venerdì 1 luglio 2011

IL CICLO DEL CARBONIO


Il carbonio è il principale componente della materia organica. Un ruolo importante nel ciclo del carbonio è svolto dagli organismi fotosintetici, infatti alla fissazione fotosintetica della CO2 è connessa anche la liberazione dell'ossigeno; inizialmente assente nell'atmosfera terrestre grazie a tale processo si è andato accumulando in concentrazioni sempre più elevate fino a raggiungere le concentrazioni attuali. I cicli di tutti gli elementi sono connessi al ciclo del carbonio e dell'ossigeno attraverso processi di riduzione e ossidazione. Il ciclo biogeochimico del carbonio coinvolge vari compartimenti del pianeta: atmosfera, idrosfera, biosfera, litosfera; quest'ultima prima che l'uomo iniziasse ad estrarre carbon fossile dava un contributo davvero minimo al ciclo del carbonio, in quanto i combustibili fossili, ora ampiamente utilizzati (in maniera indiscriminata), rappresentavano una riserva dormiente di carbonio.
 Il ciclo del carbonio è prevalentemente gassoso, infatti l'anidride carbonica rappresenta il principale veicolo di flusso tra i vari compartimenti. I processi biologici ed ecologici che determinano la circolazione del carbonio sono principalmente: fotosintesi, trasferimento del carbonio sottoforma di cibo dalle piante ai consumatori primari e da questi a quelli secondari, la respirazione cellulare sia di piante che di animali, decomposizione della materia organica morta.

Le riserve del carbonio maggiormante implicate nel processo sono 1) la riserva atmosferica, 2)le biomasse terrestri e marine, 3) i detriti organici del suolo; 4) la materia organica morta.
Tra i vari compartimenti della biosfera, la riserva atmosferica del carbonio è quella più piccola, ma di fondamentale importanza nel processo fotosintetico, le piante infatti utilizzano l'anidride carbonica assorbita dall'atmosfera. Il biossido di carbonio poi viene in parte reimmesso nell'atmosfera attraverso la respirazione delle piante e degli animali.  In assenza dell'essere umano le riserve di carbon fossile davano un contributo minimo al ciclo, lo scambio di carbonio tra la  litosfera e l'atmosfera era totalmente trascurabile, ma con l'estrazione de carbone e del petrolio e la loro continua combustione ha fatto si che l'uomo fosse il principale responsabile dell'immissione nell'atmosfera di una quantità abnormi di carbonio; infatti stiamo restituendo all'atmosfera gran parte del carbonio che era stato fissato in milioni di anni di fotosintesi. L'incremento spropositato ha avuto serie conseguenze sull'incremento dell'effetto serra.
L'idrosfera gioca un ruolo importante nel ciclo del carbonio; infatti buona parte del carbonio immesso nell'atmosfera tende ad essere assorbito dagli oceani che in questo modo svolgono una importante azione tampone. Nell'emisfero australe le variazioni stagionali di concentrazione del biossido di carbonio nell'aria sono minori di quelle dell'emisfero boreale, questo è dovuto principalmente agli scambi tra l'atmosfera e gli oceani. Il più importante fattore fisico di controllo è la temperatura. Nelle zone polari la solubilità del biossido di carbonio è maggiore, la formazione del ghiaccio fa aumentare la salinità dell'acqua e le masse d'acqua superficiali ricche di biossido di carbonio tendono a sprofondare. Nelle zone oceaniche di risalita (upwelling) in prossimità delle regioni tropicali, l'acqua si riscalda e la CO2 viene liberata. All'effetto latitudinale si va a sovrapporre quello stagionale, con il variare della temperatura vi saranno variazioni nella solubilità della CO2, con conseguente rilascio di quanità maggiori in estate e maggiore assorbimento in inverno. L'aumento di temperatura dovuto ad un incremento di CO2 nell'atmosfera determina aumento di temperatura delle acque con scomparsa dei ghiacciai e dei ghiacci invernali e conseguente riduzione dell'assorbimento della CO2 dall'atmosfera.
Altro componente importante nel ciclo dell'azoto è il metano. In condizioni anaerobiche alcuni batteri sono in grado di trasformare il carbonio organico e l'anidride carbonica in metano.

4CH3OH----|3CH4 + CO2 + 2H2O
CO2+ 4H2----| CH4 + 2H2O

Il metano viene prodotto in quantità elevate anche dai batteri intestinali dei bovini. E' un gas ad effetto serra e contribuisce al riscaldamento dell'atmosfera.
La concentrazione del metano nell'atmosfera rispetto a quella della CO2 è molto piccola, ma attualmente si sta guardando con attenzione l'aumento di concentrazione di tale composto per il suo effetto serra.
Inoltre nelle paludi e nei stagni dove si accumulano molti resti di animali e vegetali la sostanza organica non si deompone mai completamente e si accumula come humus o torba. Ciò fa si che la materia si decomponga molto lentamente (anche in tempi geologici). Non a caso l'accumulo di materia organica nelle paludi ha dato luogo a giacimenti di combustibile fossile.  Mentre negli ambienti acquatici la materia organica come gli esoscheletri sono decomposti molto lentamente e inglobati in sedimenti profondi. Ciò fa si che essi vengano "tolti" dal ciclo e reimessi in esso a distanza di molti anni. Altro gas di particolare interesse è il monossido di carbonio che sta aumentando notevolmente negli ultimi anni. Rispetto alla CO2 ha un effetto serra insignificante, ma è coinvolto nella sintesi dell'ozono attraverso le reazioni con i radicali OH. Le più importanti fonti di monossido di carbonio sono l'incendio di biomasse e l'utilizzo dei combustibili fossili.

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