I CICLI DEL CARBONIO 1) ASPETTI GEOLOGICI

Il diossido di carbonio é un gas a effetto serra che gioca un ruolo fondamentale nel clima terrestre. La concentrazione di CO2 nell´atmosfera é il risultato di un  equilibrio tra i guadagni e le perdite che si verificano nel trasferimento di carbonio tra l´aria e gli altri serbatoi come la biosfera, gli oceani e l´interno della crosta terrestre. Questi cicli hanno una durata temporale molto differente e  si intrecciano tra loro in maniera molto complessa.

Processi naturali di guadagno e perdita nel ciclo del carbonio.

Il vulcanismo e la trasformazione.

L´atmosfera guadagna CO2 nei lunghi periodi grazie alle eruzioni vulcaniche.  Durante il trascorrere della storia geologica, i camini vulcanici  e le crepe tettoniche hanno lanciato CO2 dall´interno della terra verso l´atmosfera. Il ritmo di emissione é stato molto variabile cambiando proporzionalmente con l´attivitá tettonica e la velocitá di separazione o di scontro o di attrito tra le placche.

Secondo una teoria classica ( Fisher  1981) questa degassificazione di CO2 dell´interno della Terra prodotta dal vulcanismo, é stata fondamentale per i cambiamenti climatici, quando si considerano questi cambiamenti nelle lunghe ere geologiche. Si é provato che durante gli ultimi 500 milioni di anni é esistita una correlazione anche se non perfettissima, tra le epoche di clima caldo con le epoche con maggiori emissioni di rocce vulcaniche che sono un buon indice di emissione di CO2. Fisher suggerí che durante i decenni e centinaia di milioni di anni la Terra é passata da periodi di riscaldamento a periodi di raffreddamento secondo l´emissione di CO2 nell´atmosfera con i maggiori periodi di eruzioni.  Stiamo parlando di concentrazioni di CO2 pari a alcune migliaia di ppm e non certo delle concentrazioni attuali! Inoltre ad altissime concentrazioni di CO2 si accompagna un alto tenore di vapore acque che fa sí che questi periodi vengano chiamati come “periodi sauna”.

Fig. Divisione della storia climatica del Ordoviciano (Fanerozoico) nei periodi sauna é periodi frigorifero. Concentrazioni di CO2 secondo diversi calcoli “proxy” (nei cerchi gialli) e concentrazione piú probabile (quadrati verdi) (Fonte: Progetto GEOCARB)

Peró non sempre i calcoli della temperatura coincidono con quelli della concentrazione di CO2 come hanno calcolato i geologi dell´Universitá di Nuovo Mexico, che hanno dedotto che la concentrazione di CO2 400 milioni di anni fa era 15 volte superiore all´attuale ma si ebbe ugualmente una glaciazione. Al contrario altri geologi, studiando il Pliocene, 3,5 milioni di anni fa, presumibilmente caldo,  con i ghiacci antartici ridotti della metá, hanno scoperto che la concentrazione di CO2 era molto simile a quella attuale.

Da dove viene questa CO2?

La CO2 emessa dai vulcani non é una CO2 primordiale, cioé del periodo di formazione della Terra, ma é una CO2 riciclata, proveniente da carbonati (generalmente calcare: CaCO3) precedentemente precipitato negli oceani, sepolta e trasformata dopo nelle profonditá della litosfera.

Questo avviene per esempio attualmente nelle Ande, dove in una una zona tettonica di scontro tra la placca di Nazca nel pacifico e la placca sudamericana si trovano una sotto l´altra, e la CO2 che viene lanciata nell´atmosfera dal rosario di vulcani andini, proviene in gran parte dalla trasformazione in profonditá dei carbonati calcari sedimentati nel Pacifico. Succede che  nei sollevamenti tettonici sono presenti alte temperature e grandi pressioni e i calcari in combinazione con l´ossido di silicio si trasformano formando silicati di calcio e anidride carbonica:

SiO2 + CaCO3 = CaSiO3 + CO2

Lí dove la frizione delle placche produce terremoti, crepe e vulcani la CO2 sale ed é espulsa. Cosí ritorna nell´atmosfera la CO2 che era stata intrappolata nelle rocce calcare nei processi di sedimentazione marina che sará oggetto di un altro articolo.

