Il ciclo del carbonio: importanza, processi e accumulo nel pianeta Terra

In questo appunto viene descritto il ciclo del carbonio, che cos’è, la sua importanza sulla terra per le piante e gli esseri viventi.

Il carbonio è un atomo importante perché si trova in tutte le molecole organiche, ovvero quelle che compongono gli esseri viventi, ma anche in molecole inorganiche come la CO2. I composti del carbonio possono manifestarsi in numerose forme per mezzo dell'azione degli esseri viventi che li trasformano in altre molecole per evitarne l'esaurimento. Il carbonio si può ritrovare in varie sostanze con caratteristiche differenti l’una rispetto all’altra, però hanno in comune il fatto che entrano a far parte del ciclo del carbonio. I percorsi del ciclo del carbonio attraversano tutte le sfere del pianeta come la litosfera, l’idrosfera, l’atmosfera e la biosfera in diversi modi.

Il ruolo del carbonio nell'atmosfera

Nell’atmosfera, il carbonio è presente all’interno di una molecola formata da un atomo di carbonio (C) e due atomi di ossigeno (O2). La molecola che si forma è chiamata CO2 o anidride carbonica. Quando l’atmosfera incontra l’idrosfera, per esempio nel mare, una parte dell’anidride carbonica si scioglie nell’acqua. Successivamente l’anidride carbonica reagisce con l’acqua dando vita ad un ossiacido diprotico poco stabile che viene chiamato acido carbonico (H₂CO₃). Gran parte di questo acido carbonico che si è formato si ritrasforma in acqua e in anidride carbonica che ritorna nell’atmosfera.

I processi di respirazione degli esseri viventi, i processi di combustione e l'attività vulcanica liberano nell'atmosfera una certa quantità di anidride carbonica. I vegetali usano la maggior parte di questa anidride carbonica per effettuare la fotosintesi clorofilliana e produrre così gli zuccheri, ovvero quelle molecole organiche necessarie per il loro nutrimento.

Grazie ai numerosi passaggi che avvengono nella catena alimentare dei vari esseri viventi, le sostanze organiche prodotte dai vegetali vengono messe a disposizione degli animali che le trasformano in energia necessaria per svolgere tutte le loro funzioni vitali.

Fotosintesi e organicazione del carbonio

Sempre dall’atmosfera il carbonio dell’anidride carbonica può entrare nella biosfera passando da una molecola inorganica ad una organica attraverso un processo chiamato organicazione del carbonio che avviene grazie alla fotosintesi. Nella fotosintesi, il carbonio presente nelle molecole di anidride carbonica, si sposta per formare una molecola differente. Le piante prendono l’acqua dal suolo e l’anidride carbonica dall’aria. Grazie all’energia proveniente dal sole, trasformano queste molecole in molecole diverse, ovvero ossigeno, che viene respirato dagli animali, e uno zucchero che viene chiamato glucosio, una molecola organica che contiene carbonio proveniente dalla molecola di anidride carbonica.

In questo modo, il carbonio è entrato nella biosfera come componente fondamentale degli esseri viventi. Una volta entrato nelle molecole organiche prodotte dalle piante, il carbonio si sposta attraverso la rete alimentare delle piante: gli erbivori mangiano le piante, quindi la molecola contenente carbonio, passerà dalle piante agli animali, che possono a loro volta essere mangiati da altri animali e il carbonio continuerà a spostarsi.

Decomposizione e riciclo del carbonio

Non appena il carbonio arriva nella biosfera può prendere vie differenti. Una parte va nell’atmosfera come prodotto di scarto della respirazione, proprio perché le cellule animali assorbono ossigeno ed eliminano anidride carbonica tramite la respirazione. Quando un organismo muore, il carbonio presente nelle molecole che lo compongono, viene liberato ed entra a far parte di nuove molecole. Attraverso la decomposizione, intervengono numerosi organismi come batteri e funghi che si nutrono di tessuti morti. Il carbonio che si trova in questi tessuti passa a questi nuovi organismi e in parte torna nell’atmosfera come CO2. Come risultato della decomposizione, parte del carbonio rimane nel suolo e in questo modo si accumula come materiale organico morto. Nel suolo il carbonio potrà essere fonte di nutrimento per altri organismi, continuando a muoversi quindi nella biosfera oppure può continuare ad accumularsi.

Pozzi di carbonio e accumulo

In alcuni casi però il carbonio nel suolo non continua a spostarsi da un organismo ad un altro. Ci sono casi in cui si accumula formando i “pozzi di carbonio”, ovvero punti di accumulo in cui il carbonio rimane intrappolato per periodi molto lunghi senza spostarsi da una molecola ad un'altra. Un esempio sono le foreste che rappresentano dei pozzi di carbonio importantissimo. Il carbonio è intrappolato all’interno delle piante e non si sposta in altre molecole se non per altri eventi, come la morte dell’albero porterà alla sua decomposizione e il carbonio finisce nel suolo o torna nell’atmosfera come CO2. Oppure a causa di un incendio, la gran parte del carbonio intrappolato negli alberi viene liberato nell’aria come C02.

Un altro pozzo di carbone importante sono i giacimenti di carbone e petrolio. Con tempi molto lunghi, le molecole di carbonio che si accumulano nel suolo possono sprofondare per formare carbone e petrolio. Quindi il carbonio del sottosuolo rimane bloccato non rientrando nell’atmosfera. Se però carbone e petrolio vengono estratti per essere bruciati per produrre carburante ed energia elettrica, il carbonio intrappolato all’interno rientra nell’atmosfera sotto forma di CO2.