi di frana• Laghi di cratere di meteorite• Laghi di terremoto• Laghi artificiali• Laghi di escavazione e di sbarramento da ghiacciaio. Costituiscono la

maggior parte dei bacini lacustri delle regioni montuose che sono, o sono state,interessate dal glacialismo. Tutti i laghi della Regione Alpina e Prealpina sono diorigine glaciale, dai grandi laghi profondi delle Prealpi (Lago Maggiore, L. diLugano, L. di Como, L. d'Iseo e L. di Garda) ai piccoli bacini d'alta quota (laghi dicirco, laghi in rocce montonate, laghi di doccia, ecc.), ai laghi morenici eintermorenici (ad esempio alcuni piccoli laghi della Regione Prealpina)

Circolare: laghi alpini (laghi morenici di circo) o vulcanici

Triangolare: sbarramento di un fiume ad opera di una frana o di una diga

Allungata - Irregolare : per escavazione fluviale e successivo rimodellamento adopera dei ghiacciai

LA FORMA DIPENDE DALL’ORIGINE. PUÒ ESSERE:

10

20

30

30

30

20

Emissario

Profondità:

10 m20 m30 m

0 m

Vista in sezione

I laghi poco profondi o con ampie zone litorali sono più produttivi di quelli profondi o con rive molto scoscese

I laghi con forma frastagliata (ampio sviluppo della linea di costa) sono più produttivi di quelli regolari

Forma della linea di costa

Batimetria

Le caratteristiche morfologiche (forma, area, profondità media e massima, volume totale) di un lago ne influenzano in modo significativo i processi fisici, chimici e biologici

CARATTERISTICHE MORFOLOGICHE

Immissario

Immissario

È l’area nella quale tutta l’acqua presente drena in ununico corpo idrico collettore

Le caratteristiche limnologiche del lago dipendono dalle caratteristiche del bacino:• topografia• geologia• fertilità del suolo ed erodibilità• copertura vegetale• utilizzo del suolo

BACINO IMBRIFERO

E’ il tempo necessario per il ricambio dell’intero volume d’acqua di un lago

TEMPO DI RICAMBIO

Portata emissario:600 l/s pari s

50.000 m3/giorno

Volume del lago:15*106 m3

TEMPO RICAMBIO TEORICO = VOLUME LAGO / PORTATA

EMISSARIO

Esempio: Tr = 15*106 m3:50.000 m3/giorno = 300 giorni

Il tempo di ricambio REALE dipende da molti altri fattori

(scambi con falda, evapotraspirazione, forma,

posizione immissari emissari, stratificazione) ed è sempre superiore a quello teorico

I laghi con un tempo di ricambio lentosono più produttivi di quelli con ricambio veloce e più sensibili all’inquinamento

AFFLUSSI

• emissari• evaporazione• perdite attraverso il terreno• utenza

DEFLUSSI

• precipitazione diretta• apporto degli immissari• acque sotterranee• ogni scarico puntiforme

BILANCIO ENTRATE-USCITE

FLUTTUAZIONI NEL VOLUME D’ACQUA ---> VARIAZIONI DI LIVELLO E EFFETTI SU:• rive soggette all’erosione da parte del moto ondoso e delle piogge• piante e animali che vivono nelle acque basse presso le rive• pesci che si riproducono nella zona litorale

VARIAZIONI DI LIVELLO DEL LAGO

Sono più forti e frequenti negli invasi artificiali (p.e. serbatoi ad uso idroelettrico)Creano effetti più pesanti quando le sponde sono aggradate, rispetto a quelle scoscese

-100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 oltre

Distanza fra transetti (m)

Dis

tanz

a da

lla r

iva

(cm

)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

-100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 oltre

Distanza fra transetti (m)

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(cm

)

050

100150200250300350400450500550600650700750800850900950

1000

0 3 6 9 12 15

TERMICA DEI LAGHIStessa temperatura, stessa densità quindi rimescolamento

Gradiente di temperatura e

quindi di densità tale da creare

strati che non comunicano

La stratificazione è inversa perché

lo strato superficiale è più freddo degli strati

sottostanti

Stessa temperatura, stessa densità quindi rimescolamento

Lago alpino: in alta quota, temperatura bassa e pergran parte dell’anno lo strato superficiale può addiritturaghiacciare.

Lago prealpino: zona collinare, temperatura più altarispetto a quella dei laghi alpini e per un breve periodo,durante l’inverno lo strato superficiale può ghiacciare.

Lago di pianura: zona di pianura, temperature piùalte e in genere profondità minori, per questo motivoraramente ghiaccia, a meno che le temperatureinvernali non siano particolarmente rigide.