Meteorizzazione (weathering)

L´atmosfera perde CO2 nei lunghi periodi di tempo a causa della meteorizzazione.

Il processo di formazione dei sedimenti calcarei nei fondi degli oceani, che suppone un assorbimento di CO2 atmosferico, comincia con la meteorizzazione continentale. La meteorizzazione é la disintegrazione fisica e chimica delle rocce dovuto alle piogge, venti e cambi termici. Qui parleremo solo dei silicati come CaSiO3, molto abbondante nella superficie terrestre, per la CO2 sciolta nell´acqua del suolo in una reazione che si puó schematizzare cosí:

CaSiO3 + 2CO2 + 3H2O = 2HCO3- + Ca 2+ + H4SiO4

In questa reazione, la CO2 non proviene direttamente dalla pioggia, ma dalla reazione dell´acqua del suolo con la CO2 che deriva dalla putrefazione della materia organica dell´humus cioé dalla respirazione microbatterica. La fonte di CO2 che entra nella reazione é in ultima analisi CO2 atmosferico, ma dopo essere passata a far parte della materia organica grazie alla fotosintesi delle piante ed essere restituito al suolo per la decomposizione microbica dell´humus. (Berner, 1997).

La meteorizzazione delle rocce é per questo piú intensa: a) quanto piú CO2 contiene l´aria; b) quanto piú umiditá   è nel suolo; c) quanto piú alta é la temperatura ambiente, già  che tutto favorisce l´azione dei funghi e dei batteri. Se guardiamo la reazione chimica anteriore, vediamo che l´atmosfera perde 2 molecole di CO2 per ogni molecola di CaSiO3 attaccata. Il risultato é la formazione di ioni di bicarbonato HCO3 e di 1 ione di calcio  Ca2+ (oltre a acido silicico) i quali, disciolti nell´acqua dei fiumi arrivano nei mari.

La meteorizzazione puó anche colpire il carbonato calcico  CaCO3;  in questo caso la reazione di meterorizzazione fa perdere solo 1 molecola di CO2.

CaCO3 + CO2 + H2O = Ca2+ + 2HCO3-

perdita che é compensata in mare per la precipitazione di calcite, che vedremo dopo, e in cui non si ha nè perdita nè guadagno di CO2 nell´atmosfera.

Precipitazione calcarea

Gran parte degli ioni disciolti e portati dalle acque dei fiumi arrivano a mare. Gli ioni si ricombinano formando CaCO3 (calcare) e rilasciando di nuovo nell´atmosfera una molecola, solo 1 e non 2, di CO2 secondo la reazione: 2HCO3 – + Ca2+ = CaCO3 + H2O + CO2 . Per cui il risultato netto delle reazioni ( meteorizzazione dei silicati e precipitazione del calcare)  é la perdita di 1 molecola di CO2 nell´atmosfera.

Abbiamo ancora altro nei processi di precipitazione. Le numerose specie marine che costruiscono carapaci e scheletri protettori di silicio-carbonato (CaCO3).  Nella reazione che non é fotosintetica, precipitano ioni di calcio (Ca2+) assieme agli ioni di carbonato (CO32- ) o di bicarbonato  (HCO3-). Ma non sono solo ostriche e aragoste ma la maggior parte del carbonato calcico oceanico é prodotto per alghe microscopiche del fitoplancton (cocolitofori) e per specie animali del zooplancton (foramniferi e pterodopi).   La calcite o aragonite cosí formata costituisce lo scheletro e i carapaci con si proteggono gran parte dei microrganismi che formano il fitoplancton e lo zooplancton costruendo carapaci silicei e non calcarei.

