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. Atmosfera Biosfera Idrosfera Geosfera sono costituite da un minerale chiamato dolomia, un carbonato di calcio e magnesio. Ecologia Agraria

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)] Avviene ad entrambe le scale, per la maggior parte degli scopi pratici il bilancio del carbonio e del flusso, non si considera la scala globale. 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. sono costituite da un minerale chiamato dolomia, un carbonato di calcio e magnesio. Ecologia Agraria

Il carbonio: ciclo    Ecologia Agraria

 Il carbonio nella biosfera 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 ATMOSFERA PIANTE ANIMALI RESPIRAZIONE DECOMPOSIZIONE FOTOSINTESI sono costituite da un minerale chiamato dolomia, un carbonato di calcio e magnesio. Ecologia Agraria

 Il carbonio nella biosfera 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 sono costituite da un minerale chiamato dolomia, un carbonato di calcio e magnesio. Ecologia Agraria

 Il carbonio nella biosfera La combustione di biomassa o combustibili fossili può trasferire anch’essa un sostanziale quantitativo di C nell’atmosfera, come CO2 sono costituite da un minerale chiamato dolomia, un carbonato di calcio e magnesio. Ecologia Agraria

 Il carbonio nel suolo Sostanza organica Humus 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 ] . Sostanza organica Humus sono costituite da un minerale chiamato dolomia, un carbonato di calcio e magnesio. Ecologia Agraria

 Il carbonio nel suolo 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 - lavorazioni conservative : minima lavorazione e semina su sodo. - riconversione a pascoli e foreste (ove possibile) Valori medi C-stock 0-30 cm (t/ha) Boschi di conifere: 89,8 Boschi di latifoglie e misti: 70,9 – 71,5 Praterie alpine e pascoli montani: 79,2 – 80,0 Prati e marcite di pianura: 64,7 Seminativi e legnose agrarie: 57,0 - mantenere il più possibile il suolo coperto - ammendanti (uso di letame o compost) - management residui vegetali  aumento della fertilità!  diminuzione della CO2 atmosferica! sono costituite da un minerale chiamato dolomia, un carbonato di calcio e magnesio. Ecologia Agraria

 Il carbonio nell’idrosfera 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 Nell’oceano il C acidifica l’acqua: ora il pH è a 8.07 e se la concentrazione di CO2 dovessa aumentare fino a 650 ppm nel 2100, il pH potrebbe diminuire di 0.3 ( aumento di H+ del 77%). Con difficoltà di formazione dei gusci degli organismi marini dato che il CaCO3 si può dissolverer in acqua. 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). sono costituite da un minerale chiamato dolomia, un carbonato di calcio e magnesio. Ecologia Agraria

 Effetti CO2 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.  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%. La velocità con cui l'anidride carbonica viene immessa nell'atmosfera dalla combustione dei materiali fossili di origine organica, è di gran lunga maggiore della velocità con cui le piante ancora oggi esistenti sul pianeta riescono ad assorbirla trasformandola in nuova biomassa mediante la fotosintesi: il ritorno all'atmosfera dell'anidride carbonica accumulatasi milioni di anni fa si risolve in un suo incremento nell'aria e in proporzionale aumento dell'effetto serra Ecologia Agraria

 Effetti CO2 Contributo relativo dei gas serra all'effetto serra (2004) CO2 1 CH4 21 CFC11 8500 CFC12 5000 HCFC–HFC 93  12100 SF6 23900 (1t SF6 = 23900t di CO2) SF6 = ESAFLUORURO DI ZOLFO CFC = CLOROFLUOROCARBURI HCFC = IDROCLOROFLUOROCARBURI 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 Ecologia Agraria

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).  Effetti CO2 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%). Dottorato di ricerca in Ecologia Agraria XXII Ciclo - Mattia Fumagalli

 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 800600 anni. Si deduce che sia un aumento di temperatura a far aumentare la CO2 , non il contrario. I ghiacci cosa dicono? Negli ultimi 420.000 anni si è avuto un susseguirsi di ere glaciali lunghe (ogni 100.000 anni) con altre intercalari più corte e più calde (10-20.000 anni). Secondo questo andamento ci troviamo in un’era interglaciale calda, 18.000 anni fa è terminata l’ultima era glaciale e probabilmente tra 10.000 anni ci sarà un’altra era glaciale Concentrazione di CO2 (ppm volume, grafico superiore) e temperatura della atmosfera (°C, grafico inferiore) durante gli ultimi 420.000 anni. Ecologia Agraria

 Effetti CO2 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.