TERMICA DEI LAGHIVaria a seconda dell’origine del lago

Classificazione in base alla termicaLago di tipo POLARE: temperatura sempre < 4°C; la piena circolazione non è mai presente perché lasuperficie è costantemente gelata. Si ha quindi stratificazione inversa permanente (AMITTICi)

Lago di tipo SUB-POLARE: breve periodo di acque prive di ghiaccio con temperature superiori ai 4°C insup. unico periodo estivo di isotermia (MONOMITTICI FREDDI).

Lago di tipo TEMPERATO: 2 periodi di isotermia: in primavera e in autunno (DIMITTICI).

Lago di tipo SUB-TROPICALE: la temperatura del fondo è sempre >4°C ma l’unico periodo di pienacircolazione è in inverno (MONOMITTICI CALDI)

Lago di tipo TROPICALE: l’intera massa D’ACQUA ha temperatura >4°C e non c’è evidente stratificazionetermica (ANISOMITTICI)

DIVERSITÀ NELLE CARATTERISTICHE MORFOLOGICHE E FISICHE (CALORE E LUCE)

ZONE DEL LAGO

DIFFERENZE DELLA STRUTTURA BIOLOGICA

STRUTTURA DEL LAGO

STRUTTURA DEL LAGO In un lago possiamo distinguere:STRATO EUFOTICO: comprende tutto lo specchio d'acqua fino a quella profondità alla quale arriva sufficiente radiazione solare permettere i processi fotosintetici. ZONA AFOTICA: in laghi sufficientemente profondi, dove la radiazione solare non giungesino alle massime profondità, abbiamo poi una ZONA AFOTICA dalla quale è esclusa la vita vegetaleZONA LITORALE: si sviluppa lungo tutta la linea di costa, delimitata al largo dalla stessa profondità cui arriva lo strato eufotico. Caratteristica di questa zona è l'insediamento delle piante acquatiche sommerse. ZONA PELAGICA: si estende al largo della zona litorale su tutta la restante superficie del lago conuno spessore uguale a quello dello strato eufotico.

A questa suddivisione per habitat si adatta, più o meno strettamente, una suddivisione degli organismi acquatici basata sulle caratteristiche fondamentali del loro comportamento o modo di vita.

Il PLANCTON è il complesso di organismi animali (zooplancton) e vegetali (fitoplancton) che vivono principalmente nella zona eufotica. Sono caratterizzati, in genere, da dimensioni microscopiche e non posseggono efficienti mezzi di locomozione;Il BENTHOS, cioè quella comunità assai complessa, sia da un punto di vista sistematico sia per gli adattamenti funzionali, che vive in stretto rapporto con i sedimenti di fondo. Possiamo così distinguere un benthos litorale, sublitorale, profondo e abissale;Il NECTON è costituito da tutti gli altri organismi animali che, come i pesci, sono in grado di compiere trasferimenti autonomi.

CARATTERISTICHE CHIMICHE DEL LAGO:L’OSSIGENO DISCIOLTO

Gli organismi acquatici respirano anch’essi ossigeno, utilizzando quello disciolto in acqua, molto meno abbondante che nell’atmosfera. Le acque prive di ossigeno sono dette ANOSSICHE e in esse non è possibile la vita animale.La disponibilità di ossigeno all’interno di un lago dipende dalle sue caratteristiche morfologiche (forma e profondità), termiche e chimiche; le acque del lago ricevono l’ossigeno dall’atmosfera sovrastante e dalla produzione fotosintetica (piante acquatiche e alghe) e lo consumano per effetto della respirazione degli organismi che ospitano (batteri, invertebrati, pesci…).

Concentrazione ottimale (mgO2/l)

Concentrazione minimaaccettabile (mgO2/l)

Specie ittiche

7-11 6 trota, sanguinerola, cobite...

5-7 5 temolo, pigo, barbo,

bottatrice...

5-6 4 triotto, scardola, cavedano...

5-6 1-2 carpa, tinca, pesce gatto...

