Biologia Tropicale

La barriera corallina è una formazione tipica dei mari e oceani tropicali, composta da formazioni rocciose sottomarine biogeniche costituite e accresciute dalla sedimentazione degli scheletri calcarei dei coralli, animali polipoidi facenti parte della classe Anthozoa, phylum Cnidaria. Per questo le barriere sono uno degli organismi più importanti per la biodiversità. Il termine si riferisce in genere alla barriera corallina di acque basse, habitat ad alto irraggiamento solare tipico dei mari tropicali, ma esistono biocostruzioni analoghe anche in acque a bassa penetrazione della luce (cosiddetta barriera corallina mesofotica) o in condizioni di assenza di luce (barriera corallina di acque profonde). Questo tipo di ambiente è unico in quanto le barriere hanno creato delle isole e delle lagune in mari profondi, modificando sia il fondo sia le coste (ricoperte di sabbia finissima, frutto dell'erosione marina sui coralli e dell'azione di alcuni pesci che si cibano dei polipi). La barriera corallina fa parte di una piattaforma carbonatica, e generalmente ne costituisce la fascia marginale verso mare. Verso terra è spesso (ma non necessariamente) separata dalla costa da lagune molto alte. Nonostante le barriere coralline occupino solo lo 0,1% del fondo oceanico della Terra, supportano il 25% di tutte le specie marine del nostro pianeta.

Nell'immaginario collettivo e non solo, le barriere coralline rappresentano un mondo sommerso variopinto e altamente ricco in biodiversità. Le caratteristiche uniche dell'habitat che si crea a ridosso dei reefs (altro modo, anglosassone, per riferirsi alle barriere) sono dovute alla presenza dei coralli stessi che offrono riparo e protezione a migliaia di specie di pesci, crostacei, molluschi ed echinodermi. La parte superiore delle barriere coralline, termine oggi riservato esclusivamente a quelle di maggiori dimensioni e poste lontano dalla costa (Grande Barriera australiana, Belize, ecc), fino a 5 m di profondità, è un ambiente ad alto o altissimo irraggiamento solare. Pochi cm al di sotto della superficie dell'acqua si possono raggiungere i 100000 lux. Ma già a 50 cm di profondità, la quantità di luce si dimezza, attestandosi intorno ai 50000–70000 lux nella fascia dei 3–5 m. La luce è il “carburante” della barriera, in quanto viene catturata dai pigmenti fotosintetici delle zooxantelle, le alghe (genere Symbiodinium) che vivono in strettissima simbiosi con i coralli, detti per questo zooxantellati, all'interno dei loro tessuti, stimolandone la crescita fornendo zuccheri e ossigeno e favorendo la costruzione dei loro scheletri calcarei. A questa grande quantità di luce in natura si aggiunge un notevole idrodinamismo (movimento dell'acqua), percentuali bassissime di nutrienti in soluzione e una buona quantità di plancton.

