Anidride carbonica

CCD.

La CCD è la profondità a cui il tasso di dissoluzione è uguale al flusso di carbonato che scende

dall'alto. La calcite scende dall'alto so:o forma di gusci e quindi siamo sopra a questo livello di

compensazione la calcite si conserva e se siamo so:o si scioglie. La CCD può essere indicata come la

“linea della neve” dei carbona).

Se il fondale è più alto di un certo livello, la calcite si può depositare come la neve; se siamo al di

so:o la calcite semplicemente si scioglie e al fondo non ci arriva. Quindi tu:o questo si può tracciare

andando a prendere campioni di sedimento a profondità diverse e si può andare a vedere dove

andiamo a piazzare la lisoclina e dove la CCD.

Riassumendo:

Lisoclina = la profondità a cui il tasso di dissoluzione aumenta = il punto di flesso nella % di calcite

nei sedimen) (effe:o Pressione)

Profondità di Compensazione della Calcite = CCD = profondità a cui il tasso di dissoluzione della

calcite bilancia il flusso di calcite verso il fondo (2-10% di calcite nei sedimen))

Dove la calcite si conserva e dove no?

Nell’immagine sopra abbiamo una mappa che ci mostra la percentuale di carbonato di calcio dei

sedimen). Quindi con valori al) i colori bianchi e gialli e man mano diventano i rossi siamo vicini alla

profondità di compensazione dei carbona), il nero vuol dire che carbona) sono completamente

sciol).

Questa mappa è legata a due fa:ori: quanto è profondo il fondale e dov'è la profondità di

compensazione dei carbona). Vediamo un pa:ern. Possiamo dis)nguere Atlan)co e Pacifico:

l'Atlan)co non è molto profondo, ma in Atlan)co la calcite non si scioglie, ne vediamo grandi

percentuali quasi ovunque; nel Pacifico vediamo un grande buco nero qua nella mappa, che indica

che i fondali sono profondi, ma anche la zona di compensazione è molto alta (carbona) si sciolgono

e non si depositano). Questo discorso è legato sempre al discorso della circolazione oceanica, le

masse d'acqua giovani sono quelle che hanno poca CO2 e poco ione carbonato e man mano che

invecchiano diventano sempre più ricche di CO2 e ione carbonato più basso.

L’immagine so:o è una superficie tagliata a 3500 m di profondità, in cui si vede come varia la

concentrazione misurata di ione bicarbonato nelle diverse zone e si vede bene il percorso delle acque

profonde, e si vede come le acque diventano via via più vecchie e quindi anche meno ricche di

carbonato. Questo determina dove si troverà la profondità di compensazione dei carbona) nei

diversi oceani. il secondo fa:ore è quanto carbonato scende: se scende tanto carbonato si scioglie

e va arricchire l'acqua.

Infine, questa è la mappa di profondità di compensazione dei carbona) (CCD). In Atlan)co la CCD si

trova a:orno ai 5000 metri.

Ciclo della CO2

Questo schema sinte)zza i passaggi della CO2 dall’atmosfera all’ambiente marino focalizzandosi in

par)colare su quelli che sono i passaggi, i flussi, da una parte all’altra: gli scambi dall’atmosfera

all’oceano e viceversa, che avvengono per via chimica, per aXvità biologica (fotosintesi e

respirazione) e per movimen) delle acque, di discesa o risalita delle acque, che portano con sé il

contenuto di CO2.

In quest’immagine è importante vedere che in oceanografia le forme in cui è presente il carbonio

possono essere oltre al carbonio inorganico disciolto anche carbonio organico disciolto o carbonio

organico o inorganico in forma par)cellata. Quindi in oceanografia si usano ques) acronimi: DIC,

DOC, PIC (Par)culate Inorganic Carbon), POC.

Il limite che separa una par)cella da un elemento in forma disciolta si considera come valore

standard: 0.45 micrometri. Quindi materiale par)cellato è tu:o ciò che sta al di sopra (> 0.45 micron)

e tu:o ciò che sta al di so:o si considera materiale disciolto.

CO2 e la componente parCcellata

Quindi noi adesso abbiamo parlato della CO2 in forma disciolta inorganica, e adesso andiamo a

vedere le altre forme. Se andiamo a parlare della componente par)cellata, il carbonio è presente

so:o forma organica (materia organica degli organismi che scende) e anche in forma inorganica,

ovvero i gusci di carbonato di calcio degli organismi.

Quindi, il carbonio par)cellato organico e inorganico, assieme a tu:o il resto del materiale

par)cellato, va a formare una componente che in oceanografia prende il nome di Total Suspended

Ma:er, cioè il totale del materiale in sospensione. Tu:o ciò che è presente in sospensione nella

colonna d’acqua.

Come si misura

Non riusciamo a dis)nguere con misure dire:e ciò che è carbonio dal resto, ma con misure indire:e

possiamo andare a quan)ficare quanto è questo materiale par)cellato. Lo facciamo con due sensori

che vengono collega) con una sonda mul)parametrica, una CTD.

Ques) strumen) sono il trasmissometro e lo sca:erometro.

Trasmissometro

Il trasmissometro è un sensore che serve a misurare la torbidità dell’acqua e indire:amente ci dà

quindi una s)ma della quan)tà di materiale presente. Non dis)ngue tra par)cellato e disciolto. Ci

dà solo una s)ma di quanto materiale è presente.

Come funziona: il sensore è formato da una sorgente che eme:e un raggio di luce, un collimatore

che la manda in una certa direzione e un ricevitore che riceve la quan)tà di luce in arrivo.

