CICLO DEL CARBONIO Marco Carozzi Sommario Il carbonio
CICLO DEL CARBONIO Marco Carozzi
Sommario • Il carbonio: forme, pool • Il ciclo • Il carbonio nella biosfera • Il carbonio nell’idrosfera • Carbonio nel suolo • CO 2 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; Atmosfera Biosfera Idrosfera Geosfera • Ogni comparto può essere sorgente o un consumo. • Le dinamiche di scambio sono regolate da processi chimici, fisici e biologici. 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 CO 2 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% 22% 3% 3% 1% Oceani e sedimenti (carbonati e bicarbonati) Torba e materiali fossili (carbone, petrolio, metano) Biomassa totale negli ecosistemi (piante e animali) Fitoplancton e materia organica negli oceani 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 CO 2 tra i due principali serbatoi: l’atmosfera e gli oceani. 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 CO 2 estratta dall’aria o dall’acqua in cui vivono ATMOSFERA FOTOSINTESI RESPIRAZIONE PIANTE DECOMPOSIZIONE ANIMALI Ecologia Agraria
Il carbonio nella biosfera FOTOSINTESI: da C inorganico a C organico 6 CO 2 + 6 H 2 O + Energia → C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 RESPIRAZIONE: da C organico a C inorganico C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 → 6 CO 2 + 6 H 2 O + Energia se non c’è ossigeno c’è FERMENTAZIONE C 6 H 12 O 6 → 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2 (alcolica) DECOMPOSIZIONE: da Corganico a C inorganico 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 CO 2 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 CO 2 pari al doppio delle auto presenti in Europa ]. 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 CO 2 atmosferica! 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 Ecologia Agraria
Effetti CO 2 • CO 2: la causa principale dell’effetto serra accelerato (dovuto alle attività umane). • Nei paesi industrializzati, la CO 2 costituisce oltre l’ 80% delle emissioni di gas ad effetto serra. • Aumenti dei gas serra: evidenti; le emissioni di CO 2 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
Effetti CO 2 • 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 CO 2 , presente in concentrazioni assai inferiori, è responsabile del 4. 2 – 4. 8%. Quindi vapore acqueo e CO 2 contribuiscono al 98. 4 – 99. 2% dell’effetto serra globale, mentre gli altri gas contribuiscono per lo 0. 8 – 1. 6%. Ecologia Agraria
Effetti CO 2 Contributo relativo dei gas serra all'effetto serra (2004) CO 2 CH 4 CFC 11 CFC 12 HCFC–HFC SF 6 1 21 8500 5000 93 12100 23900 (1 t SF 6 = 23900 t di CO 2) • 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 CO 2 nella stessa quantità Ecologia Agraria
Effetti CO 2 La maggior parte dei climatologi ritiene che l’aumento della CO 2 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 CO 2 in atmosfera ai livelli del 1990 (Europa – 8%). Dottorato di ricerca in Ecologia Agraria XXII Ciclo - Mattia Fumagalli
Effetti CO 2 Temperatura e CO 2 sono molto ben correlate, ma ad ogni incremento di temperatura, segue un incremento di CO 2 in un lasso di tempo di 800 600 anni. Si deduce che sia un aumento di temperatura a far aumentare la CO 2 , non il contrario. Concentrazione di CO 2 (ppm volume, grafico superiore) e temperatura della atmosfera (°C, grafico inferiore) durante gli ultimi 420. 000 anni. Ecologia Agraria
Effetti CO 2 Se la CO 2 continuasse ad aumentare: - insieme al corrispettivo aumento della temperatura, potrebbe portare benefici sulle produzioni agrarie, in quanto la CO 2 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.
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