CICLO DEL CARBONIO

Marco Carozzi

Sommario

• Il carbonio: forme, pool

• Il ciclo

•Il carbonio nella biosfera

•Il carbonio nell’idosfera

• Carbonio nel suolo

• CO2 e effetto serra

Ecologia Agraria

Il carbonio: forme e pool

- Ha grande affinità a formare legami chimici con altri atomi

- E’ alla base di tutti i processi vitali organici

- Esistono oltre 10 milioni di composti del carbonio

-E’ di fondamentale importanza per le reazioni industriali di combustione

• Il ciclo del C è l’interscambio dinamico attraverso il quale il C viene

scambiato tra geosfera, l’idrosfera (mari e oceani), la biosfera (comprese

acque dolci) e l’atmosfera;

• Ogni comparto può essere sorgente o un consumo.

• Le dinamiche di scambio sono regolate da processi chimici, fisici e

biologici.

Ecologia Agraria

Atmosfera IdrosferaBiosfera Geosfera

Il carbonio: forme e pool

• Il ciclo del carbonio opera su due scale temporali:

• Scala bioclimatica (breve) il C è scambiato tra l’atmosfera, oceano

e organismi viventi e morti.

• Scala geologica (lunga) il C è rilasciato nell’atmosfera e

nell’oceano attraverso il degrado di rocce carbonacee (calcari). Il C

ritorna attraverso deposizione di sedimenti

[ L’uso di combustibile fossile stabilisce un legame tra le due scale.

Questo processo rilascia CO2 nell’atmosfera, aumentando la capacità di

questa di trattenere l’energia termica ricevuta dal sole (effetto serra)]

Ecologia Agraria

Il carbonio: forme e pool

•La quantità totale di carbonio presente sulla Terra, in forma organica e

inorganica, è pari a circa 50.000 Gt [ 1 Gt = 109 t ].

71% Oceani e sedimenti (carbonati e bicarbonati)

22% Torba e materiali fossili (carbone, petrolio, metano)

3% Biomassa totale negli ecosistemi (piante e animali)

3% Fitoplancton e materia organica negli oceani

1% Atmosfera

•Il ciclo del carbonio riguarda tutte le trasformazioni chimiche del C a livello

ambientale. Esse sono strettamente correlate fra loro a costituire un ciclo in

cui i prodotti di una reazione fanno da reagenti per la reazione successiva.

•Il ciclo si fonda in gran parte sullo scambio di CO2 tra i due principali

serbatoi: l’atmosfera e gli oceani.

Ecologia Agraria

Il carbonio: ciclo

Ecologia Agraria

()

•Nel ciclo del carbonio, il C passa dall’atmosfera alle piante, agli animali e

poi ai decompositori, quindi ritorna nell’atmosfera.

•Il C entra nella biosfera come prodotto degli organismi autotrofi che usano

la CO2 estratta dall’aria o dall’acqua in cui vivono

Ecologia Agraria

ATMOSFERA

PIANTE

ANIMALI

RESPIRAZIONE DECOMPOSIZIONE

FOTOSINTESI

Il carbonio nella biosfera

Ecologia Agraria

FOTOSINTESI: da C inorganico a C organico

6CO2 + 6H2O + Energia → C6H12O6 + 6O2

RESPIRAZIONE: da C organico a C inorganico

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Energia

se non c’è ossigeno c’è FERMENTAZIONE

C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2 (alcolica)

DECOMPOSIZIONE: da Corganico a C inorganico

Il carbonio nella biosfera

Ecologia Agraria

• La combustione di biomassa o combustibili fossili può trasferire

anch’essa un sostanziale quantitativo di C nell’atmosfera, come CO2

Il carbonio nella biosfera

Ecologia Agraria

-Sostanza organica e humus

- suolo svolge un ruolo fondamentale nel mitigare i cambiamenti climatici,

contiene il doppio del carbonio presente nell'atmosfera e 3 volte quello

dei vegetali.

- Il rilascio in atmosfera è determinato da deforestazione, lavorazioni

agricole con inversione degli strati (aratura), conversioni dei prati in

terreni coltivabili.

[la perdita dello 0.1% del carbonio di tutti i suoli europei emissioni di

CO2 pari al doppio delle auto presenti in Europa ] .

Il carbonio nel suolo

Ecologia Agraria

• l'obiettivo è quello di mantenere nel suolo la massima quantità di

carbonio, aumentando al contempo la capacità di assorbimento dei

terreni.

