Ciclo del carbonio

Il carbonio è un elemento molto importante, in quanto forma la materia organica, che è parte di tutta la vita. Il carbonio segue una certa via sulla terra, che è denominata ciclo del carbonio. Seguendo il ciclo del carbonio possiamo anche studiare i flussi di energia sulla terra, perché la maggior parte dell'energia chimica necessaria per la vita è immagazzinata nei composti organici nei legami fra gli atomi di carbonio ed altri atomi.
Il ciclo di carbonio consiste naturalmente in due parti, il ciclo di carbonio terrestre e quello acquatico. Il ciclo del carbonio acquatico riguarda i movimenti di carbonio negli ecosistemi marini ed il ciclo di carbonio terrestre riguarda il movimento di carbonio negli ecosistemi terrestri.

Il ciclo di carbonio si basa sull'anidride carbonica (CO2), che può essere trovata in aria in forma gassosa ed in acqua in forma dissolta. Le piante terrestri usano l'anidride carbonica dell'atmosfera, per generare l'ossigeno che sostiene la vita animale. Anche piante acquatiche producono ossigeno, ma usano l'anidride carbonica dell'acqua.
Il processo di produzione dell'ossigeno è chiamato fotosintesi. Durante la fotosintesi, piante ed altri produttori trasferiscono l'anidride carbonica e l'acqua nei carboidrati complessi, come glucosio, sotto l'effetto della luce solare. Soltanto le piante ed alcuni batteri hanno la capacità di realizzare questo processo, perché possiedono la clorofilla, una molecola di pigmento nelle foglie in grado di intrappolare l'energia solare.

La reazione complessiva della fotosintesi e':
anidride carbonica + acqua + energia solare -> glucosio    + ossigeno
6 CO₂ + 6 H₂O + energia solare -> C₆H₁₂O₆  + 6 O₂
 

L'ossigeno prodotto durante la fotosintesi sostiene forme di vita non produttive, come animali, a la maggior parte dei microrganismi. Gli animali sono definiti consumatori, in quanto usano l'ossigeno prodotto dalle piante. L'anidride carbonica viene nuovamente rilasciata nell'atmosfera durante la respirazione di consumatori, che scinde il glucosio e altri composti organici complessi e riconverte il carbonio in anidride carbonica per essere riutilizzata dai produttori.

Il carbonio utilizzato da produttori, consumatori e decompositori  si muove ciclicamente attraverso aria, acqua e biota in modo abbastanza rapido. Ma il carbonio puo' anche essere immagazzinato come biomassa nella radice di alberi e altra materia organica per parecchie decadi. Il carbonio e' rilasciato nuovamente nell'atmosfera attraverso la decomposizione, come notato precedentemente.
Non tutta la materia organica viene immediatamente decomposta. In certe condizioni la materia morta delle piante si accumula piu' velocemente di quanto viene decomposta all'interno dell'ecosistema. Il rimanente e' immagazzinato in depositi sotterranei. Quando strati di sedimenti del terreno li comprimono si formano combustibili fossili, dopo molti secoli. Processi geologici a lungo termine possono esporre il carbonio di questi combustibili all'aria dopo un lungo periodo di tempo, ma solitamente il carbonio di questi combustibili fossili e' rilasciato nell'ambiente attraverso processi di combustione umani.
La combustione di combustibili fossili ci fornisce energia da tempi immemorabili, ma la popolazione del mondo e' cresciuta ed insieme la richiesta energetica. Questo spiega perche' i combustibili fossili vengono cosi' estesamente bruciati. Questo non avviene senza conseguenze, dal momento che stiamo bruciando combustibili fossili piu' rapidamente di quanto si sviluppano. A causa delle nostre attivita' i combustibili fossili sono diventati risorse non rinnovabili.

Anche se soprattutto la combustione dei combustibili fossili aggiunge anidride carbonica all'aria, una parte di essa si libera anche durante i processi naturali, come le eruzioni vulcaniche.

Nell'ecosistema acquatico l'anidride carbonica può essere immagazzinata in rocce e sedimenti. Ci vorra' molto tempo prima che questa anidride carbonica sia liberata, attraverso l'azione erosiva delle rocce o i processi geologici che portano i sedimenti alla superficie dell'acqua.
L'anidride carbonica che è immagazzinata nell'acqua e' presente in ioni del bicarbonato o carbonato. Questi ioni sono una parte importante degli amplificatori naturali che impediscono all'acqua di diventare troppo silicei o troppo fondamentali. Quando il sole riscalda gli ioni del carbonato e del bicarbonato dell'acqua saranno restituiti all'atmosfera come anidride carbonica.

Una rappresentazione schematica delle parti acquatica e terrestre del ciclo del carbonio e' riportate qui di seguito:

Anidride carbonica: un gas serra

Come e' noto a tanta gente l'anidride carbonica è un gas serra, che in pratica significa che troppa anidride carbonica nell'aria causa un surriscaldamento della terra.
Gli esseri umani emettono quantità elevate di anidride carbonica durante i processi di combustione ed a causa di questo si verifica l'effetto serra. Effetto serra significa che il clima è influenzato dalle concentrazioni di gas serra sulla terra.
Nelle ultime decadi si è sviluppato un clima più caldo, a causa di grandi quantita' di anidride carbonica e di altri gas serra che emettiamo. Questo clima più caldo può causare i problemi, come la fusione delle formazioni di ghiaccio grandi all'Artide.

Per ulteriori informazioni sulla CO₂ si veda la pagina sull'anidride carbonica.

Per ulteriori informazioni sul carbonio si veda la tavola periodica.

Inquinamento dei cicli della materia