Aspetto del ciclo marino del carbonio. Il carbonio si trova disciolto e forma il diossido di carbonio, bicarbonati e carbonati in una proporzione tra loro che li mantiene in equilibrio.

Quando gli organismi marini calcarei muoiono, il calcare cade nelle profonditá marine. Nel processo di precipitazione di carbonio organico, come succede nella sepoltura di materia organica, la litosfera restituisce carbonio agli altri serbatoi, mare e aria.

Lo fa ad un ritmo globale di circa  0,5 PgC l´anno (PgC: petagrammi di carbonio = 1.000.000.000 di tonnellate  ) .

Lungo tutta la storia geologica, il carbonio cosí accumulato, contenuto negli spessi strati di rocce calcaree, ha creato il suo maggior serbatoio terrestre, dell´ordine di un milione di petagrammi.

Ma non sempre il calcare arriva al fondo, perché ad una certa profonditá il carbonato di calcio CaCO3 di dissolve di nuovo in ioni Ca2+ e ioni  CO32-. In questa reazione, contraria a quella della precipitazione, si assorbe la CO2 disciolta nell´acqua. Questa dissoluzione di calcare e dovuta a reazioni chimiche complesse relazionate all´aumento in profonditá  dell´aciditá dell´acqua che richiede piú ioni di carbonato per neutralizzarla.

Il livello marino dove la quantitá di CaCO3  che arriva é la stessa di quella che si dissolve (CCD: carbonate compensation depth) varia secondo gli oceani tra i 3000 e i 5000 metri di profonditá. Per questo, nelle zone dei fondali piú profondi che la CCD, i sedimenti non sono calcarei ma argillosi, perché la calcite (o l´aragonite che l´altra varietá di carbonato calcico, ma piú solubile) si disciolgono prima di toccare il fondo oceanico. Solo dove il fondo é meno profondo della CCD, i carapaci planctonici si depositano formando  si depositano formando argille calcaree, biancastre, che dopo per compattazione e diagenesi forma gli strati di roccia calcarea.

SAND-RIO

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20 pensieri su “I CICLI DEL CARBONIO 1) ASPETTI GEOLOGICI

  1. “Lo fa ad un ritmo globale di circa 0,5 PgC l´anno”

    Per curiosità, a quanto ammonterebbe il “surplus” antropogenico??

    Ciao
    Luca

      (Quote)  (Reply)

  2. Ottimo articolo Sand-rio … ho corretto un pò di errori di battitura e qualche termine geologico che dallo spagnolo all’ italiano sono diversi .
    L’ unico dubbio é come tradurre il “períodos-invernadero” a “períodos-nevera”
    A proposito credo che sia bene riportare il link del lavoro originale!

    @nitopi ok per la correzione

      (Quote)  (Reply)

  3. Bello, bello……suggerisco di mantenere sempre questo tono tranquillo, molto scientifico e un po didattico ma secondo me va bene così), senza fare polemiche verso i sostenitori del riscaldamento antropogenetico ma mettendo in dubbio le loro tesi con dei fatti concreti, come nella (buona) tradizione degli articolisti di NIA.

    Aspetto con curiosità le parti successive…..

      (Quote)  (Reply)

  4. Ci accorgeremo a poco a poco, con gli altri articoli, come la Terra cerca sempre di tornare in un nuovo equilibrio con mezzi naturali automatici. De non fosse stato cosí durante milioni di anni nessuna specie vivente (dai batteri ai microbi, dai dinosauri, ai lemuri, dalle protoscimmie all´Homo Sapiens) sarebbe apparsa sulla faccia della Terra.
    Periodos invernadeiros y periodos nevereas = periodi serra e periodi freddi

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  5. scusate se vado in OT, ma questa è un vergogna colossale che adesso ci stanno sparando di nuovo
    le UAH, dopo aver avuto il coraggio di aumentare le temperature di Luglio rispetto a quelle di Giugno adesso l’hanno fatto anche con Agosto.

    praticamente siamo passati in una fase di Nina in maniera veloce, netta e soprattutto intensa, e i satelliti che da sempre sono molto sensibili a queste variazioni, vedono le temperature aumentare.

