Ciclo del carbonio

Ciclo del carbonio In ecologia, ciclo biogeochimico in cui il carbonio viene prelevato, utilizzato e restituito all'ambiente attraverso meccanismi di trasferimento che interessano tutti i livelli trofici e l'intera biosfera. Mediante il processo di fotosintesi le piante prelevano dall'atmosfera anidride carbonica (CO₂) e utilizzano il carbonio in essa contenuto per formare carboidrati, grassi e proteine. Come tutti gli organismi viventi anche le piante, attraverso la respirazione, restituiscono all'ambiente (ovvero all'atmosfera o alle acque in cui crescono) parte dell'anidride carbonica che gli avevano sottratto. Parte del carbonio immagazzinato nei tessuti vegetali viene, tuttavia, successivamente ceduto agli animali che si cibano di piante; nell'organismo degli animali erbivori i composti del carbonio vengono degradati, ricombinati e in parte utilizzati come fonte di energia. Gran parte del carbonio, così ricavato, viene ricombinato in CO₂ e ceduto all'ambiente attraverso la respirazione o combinato ai sottoprodotti del processo metabolico; una minima parte, tuttavia, viene trattenuta nei tessuti degli organismi erbivori e, quindi, ceduta agli animali carnivori che li divorano. Quando le piante e gli animali muoiono, i loro tessuti vengono attaccati da batteri saprofiti che decompongono la materia organica (e quindi i composti del carbonio), liberando gli elementi che la costituiscono, e quindi anche il carbonio, che viene liberato sotto forma di CO₂ e messo così nuovamente a disposizione delle piante.

Il ciclo del carbonio interessa l'intera biosfera e si fonda in parte sullo scambio di grandi quantità di CO₂ tra i due principali serbatoi terrestri di tale elemento: l'atmosfera e gli oceani. Lo scambio avviene per diffusione lungo le superfici di contatto tra i due serbatoi: quando la concentrazione di CO₂ è maggiore nell'atmosfera che nelle acque dell'oceano, il gas si diffonde automaticamente dall'aria all'acqua; quando, all'opposto, la sua concentrazione è maggiore nell'oceano, la CO₂ si diffonde dall'acqua all'aria. Vari tipi di scambio hanno luogo anche all'interno degli stessi ecosistemi acquatici. In alcuni casi il carbonio in eccesso si combina con l'acqua, dando luogo alla formazione di carbonati e bicarbonati che precipitano sul fondo del bacino idrico, dove sedimentano insieme alla materia organica in decomposizione. Un certa percentuale del carbonio presente sulla Terra è incorporata nella biomassa vegetale (ovvero nella vegetazione) delle foreste, dove può rimanere immagazzinata anche per centinaia di anni. Un'elevata percentuale è contenuta nella torba (un particolare tipo di terriccio derivante dall'accumulo di materia organica non completamente decomposta su terreni paludosi o acquitrinosi) e nei combustibili fossili (carbone, petrolio e metano), derivanti dalla decomposizione di enormi quantità di materia organica morta accumulatasi nel periodo carbonifero.

Si calcola che la quantità totale di carbonio presente sulla Terra (in forma sia organica sia inorganica) si aggiri intorno a 49.000 gigatonnellate (1 gigatonnellata è pari a 10⁹ tonnellate). Anche se una buona parte (22%) è contenuta nei materiali fossili, la maggior parte (71%) è in realtà contenuta negli oceani, per lo più in forma di ioni carbonati e bicarbonati. Il 3% circa è contenuto nel fitoplancton e nella materia organica in decomposizione, e un ulteriore 3% si trova nella biomassa totale degli ecosistemi terrestri (e principalmente nella fitomassa delle foreste). Solo una minima parte (1%) è, invece, contenuta nell'atmosfera e viene riciclata attraverso il ciclo biogeochimico del carbonio.

In conseguenza dell'accresciuto consumo di combustibili fossili, dell'indiscriminato abbattimento delle foreste e del frenetico intensificarsi di altre attività antropiche inquinanti, la quantità di CO₂ contenuta nell'atmosfera è notevolmente cresciuta a partire dagli inizi della rivoluzione industriale. Nel giro di un centinaio di anni la concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera è passata da circa 260 ppm, livello teoricamente rilevabile in epoca preindustriale, al livello attuale di oltre 350 ppm. Tale incremento appare ancora più impressionante se si considera che questi dati offrono solo un quadro parziale della situazione: con molta probabilità circa la metà dell'anidride carbonica riversata da allora a oggi nell'atmosfera è stata, infatti, assorbita dagli oceani. Non va, inoltre, dimenticato che le piante, pur assorbendo notevoli quantità di CO₂, ne restituiscono all'ambiente quantità non indifferenti attraverso la respirazione e che l'abbattimento delle foreste praticato con il poco ortodosso sistema di 'taglia e brucia' libera i consistenti quantitativi di anidride carbonica immagazzinata nelle biomasse vegetali.

La CO₂ presente nell'atmosfera forma una sorta di schermo protettivo, che consente alle radiazioni a onde corte provenienti dal Sole di raggiungere la Terra, ma allo stesso tempo intrappola le radiazioni a onde lunghe (i raggi infrarossi) riflesse dal pianeta. A causa del crescente inquinamento dell'aria prodotto dall'uomo, la concentrazione di CO₂ nell'atmosfera è andata aumentando e lo schermo si è quindi progressivamente ispessito. La maggiore quantità di calore trattenuta, di conseguenza, sulla Terra sta provocando un progressivo riscaldamento della temperatura terrestre attraverso un processo noto come effetto serra. Anche se tale aumento non ha ancora raggiunto livelli tali da compromettere irreparabilmente il naturale assetto climatico del pianeta, il mantenimento degli attuali livelli di consumo dei combustibili fossili potrebbe portare a un ulteriore aumento della concentrazione di CO₂ nell'atmosfera e quindi a un aumento della temperatura terrestre di 2-6 °C entro i primi anni del XXI secolo, con gravi ripercussioni sull'equilibrio climatico ed ecologico del pianeta e dei suoi ecosistemi.