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Ciclo del carbonio e

Cambiamenti climatici

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Un grande esperimento

iniziato 150 anni facon il Carbonio

Come andrà a finire ?

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Il cambiamento climatico

• Una storia iniziata 3 miliardi di anni fa

• L’uomo la sta accelerando (?)

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Evoluzione della vita

• Autotrofiriducenti

• Eterotrofiossidanti

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Batteri e carbonio

Fotosintesi H2S

crisi di CO2

Fermentazione

crisi di H2

Fotosintesi H2O

CO2

CO2

O2

101099 y y

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Batteri e carbonio

crisi di O2

Respirazione

O2

22..101099 y y

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Elementi chimici

• I nutrienti:

CNPSi

Fe

…

… e poi

O

S

non limitazione

C:Si:N:P = 106:15:16:1

(Redfield, 1934)

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La fotosintesi

6 CO2 + 6 H2 �O + energia C6H12O6 + 6 O2

1.1. Fissazione del carbonio (Ciclo di Calvin)Fissazione del carbonio (Ciclo di Calvin)

2.2. Sintesi del glucosioSintesi del glucosio

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Modelli di fotosintesi

P=PMAX

I

Ik

�1�[ I

Ik]2

dove P: tasso di fotosintesi [mgO2/g/h]

Ik: parametro di adattamento alla luce

P dipende anche da T (è reazione enzimatica) e da pH (per ciclo dei carbonati)

� � � �

� � � �2)5.6(

)20(

5.6

1

120

��

��

�

��

pH

MAX

TMAX

ePpHP

ePTP

�

��

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La respirazione

La respirazione cellulare permette di ricavare molecole energetiche (ATP) a partire da carboidrati, lipidi o altri metaboliti

C6H12O6 + x O2 � 38ATP+ aCO2+bH2O

Questo avviene in due fasi:

8. fase anaerobica o extramitocondriale (in assenza di O2)

9. fase aerobica o mitocondriale (in presenza di O2, ciclo di Krebs)

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respirazione – consumo

Degradazione di sostanza organica effettuata da microrganismi (BOD)

EnergiaeHOdHcHPObNHaCO

oridecompositORPNOHC

�����

��

���

2

2

442

116116253106 )(

Lkdt

dLd�� � �ZFPFLk

dt

dLZPd ������ �per laghi

�=fattore di conversione O2/C

Fi=tasso di mortalità

P=phytoplancton

Z=Zooplancton

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La fermentazione

processo ossidativo anaerobico

e.g. il lievito:

C6H12O6 � + 2 Pi + 2 ADP- 2 CH3CH2OH + 2 CO2 + 2 ATP

Glucosio Etanolo

(118 kJ/mol)

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Dove si trova il Carbonio ?

In che quantità ?

• Bilancio degli stocks

• Flussi e cicli

• Meccanismi di Controllo

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Le varie forme di C

(a) C inorganico nelle rocce (bicarbonati e

carbonati);

(b) C organico (materiale organico,e.g. nelle

piante);

(c) Gas carbonici, e.g. CO2, CH4, CO . 

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In che quantità ?

* In atmosfera, CO2 è 99.6% del totale,

i.e., la quantità di CH4 è relativamente piccola. 

109tClocalizzazione

65,000,000Rocce

39,000Oceani

1,580Suolo

610Piante terrestri

750Atmosfera*

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Flussi

(in 109 t C / yr)

Ocean uptake = 1.7   

Photosynthesis = 111 

Respiration = 110 

Fossil fuels = 6.3 

Biomass burning = 1.6 

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Bilancio di massa

(110 + 6.3 + 1.6) + (-111 -1.7) = 5.2 109 t C / yr

Ma dalle misure sappiamo che il delta reale è

3.2 109 t C / yr

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Meccanismi di controllo

1. Attività vulcanica

2. Degradazione delle rocce

3. Attività biologica

4. Impatti antropici

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CO2 in atmosfera e vulcani

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Degradazione delle rocce

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Attività umana

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Cambiamenti

climatici e Ciclo

del carbonio

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CO2 e temperatura

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Effetto serra

La concentrazione odierna ~370 ppm

In passato è stata molto maggiore

Perché preoccuparsi allora ?

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Acidification

pH medio alla superficie degli oceani

-0.3557.8242100

-0.2307.9492050

-0.0758.10410 anni fa - 1994

-8.179Pre-industriale - 1700s

�pHpHT

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Acidification

CO2 (aq) + H2O� H2CO3 � HCO3- + H+ CO32- + 2 H+

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Cambiamenti climatici

• Poiché gli organismi (e quindi la società

umana) non sono mai stati esposti a

cambiamenti così rapidi, non sappiamo

come risponderanno

• Saranno in grado di adattarsi abbastanza in

fretta per sopravvivere ?

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Possibili soluzioni

1. Riduzione delle emissioni di gas serra

2. Minimizzare la pressione antropica sugli ecosistemi

• Gestione degli impatti del cambiamento climatico (anticipazione e planning, short-term adjustments, long-term adaptations, e risk-sharing)

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Qual è il giusto prezzo ?

Emisions-Trading Scheme (ETS)

3. Gli scandinavi sono già “verdi”

4. Gli europei dell’est troppo poveri

5. I Belgi troppo piccoli

6. I Francesi troppo nucleari

……….e così via

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ETS

• Alle industrie più “sporche” vengono forniti

permessi (quote) di emissione di CO2

• Se vogliono inquinare di più devono

acquistarne

• Se inquinano di meno li possono vendere

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ETS

• Più alto il prezzo delle quote più forte

l’incentivo a ridurre le emissioni

• Le quote iniziali sono state regalate e non

vendute all’incanto (favorendo settori come

quello energetico)

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23 gennaio 2008

Riforma del sistema ETS, con compromessi:

DK, eolico

DE, solare

Energie rinnovabili, biocombustibili

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23 gennaio 2008

Obbiettivo:

1. riduzione delle emissioni di 1/5 entro il 2020

2. 20% dell’energia prodotta da fonti rinnovabili

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23 gennaio 2008

DK deve tagliare del 20% entro il 2020

BG e RO possono aumentare del 20%