Il carbonio è il quarto elemento chimico più diffuso nell'universo e fa parte della vita di tutti noi. Sì perché noi siamo fatti di carbonio, mangiamo carbonio e le nostre economie sono basate sul carbonio. Questo elemento è un pilastro fondamentale del pianeta Terra perché in grado di legarsi molto facilmente con le altre molecole creando composti essenziali per la vita.

Il ciclo del carbonio è un ciclo naturale biogechimico ed è un viaggio iniziato milioni e milioni di anni fa che, attraverso le rocce, l'oceano e la biosfera, arriva a regolare la quantità di anidride carbonica nell'atmosfera, che è un fattore determinante. La CO2 e gli altri gas serra, mescolati all’atmosfera, agiscono infatti come una sorta di coperta per intrappolare una parte delle radiazioni del Sole riflesse dalla superficie terrestre: è il famoso effetto serra, che tiene il pianeta al calduccio e che ha permesso alla vita sulla Terra di prosperare negli ultimi 200 mila anni. Ma allo stesso tempo ha un equilibrio molto sottile.

Quanto carbonio è presente sul pianeta Terra?

Nell’intero sistema Terra si stima che siano presenti 1,85 miliardi di petagrammi di carbonio. Cosa sono i petagrammi? Il petagrammo è un’unità di misura che serve a esprimere grandi numeri: se in un chilogrammo ci sono 1000 grammi, e in una tonnellata ci sono 1000 chilogrammi, in un petagrammo sono presenti 1000 miliardi di chilogrammi, una cifra gigantesca. Per capire bene questo ciclo dovete quindi immaginare che le riserve di carbonio sul nostro pianeta si distribuiscono in dei serbatoi giganteschi, chiamati pool, di cui prenderemo in considerazione i quattro principali.

IPCC – Ciclo del carbonio contemporaneo
in foto: IPCC – Ciclo del carbonio contemporaneo
CROSTA TERRESTRE

La crosta terrestre è il pool con più carbonio, di cui circa 100 milioni di PgC immagazzinati nelle rocce sedimentarie e carbonatiche. Nei depositi organici sono invece immagazzinati altri 4.000-10.000 PgC, sotto forma di idrocarburi come gas, petrolio e carbone.

OCEANI

Gli oceani contengono circa 38.000 PgC, che si trovano perlopiù disciolti in profondità dove vi rimangono per lunghi periodi. In superficie si trovano invece circa 1000 PgC, che vengono scambiati rapidamente con l’atmosfera.

ATMOSFERA

È il serbatoio più importante, perché determina l’effetto serra e di conseguenza il clima sul nostro pianeta. Al suo interno sono presenti circa 750 PgC, sotto forma di CO2 (anidride carbonica) e CH4 (metano).

BIOSFERA

Le piante contengono circa 560 PgC, immagazzinati nei tronchi e nelle foglie. Altri 1.500 PgC si trovano nel suolo e, in forma organica, nei microrganismi, nei funghi e nelle muffe.

Come fa il carbonio a spostarsi da un pool all’altro?

NASA: Goddard Space Flight Center
in foto: NASA: Goddard Space Flight Center

Il carbonio scorre liberamente tra un pool all’altro attraverso dei meccanismi naturali chiamati flussi, alcuni più veloci di altri.  Nella biosfera, le piante, attraverso la fotosintesi, assorbono CO2 e restituiscono ossigeno all’atmosfera. In questo processo il carbonio può rimanere nelle piante anche per migliaia di anni, nel caso di alberi molto longevi. Le stime indicano che le piante rimuovono circa 120 PgC all’anno dall’atmosfera, e ne restituiscono circa 58 PgC dalla respirazione delle stesse piante e 59 PgC dalla decomposizione dei terreni. Praticamente è come se la Terra respirasse, dal momento che rilascia nell'atmosfera più o meno la stessa quantità di carbonio che assorbe. Un equilibrio tanto eccezionale quanto sottile.

Quando parliamo invece di ciclo veloce del carbonio ad avere un ruolo fondamentale è l’oceano, che di base contiene 50 volte il carbonio contenuto nell’atmosfera. Può darsi che non tutti lo sappiano, ma i gas possono essere disciolti e rilasciati nell’acqua, tramite delle reazioni chimiche chiamate carbonatiche. L’anidride carbonica, attraverso una serie di reazione chimiche, può trasformarsi in carbonato, comunemente chiamato calcare. In questa forma il carbonio può essere immagazzinato in grandi quantità. Il carbonio circola nell’oceano anche attraverso dei processi biologici di fotosintesi, e tramite la respirazione e la decomposizione dei plankton. Nel ciclo oceano/atmosfera, l’oceano ogni anno assorbe circa 92 PgC dall’atmosfera, mentre ne rilascia 90 PgC. Nota interessante: con l’aumento della temperatura media globale l’oceano diminuisce la sua capacità di assorbire CO2. Più fa caldo infatti, più ne lascia in atmosfera. È una sorta di reazione a catena indirizzata verso un continuo innalzamento della temperatura globale.

Il ciclo più lento che restituisce carbonio nell’atmosfera è quello della litosfera, cioè quello relativo al carbonio intrappolato nelle rocce. Il carbonio in questo caso viene rilasciato con le eruzioni vulcaniche. Si pensa che i vulcani emettano quantità di CO2 molto grandi, ma la realtà è ben diversa: in media infatti, i vulcani di tutto il mondo emettono ogni anno circa 0,1 PgC, che è un centesimo dell’anidride carbonica prodotta dalle attività umane, che equivale invece a 8-9 PgC. Una singola eruzione emette tanto, sia chiaro, ma il conto va fatto a livello globale nel corso di un anno, dove la quantità è molto ridotta.

Un sottile equilibrio

Il ciclo naturale del carbonio è stato in equilibrio per milioni di anni, mantenendo la concentrazione di CO2 nell'atmosfera più o meno costante nel tempo. L'atmosfera può gestire 750 PgC in maniera naturale, rimanendo in equilibrio. Proviamo a immaginare l’atmosfera come una bottiglia di vino da 750 ml: se la riempiamo esattamente con 750 ml di vino, essa potrà gestire tranquillamente tutto il fluido. Ma se prendiamo un bicchierino che contiene anche solo 10 ml di vino e lo versiamo nella bottiglia, ecco che vediamo immediatamente il problema: quel cicchetto di vino traboccherà dalla bottiglia. Il problema infatti è il cicchetto, e non i 750ml della bottiglia. Questo cicchetto rappresenta le emissioni di CO2 delle attività umane.

Dalla rivoluzione industriale in poi abbiamo infatti cominciato a estrarre e bruciare enormi quantità di combustibili fossili, immettendo carbonio che a lungo è stato sepolto e stoccato nelle profondità della Terra naturalmente. Questo carbonio, che avrebbe impiegato milioni di anni per entrare nell'atmosfera, attraverso i processi geologici, viene invece rilasciato in un istante geologico, sconvolgendo l'equilibrio naturale del ciclo del carbonio. Dobbiamo capire che noi siamo parte di questo ciclo, e che le nostre azioni mettono in pericolo quel delicato equilibrio che permette all’umanità di vivere su questo pianeta alle condizioni di oggi, che sono quelle che ci piacciono tanto.

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