Ciclo del carbonio e cambiamento climatico

IL CICLO DEL CARBONIO
SCONVOLTO DAL CAMBIAMENTO CLIMATICO
A cura di Martina CROCE
A.A: 2015-2016
L’idrogeno, l’ossigeno, l’elio ed il carbonio sono gli elementi più
abbondanti della nostra atmosfera; essi vengono riciclati attraverso le diversi
componenti del nostro pianeta, che sono biosfera, idrosfera, geosfera ed
atmosfera.
La terra può quindi essere definita come un pianeta “vivente”. L’elemento
che viene maggiormente riciclato è il carbonio ed il suo ciclo biogeochimico,
molto importante, è chiamato “ciclo del carbonio”. A causa delle sconsiderate
emissioni derivanti dalle attività umane, si sta avendo lo sconvolgimento di
questo ciclo, con conseguenze molto gravi e spesso irreparabili.
Il ciclo del carbonio
Il carbonio è l’elemento che fa da ossatura a ogni molecola biologica ed è
presente sul nostro pianeta in una quantità dell’ordine di migliaia di miliardi di
tonnellate. In natura il carbonio si trova in due forme: il carbonio organico ed il
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carbonio inorganico. Il carbonio organico è prodotto dagli organismi viventi e
può trovarsi legato ad altri carboni oppure ad altri elementi (come H, N, P). Il
carbonio inorganico invece è associato a componenti inorganiche, come per
esempio in CO₂ o CaCO₃. Il ciclo del carbonio è il ciclo biogeochimico
attraverso il quale il carbonio viene scambiato tra la geosfera (sedimenti e
combustibili fossili), l'idrosfera (mari e oceani), la biosfera (comprese le acque
dolci) e l'atmosfera della Terra.
Il carbonio nella biosfera
Circa 1500 miliardi di tonnellate di carbonio sono contenute nella biosfera ed
avvengono diversi processi che permettono al carbonio di passare anche nelle
altre componenti.
Uno dei processi che avviene è chiamato FOTOSINTESI ed ha bisogno
dell’energia solare.
CO2 + H2O + energia solare  CH2O + O2
Viene attuato dagli autotrofi, organismi che producono i composti organici,
utilizzando il biossido di carbonio (CO₂) tratto dall’aria o dall’acqua. La materia
organica è rappresentata da CH₂O (l’idrato di carbonio). Gli autotrofi più
importanti sono gli alberi sulla terraferma ed il fitoplancton negli oceani.
Il carbonio può lasciare la biosfera attraverso la RESPIRAZIONE, reazione
contraria alla fotosintesi. Possiamo avere due tipi di respirazione:
1) AEROBIA, avviene in presenza di ossigeno ed il monossido di
carbonio viene rilasciato nell’aria o nell’acqua, attraverso la reazione
CH2O + O2  CO2 + H2O
2) ANAEROBIA, avviene in assenza di ossigeno e viene rilasciato
metano che andrà nell’atmosfera, attraverso la reazione 4H2 + CO2 
CH4 + 2H2O
Un altro processo che avviene nella biosfera è quello della
FERMENTAZIONE, operata dagli organismi eterotrofi, i quali si nutrono di
organismi o parti di essi; l’assorbimento di materiale organico viene operato da
funghi e batteri. Vengono prodotti il metano e il biossido di carbonio attraverso
la reazione
CH₂O  CO₂ + CH₄
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Il carbonio nella geosfera
Il carbonio può anche lasciare la biosfera; quando la materia organica morta
sedimenta e viene ricoperta da altri depositi sedimentari, viene incorporata nella
geosfera.