FORMAZIONE

La maggior parte delle barriere coralline si è formata dopo l'ultimo periodo glaciale, quando lo scioglimento del ghiaccio ha causato l'innalzamento del livello del mare e l'allagamento delle piattaforme continentali. La maggior parte delle barriere coralline ha meno di 10.000 anni. Quando le comunità si sono stabilite, le barriere coralline sono cresciute verso l'alto, stimolando l'innalzamento del livello del mare. Le barriere coralline che si alzavano troppo lentamente potrebbero annegare, senza luce sufficiente. Le barriere coralline si trovano nel mare profondo lontano dalle piattaforme continentali, intorno alle isole oceaniche e agli atolli. La maggior parte di queste isole è di origine vulcanica. Altri hanno origini tettoniche in cui i movimenti delle placche hanno sollevato il fondo oceanico profondo. In The Structure and Distribution of Coral Reefs, Charles Darwin espose la sua teoria sulla formazione delle barriere coralline, un'idea che concepì durante il viaggio del Beagle. Ha teorizzato che il sollevamento e il cedimento della crosta terrestre sotto gli oceani formassero gli atolli. Darwin ha stabilito una sequenza di tre fasi nella formazione dell'atollo. Una barriera corallina si forma intorno a un'isola vulcanica estinta mentre l'isola e il fondo dell'oceano si abbassano. Mentre la subsidenza continua, la barriera corallina diventa una barriera corallina e infine un atollo. Darwin predisse che sotto ogni laguna ci sarebbe stata una base rocciosa, i resti del vulcano originale. Ricerche successive hanno supportato questa ipotesi. La teoria di Darwin derivava dalla sua comprensione che i polipi corallini prosperano ai tropici dove l'acqua è agitata, ma possono vivere solo entro un intervallo di profondità limitato, a partire appena sotto la bassa marea. Laddove il livello della terra sottostante lo consente, i coralli crescono intorno alla costa per formare barriere coralline e alla fine possono crescere fino a diventare una barriera corallina. Una barriera corallina può impiegare diecimila anni per formarsi e un atollo può impiegare fino a 30 milioni di anni. Dove il fondale sta salendo, intorno alla costa possono crescere barriere coralline, ma il corallo sollevato sopra il livello del mare muore. Se la terra si abbassa lentamente, le barriere coralline tengono il passo crescendo verso l'alto su una base di corallo morto più vecchio, formando una barriera corallina che racchiude una laguna tra la barriera corallina e la terraferma. Una barriera corallina può circondare un'isola, e una volta che l'isola affonda sotto il livello del mare, un atollo approssimativamente circolare di coralli in crescita continua a stare al passo con il livello del mare, formando una laguna centrale. Le barriere coralline e gli atolli di solito non formano cerchi completi ma sono rotti in alcuni punti dalle tempeste. Come l'innalzamento del livello del mare, un fondale che si abbassa rapidamente può sopraffare la crescita dei coralli, uccidendo il corallo e la barriera corallina, a causa di quello che viene chiamato annegamento dei coralli. I coralli che si affidano alle zooxantelle possono morire quando l'acqua diventa troppo profonda perché i loro simbionti possano fotosintetizzare adeguatamente, a causa della ridotta esposizione alla luce. Le due principali variabili che determinano la geomorfologia, o forma, delle barriere coralline sono la natura del substrato su cui poggiano e la storia del cambiamento del livello del mare rispetto a quel substrato. La Grande Barriera Corallina, vecchia di circa 20.000 anni, offre un esempio di come le barriere coralline si siano formate sulle piattaforme continentali. Il livello del mare era quindi 120 m (390 piedi) più basso rispetto al XXI secolo. Quando il livello del mare si è alzato, l'acqua e i coralli hanno invaso quelle che erano state le colline della pianura costiera australiana. Entro 13.000 anni fa, il livello del mare era salito a 60 m (200 piedi) più basso di quello attuale e molte colline delle pianure costiere erano diventate isole continentali. Con il continuo innalzamento del livello del mare, l'acqua ha superato la maggior parte delle isole continentali. I coralli potrebbero quindi invadere le colline, formando banchi e scogliere. Il livello del mare sulla Grande Barriera Corallina non è cambiato significativamente negli ultimi 6000 anni. L'età della struttura vivente della barriera corallina è stimata tra i 6.000 e gli 8.000 anni. Sebbene la Grande Barriera Corallina si sia formata lungo una piattaforma continentale e non intorno a un'isola vulcanica, si applicano i principi di Darwin. Lo sviluppo si è fermato allo stadio della barriera corallina, poiché l'Australia non sta per sommergersi. Ha formato la barriera corallina più grande del mondo, 300-1.000 m (980-3.280 piedi) dalla costa, che si estende per 2.000 km (1.200 mi). Le barriere coralline tropicali sane crescono orizzontalmente da 1 a 3 cm (da 0,39 a 1,18 pollici) all'anno e crescono verticalmente ovunque da 1 a 25 cm (da 0,39 a 9,84 pollici) all'anno; tuttavia, crescono solo a profondità inferiori a 150 m (490 piedi) a causa del loro bisogno di luce solare e non possono crescere sopra il livello del mare.

