CICLO DEL CARBONIO

Marco Carozzi

Sommario

• Il carbonio: forme, pool

• Il ciclo

•Il carbonio nella biosfera

•Il carbonio nell’idrosfera

• 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

AtmosferaAtmosfera IdrosferaIdrosferaBiosferaBiosfera GeosferaGeosfera

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 oceani1% 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

ATMOSFERAATMOSFERA

PIANTEPIANTE

ANIMALIANIMALI

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

equilibrio dettato da processi di umificazione e mineralizzazione

- Il 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

Sostanza organica Humus

Ecologia Agraria

Il carbonio nel suolo

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