Negli oceani, per esempio, le conchiglie composte da carbonato di calcio, si
trasformano in calcare attraverso il processo noto come sedimentazione. I mari
contengono circa 36.000 miliardi di tonnellate di carbonio, in gran parte sotto
forma di ione bicarbonato. Il carbonio è scambiato rapidamente tra atmosfera e
oceano. Nelle regioni oceaniche di upwelling, il carbonio viene rilasciato verso
l'atmosfera. Al contrario, nelle regioni di downwelling il trasferimento di
carbonio (CO2) avviene tra atmosfera e oceano. Quando esso è assorbito
dall'oceano avviene la formazione di acido carbonico:
CO2 + H2O ⇌ H2CO3
Questa reazione può avvenire in entrambe le direzioni, fino a raggiungere
l'equilibrio chimico. Un'altra importante reazione è il rilascio di ioni idrogeno e
bicarbonato:
H2CO3 ⇌ H+ + HCO3Effetti dell’aumento di CO₂
Il bilancio attuale del ciclo del carbonio, ci mostra come nell’atmosfera entri più
anidride carbonica di quella che esce. Gran parte delle emissioni dovute alle
attività umane non riescono a venire bilanciate dall'assorbimento naturale degli
oceani e degli ecosistemi terrestri (suoli e foreste). Allora che fine fanno i gas
serra che continuiamo a immettere in atmosfera? L’aumento di CO₂, gas serra,
porta inevitabilmente a delle conseguenze come l’aumento della temperatura
media globale.
Effetto serra:
L’effetto serra è un fenomeno senza il quale la vita non sarebbe possibile.
Questo processo consiste nel riscaldamento del pianeta per effetto della presenza
dei cosiddetti gas serra, come l’anidride carbonica, il metano ed in minor
quantità, il vapore acqueo. I gas serra sono molto importanti: agiscono come una
vera e propria serra, trattenendo una parte delle radiazioni solari che, una volta
entrate nell’atmosfera, rimbalzano sulla superficie terrestre per tornare nello
spazio. Grazie a loro, il calore viene trattenuto, permettendo lo sviluppo ed il
mantenimento delle forme di vita.
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L’effetto serra venutosi a creare per cause naturali non è pericoloso; se il nostro
pianeta non avesse nella composizione fisica della sua atmosfera una certa
componente di questi gas serra, la terra sarebbe un luogo freddo con una
temperatura di circa 14 gradi sottozero, al di sotto del punto di congelamento
dell’acqua. Grazie al naturale effetto serra, la temperatura media si aggira
attorno ai 18 gradi.
Conseguenze dell’effetto serra
L’aumento della temperatura media globale, diretta conseguenza dell’aumento
dei gas serra, porterebbe ad una serie di problematiche, alcune delle quali si
stanno già verificando. Tra i fenomeni di alterazione generati dal riscaldamento
climatico, genericamente chiamati “cambiamenti globali”, si possono
sottolineare: l’intensificazione di fenomeni meteorologici estremi, la tendenza
alla tropicalizzazione delle zone a clima temperato (come l’Italia, e quindi la
diffusione di fenomeni meteorologici tropicali quali tornado, precipitazione
piovose intensissime…), desertificazione, siccità, scioglimento dei ghiacci
(alpini e artici), innalzamento del livello dei mari (scomparsa di città come
Venezia) diffusione di specie non autoctone ed infestanti (nel mare e sulla
terraferma), diffusione di malattie tropicali in zone a clima temperato, ecc.
Situazione attuale
Negli ultimi decenni, l’effetto serra si è notevolmente intensificato a causa delle
attività umane che, generando enormi quantità aggiuntive di gas serra, hanno
provocato un rapido incremento della temperatura media del globo. L’uso di
fonti fossili come carbone, gas e petrolio, le attività industriali e la
deforestazione, hanno causato un’autentica impennata delle emissioni di questi
gas. L’anidride carbonica, in particolare è prodotta in tutti i fenomeni di
combustione utilizzati per le attività umane ed è la principale imputata del
riscaldamento globale. Gli scienziati misurano la concentrazione di anidride
carbonica (il gas serra che emettiamo maggiormente) già da vari anni e,
attraverso complesse indagini, sono riusciti a risalire anche alle concentrazioni
presenti milioni di anni fa. Disponendo dei dati possiamo allora indagare la
"storia" della concentrazione atmosferica di CO2, ovvero la sua evoluzione nel
corso del tempo per capire se è rimasta sempre costante oppure se è aumentata o
diminuita. Il rapporto del Joint Research Centre della Commissione Europea,
tramite il suo Institute for Environment e Sustainability (IES) e della
Netherlands Environmental Assessment Agency (PBL), dal titolo “”Trends in
Global CO2 emission: 2012 Report” ha fatto il punto sulla situazione delle
emissioni di anidride carbonica in atmosfera: il dato complessivo delle emissioni
di anidride carbonica riportato per il 2011 è certamente preoccupante.