MATERIALI

Come suggerisce il nome, le barriere coralline sono costituite da scheletri di corallo provenienti da colonie di corallo per lo più intatte. Man mano che altri elementi chimici presenti nei coralli vengono incorporati nei depositi di carbonato di calcio, si forma l'aragonite. Tuttavia, frammenti di conchiglie e resti di alghe coralline come il genere segmentato verde Halimeda possono aumentare la capacità della barriera corallina di resistere ai danni delle tempeste e di altre minacce. Tali miscele sono visibili in strutture come l'atollo di Eniwetok.

TIPOLOGIA

Dall'identificazione da parte di Darwin delle tre formazioni di barriera classica - la barriera corallina attorno a un'isola vulcanica che diventa una barriera corallina e poi un atollo - gli scienziati hanno identificato ulteriori tipi di barriera corallina. Mentre alcune fonti ne trovano solo tre, Thomas e Goudie elencano quattro "tipi principali di barriera corallina su larga scala" - la barriera corallina, la barriera corallina, l'atollo e la barriera corallina - mentre Spalding et al. elenca cinque "tipi principali" - la barriera corallina, la barriera corallina, l'atollo, la "banca o piattaforma reef" e la barriera corallina.

1. Barriera corallina marginale - Fringing Reef

2. Barriera corallina - Barrier Reef

3. Barriera corallina - Platform Reef

4. Barriera corallina - Atolli

CORALLI

Zooxantelle

I polipi dei coralli non fotosintetizzano, ma hanno una relazione simbiotica con alghe microscopiche (dinoflagellati) del genere Symbiodinium, comunemente chiamate zooxantelle. Questi organismi vivono all'interno dei tessuti dei polipi e forniscono nutrienti organici che nutrono il polipo sotto forma di glucosio, glicerolo e amminoacidi. A causa di questa relazione, le barriere coralline crescono molto più velocemente in acque limpide, che ammettono più luce solare. Senza i loro simbionti, la crescita dei coralli sarebbe troppo lenta per formare significative strutture di barriera. I coralli ottengono fino al 90% dei loro nutrienti dai loro simbionti. In cambio, come esempio di mutualismo, i coralli riparano le zooxantelle, in media un milione per ogni centimetro cubo di corallo, e forniscono un apporto costante di anidride carbonica di cui hanno bisogno per la fotosintesi. I pigmenti variabili nelle diverse specie di zooxantelle conferiscono loro un aspetto complessivamente marrone o marrone dorato e conferiscono ai coralli marroni i loro colori. Altri pigmenti come rossi, blu, verdi, ecc. provengono da proteine colorate prodotte dagli animali corallini. Il corallo che perde una grande frazione delle sue zooxantelle diventa bianco (o talvolta sfumature pastello nei coralli pigmentati con le proprie proteine) e si dice che sia sbiancato, una condizione che, se non corretta, può uccidere il corallo. Ci sono otto cladi di filotipi Symbiodinium. La maggior parte delle ricerche è stata condotta sui cladi A-D. Ogni clade contribuisce con i propri benefici e attributi meno compatibili alla sopravvivenza dei loro ospiti corallini. Ogni organismo fotosintetico ha un livello specifico di sensibilità al fotodanneggiamento ai composti necessari per la sopravvivenza, come le proteine. I tassi di rigenerazione e replicazione determinano la capacità dell'organismo di sopravvivere. Il filotipo A si trova maggiormente nelle acque poco profonde. È in grado di produrre amminoacidi simili alle micosporine resistenti ai raggi UV, utilizzando un derivato della glicerina per assorbire la radiazione UV e permettendo loro di adattarsi meglio alle temperature dell'acqua più calde. In caso di danni ai raggi UV o termici, se e quando si verifica la riparazione, aumenterà la probabilità di sopravvivenza dell'ospite e del simbionte. Questo porta all'idea che, evolutivamente, il clade A è più resistente ai raggi UV e termicamente rispetto agli altri clade. Le cladi B e C si trovano più frequentemente in acque più profonde, il che potrebbe spiegare la loro maggiore vulnerabilità all'aumento delle temperature. Le piante terrestri che ricevono meno luce solare perché si trovano nel sottobosco sono analoghe ai cladi B, C e D. Poiché i cladi da B a D si trovano a profondità più profonde, richiedono un elevato tasso di assorbimento della luce per essere in grado di sintetizzare tanta energia . Con elevati tassi di assorbimento alle lunghezze d'onda UV, questi filotipi sono più inclini allo sbiancamento dei coralli rispetto al clade A poco profondo. È stato osservato che il clade D è tollerante alle alte temperature e ha un tasso di sopravvivenza più elevato rispetto ai cladi B e C durante i moderni eventi di sbiancamento.