La differenza di intensità di luce tra raggio che parte e che arriva è legato ai fenomeni di assorbimento

e sca:ering da parte delle par)celle, quindi il valore che ne esce è una s)ma chiamata trasmissività

del raggio e ci dice quanta della luce emessa è arrivata e quanta invece è stata assorbita o diffra:a.

Quindi il trasmissometro ci dà un valore in percentuale, dove 100% indica acqua limpida e

trasmissività del raggio 100% e poi percentuali via via minore a seconda di quanto la luce viene

assorbita.

ScaFerometro

Lo sca:erometro è un sensore che eme:e della luce, che viene diffra:a dalle par)celle in

sospensione. Esiste un ricevitore che è schermato dalla luce iniziale e riceve solo la luce che viene

diffra:a dalle par)celle (backsca:ering).

Questo strumento quindi ci dà una s)ma sempre indire:a della quan)tà delle par)celle presen) in

sospensione, perché maggiori sono le par)celle maggiore è il backsca:ering.

In questo grafico vediamo a confronto i da) di

trasmissometro (blu) e dello sca:erometro. Per

quanto riguarda il blu 95 è il valore massimo di

limpidità, mentre verso sinistra è la massima

torbidità.

Invece, per quanto riguarda lo sca:erometro i

valori aumentano all’aumentare del

backsca:ering. Le curve non sono esa:amente

iden)che, ma sono speculari.

Ci mostrano che in una colonna d’acqua nei primi 200 m i livelli superficiali hanno la massima

concentrazione di par)celle (maggiore torbidità) e scendendo in profondità la concentrazione di

par)celle diminuisce.

Il massimo è una s)ma di quante par)celle ci sono, ma noi sappiamo che le par)celle sono il

plancton presente. I due strumen), anche se servono a quan)ficare il totale della materia organica

e par)cellato, possono già in realtà fornire una s)ma indire:a del par)cellato legato al plankton

nella colonna d’acqua.

Vari da) o:enu) tramite la CCD: T in rosso, salinità in azzurro, ossigeno in verde. L’ossigeno ci dà

anch’esso una s)ma indire:a sui da) della produXvità primaria.

I da) del trasmissometro sono quelli in viola e mostrano

torbidità massima in superficie e quello che è il livello più

pulito, meno torbido, che sta a mezza profondità, perché è

dove tu:e le par)celle organiche vengono degradate. Poi

un leggero aumento verso il fondo, perché le acque

profonde portano con sé le par)celle che sono maggiori in

superficie. Poi )picamente in profondità in corrispondenza

del fondo ci può essere un aumento della torbidità (qua non

si vede), che viene chiamato livello nefeloide di fondo,

legato al rimescolamento dei sedimen) più superficiali.

Ciclo della CO2 – scale di tempo brevi

Tornando al ciclo della CO2 e il passaggio tra atmosfera e oceano, andiamo a parlare di quelle che

sono le pompe. Ovvero, quei meccanismi responsabili del trasporto della CO2 nelle sue diverse

forme dall’atmosfera all’oceano superficiale e poi profondo e poi ai sedimen).

Questa figura è molto importante. È uno schema che riassume tuX i processi in gioco. Riassume

anche la quan)tà di carbonio stoccata nei diversi serbatoi e i tempi del mescolamento. Abbiamo

quindi la quan)tà di carbonio tra atmosfera – oceano superficiale e oceano profondo in

gigatonnellate di carbonio: 1015g.

Vediamo il funzionamento delle pompe:

Pompa di solubilità: la CO2 che scambia tra atmosfera e oceano per semplice scambio chimico

legato a discioglimento della CO2 in acqua.

Pompa biologica: aXvamente sequestra CO2 dall’atmosfera e la porta in oceano. La fotosintesi usa

CO2, la trasforma in materia organica, che in parte viene riciclata, in parte scende nella colonna

d’acqua. Le frecce ci mostrano quanto della materia organica inizialmente prodo:a arriva al fondo.

È solo una piccola parte, si vede la freccia che diminuisce di intensità, perché durante la sua discesa

la materia organica viene degradata e va a formare il pull, il grande serbatoio, della CO2 dell’oceano

profondo. una parte però arriva al fondo e viene quindi incorporata all’interno dei sedimen).

Vediamo che lo scambio atmosfera – oceano superficiale è dell’ordine di tempo di 1-10 anni.

Quando andiamo nell’oceano profondo dobbiamo considerare tempi più lunghi (100 anni, tempo

del rimescolamento) e, se consideriamo anche il serbatoio sedimen) (parte del carbonio organico

stoccato nei sedimen)) andiamo a considerare anche scale più lunghe: dai 100 ai 1000 fino anche

ai 10 000 anni.

Quindi, la pompa biologica è quel meccanismo che rimuove aXvamente CO2 dall’atmosfera e la

porta all’oceano profondo e nel serbatoio sedimen).

Pompa fisica: è rappresentata dalle corren) ver)cali. Da una parte si ha formazione di acque

profonde, quindi acque superficiali che scendono e portano giù il loro contenuto di materia organica,

par)cellato ecc. dall’altra parte la risalita di acque profonde (upwelling), che è la pompa che riporta

su la CO2 dal serbatoio dell’oceano profondo in superficie e la ribu:a in atmosfera.

La scala di tempo della pompa fisica va da 1 anno fino a 100 anni fino a 1000 anni, perché ci vogliono

1000 ann