TERMICA E OSSIGENO, DUE FATTORI VITALI

TERMICA E OSSIGENO, DUE FATTORI VITALIFasce di profondità idonee alla sopravvivenza dei Salmonidi nel Lago d’Endine in relazione all’andamento annuo di temperatura e ossigeno

RETE TROFICA LACUSTRE

ZOOPLANCTON:CONSUMATORI 1i

PESCI e UCCELLI ITTIOFAGI:CONSUMATORI 3i

DECOMPOSITORI (BATTERI E FUNGHI)C,N,P

ZOOPLANCTON: PREDATORI

MACROBENTHOS: CONSUMATORI 1i

PESCI BENTOFAGI:CONSUMATORI 2i

PESCI ZOOPLANCTONICI:CONSUMATORI 2i

FITOPLANCTON e MACROFITE:

PRODUTTORI 1i

MACROFITE(PIANTE ACQUATICHE)

SVOLGONO DIVERSI RUOLI:• Produzione primaria (rilevante nei

laghi poco profondi)

• Filtro• Stabilizzazione sponde• Rifugio pesci• Habitat riproduttivo

FITOPLANCTON (ALGHE MICROSCOPICHE)E’ costituito da organismi vegetali unicellulari o coloniali, con dimensioni di pochi millesimi di millimetro, chiamati comunemente alghe. Nei laghi profondi sono i principali produttori fotosintetici, delle vere e proprie «praterie lacustri», paragonati all’ecosistema terrestre.

La composizione e la quantità varia tra i diversi laghi e nell’arco delle stagioni, ed è fortemente connessa alle caratteristiche delle acque:È più abbondante e diversificato nei laghi EUTROFI, ricchi di nutrienti e produttivi, mentre è più scarso e povero di specie nei laghi OLIGOTROFI, scarsi di nutrienti e poco produttivi

Lo sviluppo del fitoplancton può determinare la colorazione e la trasparenza delle acque lacustri

ZOOPLANCTONE’ costituito da organismi animali unicellulari o pluricellulari, appartenenti a 3 gruppi principali:I PROTOZOI sono organismi unicellulari con dimensioni dell'ordine di poche decine o centinaia di millesimi di millimetro.I ROTIFERI sono animali pluricellulari che raramente raggiungono il mezzo millimetro. Il loro nome è dovuto al fatto che attorno alla bocca presentano una corona di "cilia" che, muovendosi vorticosamente serve per convogliare il cibo nella bocca, come organo di locomozione, e per rinnova l'acqua attorno al corpo dell'animale. I CROSTACEI distinguibili in due sottogruppi: CLADOCERI e COPEPODI. Essi costituiscono, nell‘ecosistema lago, i più importanti consumatori primari.

BENTHOSE’ costituito da organismi animali che vivono a stretto contatto del fondo, quali:OLIGOCHETI: comprendono i vermi che vivono infossati nei fondali a sedimento fine.MOLLUSCHI: comprendono i Gasteropodi(lumache d’acqua) e i Lamellibranchi (bivalvi) . CROSTACEI: come gli Asellidi e i Gammaridi o i Decapodi (gamberi).INSETTI: per esempio i Coleotteri acquatici, le larve di Libellula, le larve di Efemerotteri, di Chironomidae ecc.

EUTROFIZZAZIONE

ACIDIFICAZIONE

� Produttività biologica elevata e frequente crescita algale;

� Deficit di O2 nell’ipolimnio nel periodo di stratificazione termica;

� Ridotta biodiversità, crescita di piante acquatiche nella zona litorale;

� Acque con qualità non idonea ad usi pregiati della risorsa idrica.

Classe trofica Contenuto di nutrienti Capacità produttiva Capacità demolitoria

ultraoligotrofia Molto basso Bassa Completa

oligotrofia Basso Bassa Quasi completa

mesotrofia Medio Medio-alta Sufficiente

eutrofia Alto Alta Insufficiente

ipertrofia Elevatissimo Molto alta Decisamente insufficiente

CLASSI TROFICHE(Vollenweider, 1982)

USO DI COMBUSTIBILI FOSSILI PIOGGE ACIDE(acido nitrico e solforico)