Scheletro

Le barriere coralline crescono mentre i polipi e altri organismi depositano carbonato di calcio, la base del corallo, come struttura scheletrica sotto e intorno a se stessi, spingendo la sommità della testa del corallo verso l'alto e verso l'esterno. Onde, pesci al pascolo (come i pesci pappagallo), ricci di mare, spugne e altre forze e organismi agiscono come bioerodori, scomponendo gli scheletri dei coralli in frammenti che si depositano negli spazi nella struttura della barriera corallina o formano fondali sabbiosi nelle lagune di barriera associate. Le forme tipiche delle specie di corallo prendono il nome dalla loro somiglianza con oggetti terrestri come cervelli rugosi, cavoli, piani di tavoli, corna, fili e pilastri. Queste forme possono dipendere dalla storia della vita del corallo, come l'esposizione alla luce e l'azione delle onde, e da eventi come le rotture.

BIODIVERSITA'

Le barriere coralline formano alcuni degli ecosistemi più produttivi del mondo, fornendo habitat marini complessi e vari che supportano un'ampia gamma di altri organismi. Le barriere coralline appena sotto il livello della bassa marea hanno una relazione reciprocamente vantaggiosa con le foreste di mangrovie ad alta marea e le praterie di alghe in mezzo: le scogliere proteggono le mangrovie e le alghe da forti correnti e onde che le danneggerebbero o eroderebbero i sedimenti in cui si trovano radicate, mentre le mangrovie e le alghe proteggono il corallo dai grandi afflussi di limo, acqua dolce e inquinanti. Questo livello di varietà nell'ambiente avvantaggia molti animali della barriera corallina, che, ad esempio, possono nutrirsi dell'erba marina e utilizzare le barriere coralline per la protezione o la riproduzione. Le barriere coralline ospitano una varietà di animali, tra cui pesci, uccelli marini, spugne, cnidari (che includono alcuni tipi di coralli e meduse), vermi, crostacei (compresi gamberetti, gamberetti puliti, aragoste e granchi), molluschi (compresi i cefalopodi), echinodermi (tra cui stelle marine, ricci di mare e cetrioli di mare), ascidie, tartarughe marine e serpenti di mare. A parte gli esseri umani, i mammiferi sono rari sulle barriere coralline, con l'eccezione principale di cetacei in visita come i delfini. Alcune specie si nutrono direttamente di coralli, mentre altre pascolano di alghe sulla barriera corallina. La biomassa della barriera corallina è positivamente correlata alla diversità delle specie. Gli stessi nascondigli in una barriera corallina possono essere regolarmente abitati da specie diverse in momenti diversi della giornata. I predatori notturni come il pesce cardinale e il pesce scoiattolo si nascondono durante il giorno, mentre castagnole, pesci chirurgo, pesci balestra, labri e pesci pappagallo si nascondono da anguille e squali. Il gran numero e la diversità dei nascondigli nelle barriere coralline, cioè i rifugi, sono il fattore più importante che causa la grande diversità e l'elevata biomassa degli organismi nelle barriere coralline.