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Dalla rivoluzione industriale (1760), i livelli dei gas serra sono aumentati in
modo esponenziale.
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Soluzioni al problema
Se le emissioni globali di CO2 fossero mantenute come in questi ultimi anni, le
concentrazioni atmosferiche raggiungerebbero un valore che è quasi il doppio di
quello pre-industriale.
Cosa è stato fatto
Il Protocollo di Kyoto è un accordo internazionale per contrastare il
riscaldamento climatico, fenomeno ambientale mai messo in dubbio della
scienza e di cui è assolutamente chiara e comprovata la responsabilità umana. E’
stato sottoscritto l’11 dicembre 1997 durante la Conferenza delle parti di Kyoto
(la COP3) ma è entrato in vigore solo il 16 febbraio 2005. Il Protocollo di Kyoto
impegnava i Paesi sottoscrittori (le Parti) ad una riduzione quantitativa delle
proprie emissioni di gas ad effetto rispetto ai propri livelli di emissione del 1990
(baseline), in percentuale diversa da Stato a Stato: per fare questo le Parti sono
tenute a realizzare un sistema nazionale di monitoraggio delle emissioni ed
assorbimenti di gas ad effetto serra da aggiornare annualmente. Il Protocollo di
Kyoto è stato un trattato importante, anche se si tratta solo di un primo passo,
insufficiente per contenere i cambiamenti climatici in atto. La Conferenza di
Copenhagen (2009) ha lasciato molta delusione, non riuscendo a raggiungere
alcun accordo. Anche la Conferenza di Cancun (2010), non è riuscita ad
organizzare una azione coordinata tra gli Stati nazionali per il contrasto al
cambiamento climatico, obiettivo che non è stato ottenuto neppure con la più
recente Conferenza di Durban (2011). Anche a Doha non sono stati raggiunti
accordi adeguati all’urgenza climatica. L’accordo sul clima approvato a Parigi
nel 2015, prevede che l’aumento della temperatura globale non debba superare i
2 gradi, che ci siano controlli ogni cinque anni, che vengano stanziati fondi per
l’energia pulita e, a differenza del protocollo di Kyoto, questa volta tutto il
mondo ha aderito, compresi i quattro paesi più inquinatori che sono, oltre
all’Europa, gli Stati Uniti, la Cina e l’India.
Cosa si deve fare
Qui sotto vengono illustrati quattro potenziali scenari futuri; tutto dipenderà
dalle decisione dei governi sulle politiche da adottare per ridurre le emissioni.
Una delle strategie che si dovrebbe adottare è quella della decarbonizzazione
insieme all’aumento dell’efficienza energetica. Al di là degli impegni nazionali,
la lotta contro il cambiamento è però uno sforzo che non deve lasciare
indifferente nessuno; i cittadini, le aziende, le realtà locali sono “soggetti
emettitori” e quindi moralmente chiamati ad intervenire. Per limitare le proprie
emissioni, limitando i propri consumi, e per compensare le “emissioni
inevitabili” legate alle proprie necessità di energia, beni e servizi, la prima cosa
da fare sarebbe quella di capire quali sono le nostre necessità vere,
oggettivamente indispensabili.
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Il Crocevia del Carbonio
L’IPCC (comitato Intergovernativo sui Cambiamenti Climatici) analizza quattro
potenziali scenati futuri che dipendono dalle decisioni dei governi sulla politiche
da adottare per ridurre le emissioni
Bibliografia
http://www.legambiente.it/temi/clima/effetto-serra
http://www.wwf.it/il_pianeta/cambiamenti_climatici/effetti_aumento_co2/
https://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_cycle
http://www.nonsoloaria.com/effser.htm
https://www.reteclima.it/il-cambiamento-climatico/
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