CICLO DEL CARBONIO. Marco Carozzi

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Costantino Brunetti
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1 CICLO DEL CARBONIO Marco Carozzi

2 Sommario Il carbonio: forme, pool Il ciclo Il carbonio nella biosfera Il carbonio nell idosfera Carbonio nel suolo CO 2 e effetto serra

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

3 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.

4 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)]

5 Il carbonio: forme e pool La quantità totale di carbonio presente sulla Terra, in forma organica e inorganica, è pari a circa Gt [ 1 Gt = 10 9 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 CO 2 tra i due principali serbatoi: l atmosfera e gli oceani.

6 Il carbonio: ciclo ( )

Il carbonio nella biosfera Nel ciclo del carbonio, il C

decompositori, quindi ritorna nell atmosfera.

autotrofi che usano la CO 2 estratta dall aria o dall

7 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

Il carbonio nella biosfera FOTOSINTESI: da C inorganico a C organico 6CO 2 + 6H 2 O + Energia C 6 H 12 O 6 + 6O 2 RESPIRAZIONE: da C organico a C inorganico C 6 H

8 Il carbonio nella biosfera FOTOSINTESI: da C inorganico a C organico 6CO 2 + 6H 2 O + Energia C 6 H 12 O 6 + 6O 2 RESPIRAZIONE: da C organico a C inorganico C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 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

9 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

10 Il carbonio nel suolo -Sostanza organica e humus - 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 ].

11 Il carbonio nella biosfera 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 - passare a lavorazioni conservative dei suoli: minima lavorazione e semina su sodo. - riconversione a pascoli e foreste (ove possibile) - mantenere il più possibile il suolo coperto - ammendanti (uso di letame o compost) - management residui vegetali aumento della fertilità! diminuzione della CO 2 atmosferica!

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

12 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

13 ( ) 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).

( ) 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

14 ( ) 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 %. Quindi vapore acqueo e CO 2 contribuiscono al % dell effetto serra globale, mentre gli altri gas contribuiscono per lo %.

( ) Effetti CO 2 Contributo relativo dei gas serra all'effetto serra (2004) CO 2 1 CH 4 21 CFC 11 8500 CFC 12 5000 HCFC HFC 93 12100 SF6 23900 (1t SF6 = 23900t di CO 2 ) GWP (Global Worming

15 ( ) Effetti CO 2 Contributo relativo dei gas serra all'effetto serra (2004) CO 2 1 CH 4 21 CFC CFC HCFC HFC SF (1t SF6 = 23900t 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

( ) 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

16 ( ) 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 XXII Ciclo - Mattia Fumagalli

Si deduce che sia un aumento di temperatura a far aumentare la CO 2, non il contrario.

17 ( ) 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 anni. Si deduce che sia un aumento di temperatura a far aumentare la CO 2, non il contrario. Concentrazione di CO2 (ppm volume, grafico superiore) e temperatura della atmosfera ( C, grafico inferiore) durante gli ultimi anni.

18 ( ) 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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