ECOSISTEMA

Le barriere coralline forniscono servizi ecosistemici al turismo, alla pesca e alla protezione delle coste. Il valore economico globale delle barriere coralline è stato stimato tra i 29,8 miliardi di dollari e i 375 miliardi di dollari all'anno. Circa 500 milioni di persone beneficiano dei servizi ecosistemici forniti dalle barriere coralline. Il costo economico della distruzione di un chilometro di barriera corallina in un periodo di 25 anni è stato stimato tra i 137.000 e i 1.200.000 dollari. Per migliorare la gestione delle barriere coralline costiere, il World Resources Institute (WRI) ha sviluppato e pubblicato strumenti per calcolare il valore del turismo correlato alla barriera corallina, della protezione delle coste e della pesca, in collaborazione con cinque paesi dei Caraibi. Ad aprile 2011, i documenti di lavoro pubblicati riguardavano St. Lucia, Tobago, Belize e Repubblica Dominicana. Il WRI stava "assicurandosi che i risultati dello studio supportassero il miglioramento delle politiche costiere e della pianificazione della gestione". Lo studio del Belize ha stimato il valore dei servizi di barriera corallina e mangrovie a $ 395-559 milioni all'anno. Secondo Sarkis et al (2010), le barriere coralline delle Bermuda forniscono vantaggi economici all'isola per un valore medio di $ 722 milioni all'anno, sulla base di sei servizi ecosistemici chiave. Le barriere coralline proteggono le coste assorbendo l'energia delle onde e molte piccole isole non esisterebbero senza le barriere coralline. Le barriere coralline possono ridurre l'energia delle onde del 97%, contribuendo a prevenire la perdita di vite umane e danni alle proprietà. Le coste protette dalle barriere coralline sono anche più stabili in termini di erosione rispetto a quelle che ne sono prive. I reef possono attenuare le onde così come o meglio delle strutture artificiali progettate per la difesa costiera come i frangiflutti. Si stima che 197 milioni di persone che vivono sia a un'altitudine inferiore a 10 m che entro 50 km da una barriera corallina potrebbero ricevere benefici di riduzione del rischio dalle barriere. Il ripristino delle barriere coralline è significativamente più economico rispetto alla costruzione di frangiflutti artificiali in ambienti tropicali. I danni attesi dalle inondazioni raddoppierebbero e i costi derivanti da frequenti tempeste triplicherebbero senza il metro più alto di scogliere. Per eventi di tempesta di 100 anni, i danni delle inondazioni aumenterebbero del 91% a 272 miliardi di dollari senza il misuratore più alto. Circa sei milioni di tonnellate di pesce vengono prelevate ogni anno dalle barriere coralline. Le barriere coralline ben gestite hanno una resa media annua di 15 tonnellate di frutti di mare per chilometro quadrato. La sola pesca della barriera corallina del sud-est asiatico produce circa 2,4 miliardi di dollari all'anno dai frutti di mare.

PERICOLI PER L'ECOSISTEMA

Purtroppo questi ecosistemi sono molto fragili e sono minacciati, direttamente o indirettamente, dall'attività umana.[1] Pesca a strascico e ancore possono danneggiarle significativamente, mentre l'uso indiscriminato (fortunatamente bandito anni fa) del veleno per stordire i pesci e il commercio in acquariofilia ha causato in alcune zone una morìa a macchia di leopardo dei polipi che si trovavano nella zona. È recente l'allarme degli scienziati riguardo alle barriere coralline presenti nell'Oceano Indiano: qui più di ogni altra parte si registra un aumento delle temperature[1] specialmente nelle aree interessate dal fenomeno di El Niño come le isole Seychelles, presso le quali si è osservata nel 1998, in concomitanza al fenomeno meteorologico, la perdita del 90% dei coralli. Una previsione conservativa è quella di alcuni scienziati dell'Università Australiana del Queensland, che prevedono la morte della Grande Barriera Corallina entro 50 anni a causa dell'innalzamento delle temperature medie dell'acqua (previsti incrementi da 2 a 6 °C). Uno dei problemi delle barriere coralline è il tempo che i coralli impiegano per riprendersi dai danni, infatti molti di esse crescono pochi centimetri l'anno. Alcuni ricercatori hanno trovato un modo per riparare le barriere: i coralli per ricrearsi devono essere attaccati a uno substrato solido e devono ricevere un flusso d'acqua continuo, in questo modo i ricercatori hanno costruito dei piccoli telai in acciaio a cui erano attaccati i frammenti di coralli vivi. Questi telai in acciaio, detti stelle della barriera corallina, hanno portato ad un aumento della crescita dei coralli.