ALTERAZIONE DELL’EQUILIBRIO IDROCHIMICO

FATTORI PERTURBATIVI

SedimentiSedimentiSedimentiSedimenti

NHNHNHNH++++4444 NHNHNHNH3333CHCHCHCH4444 SSSS2222----

ECCESSIVA SOSTANZA ECCESSIVA SOSTANZA ECCESSIVA SOSTANZA ECCESSIVA SOSTANZA

ORGANICA DA ORGANICA DA ORGANICA DA ORGANICA DA

DEGRADARE SUL DEGRADARE SUL DEGRADARE SUL DEGRADARE SUL

FONDOFONDOFONDOFONDO

CONSUMO CONSUMO CONSUMO CONSUMO

ECCESSIVO DI ECCESSIVO DI ECCESSIVO DI ECCESSIVO DI

OSSIGENOOSSIGENOOSSIGENOOSSIGENO

E CONDIZIONI E CONDIZIONI E CONDIZIONI E CONDIZIONI

RIDUCENTI NEGLI RIDUCENTI NEGLI RIDUCENTI NEGLI RIDUCENTI NEGLI

STRATI PROFONDISTRATI PROFONDISTRATI PROFONDISTRATI PROFONDI

AUMENTO AUMENTO AUMENTO AUMENTO

PRODUZIONE PRODUZIONE PRODUZIONE PRODUZIONE

PRIMARIAPRIMARIAPRIMARIAPRIMARIA

N e PN e PN e PN e P

AUMENTO AUMENTO AUMENTO AUMENTO

NUTRIENTI IN NUTRIENTI IN NUTRIENTI IN NUTRIENTI IN

INGRESSOINGRESSOINGRESSOINGRESSO

RILASCIO COMPOSTI RILASCIO COMPOSTI RILASCIO COMPOSTI RILASCIO COMPOSTI TOSSICITOSSICITOSSICITOSSICI

RILASCIO COMPOSTI RILASCIO COMPOSTI RILASCIO COMPOSTI RILASCIO COMPOSTI TOSSICITOSSICITOSSICITOSSICI

ANOSSIA IPOLIMNIOANOSSIA IPOLIMNIOANOSSIA IPOLIMNIOANOSSIA IPOLIMNIOO2 DISCIOLTO < 50%)O2 DISCIOLTO < 50%)O2 DISCIOLTO < 50%)O2 DISCIOLTO < 50%)ANOSSIA IPOLIMNIOANOSSIA IPOLIMNIOANOSSIA IPOLIMNIOANOSSIA IPOLIMNIOO2 DISCIOLTO < 50%)O2 DISCIOLTO < 50%)O2 DISCIOLTO < 50%)O2 DISCIOLTO < 50%)

AlgheAlgheAlgheAlghe

• Anossia del fondoAnossia del fondoAnossia del fondoAnossia del fondo

• Eccessiva deposizione Eccessiva deposizione Eccessiva deposizione Eccessiva deposizione sul fondo di sostanza sul fondo di sostanza sul fondo di sostanza sul fondo di sostanza organica da degradareorganica da degradareorganica da degradareorganica da degradare

• Eccessivo sviluppo macrofiteEccessivo sviluppo macrofiteEccessivo sviluppo macrofiteEccessivo sviluppo macrofite

• Elevata [nutrienti]Elevata [nutrienti]Elevata [nutrienti]Elevata [nutrienti]

• Blooms algaliBlooms algaliBlooms algaliBlooms algali

• Ridotta biodiversitàRidotta biodiversitàRidotta biodiversitàRidotta biodiversità

• Sostanze ridotte Sostanze ridotte Sostanze ridotte Sostanze ridotte tossichetossichetossichetossiche

• Presenza di SalmonidiPresenza di SalmonidiPresenza di SalmonidiPresenza di Salmonidi

• Bassa [nutrienti]Bassa [nutrienti]Bassa [nutrienti]Bassa [nutrienti]

• Popolamenti Popolamenti Popolamenti Popolamenti planctonici scarsiplanctonici scarsiplanctonici scarsiplanctonici scarsi

• Macrofite litorali ridotteMacrofite litorali ridotteMacrofite litorali ridotteMacrofite litorali ridotte• Basso consumo di OBasso consumo di OBasso consumo di OBasso consumo di O2222• Elevata [OElevata [OElevata [OElevata [O2222] ] ] ]

• Elevata biodiversitàElevata biodiversitàElevata biodiversitàElevata biodiversità

TTTTipo di lagoipo di lagoipo di lagoipo di lago Mesotrofo Mesotrofo Mesotrofo Mesotrofo

PPPPopolamento opolamento opolamento opolamento itticoitticoitticoittico

CiprinidiPercidi e Centrarchidi

Salmonidi

[O.D. ][O.D. ][O.D. ][O.D. ]ottottottott (mg/l)(mg/l)(mg/l)(mg/l)

7-115-75-65-6

[ O.D.] [ O.D.] [ O.D.] [ O.D.] minminminmin (mg/l)(mg/l)(mg/l)(mg/l)

6541-2

Specie ittica prevalenteSpecie ittica prevalenteSpecie ittica prevalenteSpecie ittica prevalente

trota, sanguinerola, lavarello..temolo, pigo, barbo, bottatrice..triotto, scardola, cavedano..carpa, tinca, pesce gatto..

Oligotrofo Oligotrofo Oligotrofo Oligotrofo Eutrofo Eutrofo Eutrofo Eutrofo

PPPProduzione roduzione roduzione roduzione ittica ittica ittica ittica (kg/ha*anno)(kg/ha*anno)(kg/ha*anno)(kg/ha*anno)

3-30 30-60 > 100

VVVValore alore alore alore commercialecommercialecommercialecommerciale

elevato buono scarso