- salvaguardare le torbiere

- passare a lavorazioni conservative dei suoli: minima lavorazione

e semina su sodo.

- riconversione a pascoli e foreste (ove possibile)

- mantenere il più possibile il suolo coperto

- ammendanti (uso di letame o compost)

- management residui vegetali

aumento della fertilità!

diminuzione della CO2 atmosferica!

Il carbonio nella biosfera

Ecologia Agraria

•Gli oceani contengono la maggior parte di riserva di C presente sulla Terra,

in forma di bicarbonato, sebbene essa sia solo in piccola parte disponibile

all’interscambio con l’atmosfera.

• Il carbonio si trasferisce dalla biosfera alla geosfera quando la materia

organica morta sedimentata viene ricoperta da altri depositi sedimentari

Il carbonio nell’idrosfera

Ecologia Agraria

() Effetti CO2

•CO2: la causa principale dell’effetto serra accelerato (dovuto alle attività

umane).

•Nei paesi industrializzati, la CO2 costituisce oltre l’80% delle emissioni di

gas ad effetto serra.

• Aumenti dei gas

serra: evidenti; le

emissioni di CO2 sono

aumentate da 280 ppm

dell’era pre-industriale a

388 ppm (agosto 2010)

con un tasso di crescita

elevato (1.5 ppm/anno).

Ecologia Agraria

• E’ presente negli strati più bassi dell'atmosfera

• La sua concentrazione dipende prevalentemente dall'attività degli

organismi vegetali ed animali: alle nostre latitudini è maggiore d’inverno e

minore d’estate, così come è più alta di notte e più bassa di giorno.

() Effetti CO2

Tra i gas serra il vapore acqueo è il più

attivo, contribuendo per il 90 – 95% al

riscaldamento complessivo (30 - 31 dei

33°C), la CO2 , presente in concentrazioni

assai inferiori, è responsabile del 4.2 – 4.8%.

Quindi vapore acqueo e CO2 contribuiscono al

98.4 – 99.2% dell’effetto serra globale, mentre

gli altri gas contribuiscono per lo 0.8 – 1.6%.

Ecologia Agraria

() Effetti CO2

Contributo relativo dei

gas serra all'effetto

serra (2004)

• GWP (Global Worming Potential): per definire l’apporto di ogni gas serra al

riscaldamento globale si è concepito il GWP che è il rapporto tra il

riscaldamento globale causato in 100 anni da una sostanza e quello della CO2

nella stessa quantità

CO2 1

CH4 21

CFC11 8500

CFC12 5000

HCFC–HFC 93 12100

SF6 23900 (1t SF6 = 23900t di CO2)

Dottorato di ricerca in Ecologia Agraria XXII Ciclo - Mattia Fumagalli

La maggior parte dei climatologi ritiene che l’aumento della CO2 sia

causato principalmente dalla attività umana e quindi questo provocherà un

crescente effetto serra che avrà ripercussioni catastrofiche sul clima

(ghiacciai, oceani, desertificazione, uragani).

Per questo è stato proposto nel

1997 dall’IPPC

(Intergovernamental Panel on

Climate Change), un protocollo

(Protocollo di Kyoto) con il

quale i paesi industrializzati si

impegnano dal 2005 al 2012 a

ridurre significativamente le

immissioni di CO2 in atmosfera

ai livelli del 1990 (Europa –

8%).

() Effetti CO2

Temperatura e CO2 sono

molto ben correlate, ma ad

ogni incremento di

temperatura, segue un

incremento di CO2 in un

lasso di tempo di 800600

anni.

Si deduce che sia un

aumento di temperatura a

far aumentare la CO2 , non

il contrario.

Concentrazione di CO2 (ppm volume, grafico superiore) e temperatura della atmosfera (°C, grafico inferiore) durante gli ultimi 420.000 anni.

() Effetti CO2

Ecologia Agraria

Se la CO2 continuasse ad aumentare:

- insieme al corrispettivo aumento della temperatura, potrebbe portare

benefici sulle produzioni agrarie, in quanto la CO2 porterebbe ad una

maggior attività fotosintetica, probabilmente non supportata dalla

disponibilità idrica.

- l’ambiente subirebbe un aumento delle precipitazioni stagionali e

dell’erosione, con diminuzione dei ghiacciai con un aumento del livello dei

mari, una diminuzione della Corrente del Golfo e un’estesa desertificazione.

() Effetti CO2