Il ciclo del carbonio: come possiamo ridurre l’anidride carbonica nell’atmosfera?

Dec 11, 2023

La vita come la conosciamo non esisterebbe senza il carbonio, che è un componente essenziale di molecole complesse, tra cui DNA, proteine ​​e carboidrati. Secondo l’Osservatorio della Terra della NASA, il carbonio è il quarto elemento più abbondante nell’universo. La maggior parte del carbonio della Terra è immagazzinato nelle rocce. Il resto è presente nell’atmosfera, nell’oceano, negli esseri viventi, nel suolo e nei combustibili fossili. Il ciclo del carbonio, che comprende componenti veloci e lenti, descrive il modo in cui il carbonio si muove naturalmente attraverso questi diversi depositi.

Dall’inizio della rivoluzione industriale, circa 150 anni fa, gli esseri umani hanno rilasciato carbonio nell’atmosfera da combustibili fossili, come carbone, petrolio e gas naturale. L’energia proveniente da queste fonti ha consentito l’ampia disponibilità di manufatti, automobili, elettronica e altre innovazioni che rendono possibile la vita moderna. Tuttavia, l’eccesso di carbonio sta ora alterando il clima e minacciando gli ecosistemi che mantengono la vita in equilibrio. Pertanto, la riduzione delle emissioni di carbonio è diventata un obiettivo internazionale urgente.

Il ciclo veloce del carbonio è in gran parte il movimento del carbonio attraverso le forme di vita sulla Terra. L'anidride carbonica (CO2) nell'atmosfera viene assorbita dalle piante sottoposte a fotosintesi, che utilizza l'energia del sole per combinare CO2 con acqua (H2O) per produrre zucchero (solitamente C6H12O6) e ossigeno (O2).

Il carbonio catturato attraverso questo processo può essere incorporato in una varietà apparentemente infinita di molecole organiche complesse man mano che le piante crescono e sostengono ecosistemi che includono animali, batteri e funghi. In una reazione inversa rispetto a quella originale, le molecole di zucchero possono essere scomposte per produrre energia e CO2 durante la digestione, il decadimento o il fuoco. Ciò richiede l’apporto di ossigeno e acqua e consente il rilascio di CO2 nell’ambiente.

Gli esseri umani hanno maggiore familiarità con la CO2 nell’atmosfera, ma la CO2 è presente anche nell’oceano. Le alghe marine microscopiche – chiamate fitoplancton – assorbono questa CO2 e utilizzano l’energia del sole per sottoporsi alla fotosintesi. Secondo National Geographic, queste alghe costituiscono la base della catena alimentare marina e forniscono il 50% dell'ossigeno nell'atmosfera.

La parte più veloce del ciclo lento del carbonio è l’oceano. Sulla superficie dell'oceano, l'anidride carbonica viene scambiata con l'atmosfera. Poiché gli esseri umani hanno rilasciato più CO2 nell’atmosfera, l’oceano ha assorbito più CO2.

Una volta nell’oceano, l’anidride carbonica reagisce con le molecole d’acqua per rilasciare idrogeno, rendendo l’oceano più acido. L'idrogeno reagisce con il carbonato per produrre ioni bicarbonato. Il carbonato viene utilizzato anche dagli organismi costruttori di conchiglie, tra cui fitoplancton, coralli, ostriche e stelle marine, per costruire i loro gusci di carbonato di calcio. Una maggiore quantità di anidride carbonica nell’atmosfera ha portato a meno carbonato negli oceani e a conchiglie più fragili.

Quando gli organismi marini muoiono, affondano sul fondo del mare. Nel corso del tempo, strati di conchiglie e sedimenti si cementano insieme per formare calcare. Il carbonio intrappolato nel calcare può essere immagazzinato per milioni di anni, come dimostrano i gusci fossili comunemente presenti nel calcare. Circa l’80% delle rocce contenenti carbonio è prodotto in questo modo. Il restante 20% proviene da organismi terrestri che si sono incastonati nel fango per formare lo scisto, che è un altro tipo di roccia sedimentaria. Se le piante morte si accumulassero più velocemente di quanto possano marcire, potrebbero diventare combustibili fossili.

Nel corso del tempo geologico, queste rocce sedimentarie possono essere esposte all'atmosfera o all'attività vulcanica e il loro carbonio può essere restituito all'atmosfera. L’anidride carbonica nell’atmosfera si combina con l’acqua per formare acido carbonico, che è un acido debole che cade sotto forma di pioggia e dissolve le rocce esposte attraverso un processo chiamato alterazione chimica. Questo rilascia ioni – come il calcio necessario per formare gusci di carbonato di calcio – e alla fine porta a depositare più carbonio sul fondo dell’oceano. Quando l’attività vulcanica provoca lo scioglimento delle rocce sedimentarie, queste formano minerali silicati freschi e rilasciano anidride carbonica nell’atmosfera.