CICLO DEL CARBONIO
Marco Carozzi
Sommario
• Il carbonio: forme, pool
• Il ciclo
•Il carbonio nella biosfera
•Il carbonio nell’idrosfera
• Carbonio nel suolo
• CO2 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 CO2 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 CO2 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 CO2 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
6CO2 + 6H2O + Energia → C6H12O6 + 6O2
RESPIRAZIONE: da C organico a C inorganico
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Energia
se non c’è ossigeno c’è FERMENTAZIONE
C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2 (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 CO2
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
CO2 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 CO2 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 CO2
•CO2: la causa principale dell’effetto serra accelerato (dovuto alle attività
umane).
•Nei paesi industrializzati, la CO2 costituisce oltre l’80% delle emissioni di
gas ad effetto serra.
• Aumenti dei gas
serra: evidenti; le
emissioni di CO2 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 CO2
• 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 CO2 , presente in concentrazioni
assai inferiori, è responsabile del 4.2 – 4.8%.
Quindi vapore acqueo e CO2 contribuiscono al
98.4 – 99.2% dell’effetto serra globale, mentre
gli altri gas contribuiscono per lo 0.8 – 1.6%.
Ecologia Agraria
 Effetti CO2
Contributo relativo dei
gas serra all'effetto
serra (2004)
CO2
CH4
CFC11
CFC12
HCFC–HFC
SF6
1
21
8500
5000
93  12100
23900 (1t SF6 = 23900t di CO2)
• 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 CO2
nella stessa quantità
Ecologia Agraria
 Effetti CO2
La maggior parte dei climatologi ritiene che l’aumento della CO2 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 CO2 in atmosfera
ai livelli del 1990 (Europa –
8%).
Dottorato di ricerca in Ecologia Agraria XXII Ciclo - Mattia Fumagalli
 Effetti CO2
Temperatura e CO2 sono
molto ben correlate, ma ad
ogni incremento di
temperatura, segue un
incremento di CO2 in un
lasso di tempo di 800600
anni.
Si deduce che sia un
aumento di temperatura a
far aumentare la CO2 , non
il contrario.
Concentrazione di CO2 (ppm volume, grafico superiore) e temperatura della atmosfera (°C, grafico inferiore) durante gli ultimi 420.000 anni.
Ecologia Agraria
 Effetti CO2
Se la CO2 continuasse ad aumentare:
- insieme al corrispettivo aumento della temperatura, potrebbe portare
benefici sulle produzioni agrarie, in quanto la CO2 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.