    è una vergogna, ormai ci devono prendere in giro con qualsiasi cosa

      (Quote)  (Reply)

  6. ice2020 :

    UFFI, RIVOGLIO IL MIO GRAVATAR, DA QUANDO NN C’è PIù IL SOLE SI è UN Pò SVEGLIATO!

    ALESSSSSSSIIIIOOOOOOOOOOOOOOOO

    :lol: :lol: :lol:

    Il gravatar é legato al tuo indirizzo di email … quindi se nel profilo di altervista.org hai un email diversa da quella sul profilo di wordpress.com. Se le cose stanno così, il gravatar non viene visualizzata semplicemente perché non definito su quella mail …

      (Quote)  (Reply)

  7. Luci0 :

    ice2020 :

    UFFI, RIVOGLIO IL MIO GRAVATAR, DA QUANDO NN C’è PIù IL SOLE SI è UN Pò SVEGLIATO!

    ALESSSSSSSIIIIOOOOOOOOOOOOOOOO

    :lol: :lol: :lol:

    Il gravatar é legato al tuo indirizzo di email … quindi se nel profilo di altervista.org hai un email diversa da quella sul profilo di wordpress.com. Se le cose stanno così, il gravatar non viene visualizzata semplicemente perché non definito su quella mail …

    Grazie mille lucio!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

    Rieccolo!!!!!!!!!!!!

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  8. Nitopi :Bene…Quest’inverno spacceranno la neve per zucchero filato….
    CiaoLuca

    Peggio, continueranno a fare quello che aveva segnalato Sand: dove mancano le stazioni di misura indicheranno incredibili anomalie positive delle temperature.

    Certo, se l’Artico dovesse recuperare in modo sensibile, sarebbe difficile giustificarlo, ma vista la spiegazione fornita per l’Antartico……insomma, l’abbiamo visto, una scusa per giustificare un avanzamento dei ghiacci, volendo, si trova.

      (Quote)  (Reply)

  9. Il famoso ghiaccio bollente!!!!!

    8)

    A proposito di ghiacci e misure contraddittorie….
    Guardando le mappe sul sito dell’universita’ di Brema, ho trovato una strana sigla … NP-37…
    Spulciando in rete ho scoperto che i Russi hanno piazzato dal 2008 (e forse anche prima) una stazione derivante su ghiacci artici… (la prima e’ stata la NP36, che si e’ fatta un bel viaggio e poi e’ stata spostata (prima di finire a bagno 8) ) )
    http://www.aari.nw.ru/resources/d0014/np36/default.asp?id=info&lang=0#foto
    http://www.aari.nw.ru/resources/d0014/np37/default.asp?id=info&lang=0#foto

    Curiosando sul sito dell’organizzazione ( l’AARI) mi sono imbattuto nelle mappe russe dulla concentrazione del ghiaccio ( e direi che a loro servono parecchio in quanto tracciano le rotte commerciali con i rompighiaccio….)

    Mi e’ sembrato di notare un pelo di dissonanza, soprattutto per quanto riguarda le conentrazioni (secondo i Russi il ghiaccio e’ molto piu’ in buono stato di quanto ci vogliono far credere…

    Vi allego le mappe, per fare un confronto….

    Ciao
    Luca

      (Quote)  (Reply)

  10. Scusa ma vedo tante foto e pochissime mappe, come si confrontano con quelle che guardiamo di solito, a parte l’impressione visiva delle foto?

      (Quote)  (Reply)

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