Torna all'Indice Generale - Versione Grafica
Sostenibilità - Il punto di vista delle Scienze Naturali
La capacità del pianeta di mantenersi in equilibrio si fonda sul completo riutilizzo delle risorse, il quale avviene attraverso i cicli degli elementi; ogni singolo atomo viene utilizzato e scambiato molte volte prima di finire sepolto in qualche serbatoio naturale dal quale riemergerà solo dopo molto tempo grazie alle dinamiche geologiche. Questo meccanismo garantisce la continua disponibilità delle risorse per gli organismi viventi.
Introduzione
L'analisi dei cicli degli elementi mette in rilievo una dinamica caratteristica che regola il Pianeta: il costante scambio di risorse tra organismi diversi e tra gli organismi e la frazione inorganica. I cicli che si possono riconoscere si pongono su scale temporali diverse a seconda che investano solo le componenti geo o anche le componenti bio. I tempi della geologia sono lunghi e richiedono passaggi di milioni di anni, mentre gli esseri viventi compaiono all'interno di scale decisamente più brevi.
Possono nascere delle forti problematiche se una specie vivente inizia ad interagire con un ciclo geochimico (di per sé caratterizzato da tempi lunghissimi), prelevando risorse ad un ritmo di gran lunga superiore ai loro tempi di rinnovamento.
L'uomo sperimenta l'insostenibilità del proprio agire esattamente nel momento in cui tenta di forzare i tempi ai cicli naturali: il consumo di risorse eccede la capacità di rigenerazione del sistema e l'equilibrio si rompe.Le Scienze Naturali guardano alla ricerca di sostenibilità dal punto di vista degli ecosistemi, dalla consapevolezza delle dimensioni limitate del pianeta, dall'analisi dei processi antropici letti alla luce dei cicli biogeochimici.
Cicli biogeochimici
Fasi del ciclo
Processi di circolazione ciclica delle sostanze chimiche inorganiche e organiche che si svolgono in condizioni di stato stazionario, alimentati da un flusso regolare di energia solare e realizzati per mezzo di esseri viventi organizzati in reti alimentari.
Il suffisso BIO indica le componenti biotiche del sistema (biocenosi) e quello GEO le componenti non viventi (biotopo).
Fase BIOLOGICA. Rappresenta la fase di RICICLO delle sostanze inorganiche (ciclizzazione dei nutrienti) e di RISERVA temporanea delle sostanze organiche.
Fase GEOLOGICA. Rappresenta la fase di RISERVA delle sostanze inorganiche entro SERBATOI che contengono la maggior quantità delle sostanze (atmosfera, idrosfera e litosfera) nei diversi stati della materia (gassoso, liquido e solido).
I serbatoi
Le SOSTANZE si muovono da un SERBATOIO all’altro con una data VELOCITÀ (espressa in tonnellate/anno).
Le SOSTANZE stazionano in un SERBATOIO per un certo periodo prima di essere rimobilizzate, questo tempo (espresso in anni) rappresenta il TEMPO DI RESIDENZA.
Le SOSTANZE si rinnovano in un SERBATOIO in un certo periodo di tempo, mantenendo pressoché costante (in equilibrio dinamico) la quantità totale contenuta (BILANCIO). Tale tempo (espresso in anni) rappresenta il TEMPO DI TURNOVER o DI RINNOVAMENTO (tempi biologici/tempi geologici).
Ciclo biogeochimico del Carbonio
Il ciclo nella sua componente geochimica
Esiste la possibilità di seguire il ciclo del Carbonio, prescindendo dalla componente biologica: si ottiene il ciclo geochimico del Carbonio.
Nell'atmosfera, si ha la combinazione della CO2 con l'acqua ad ottenere acido carbonico, solubile, il quale attraverso le precipitazioni entra a far parte dell'idrosfera. Qui il Carbonio - disciolto nell'acqua sotto forma di H2CO3, HCO3-, CO32- - partecipa ad alcune reazioni con i minerali delle rocce, con formazione di argille, silice, carbonati.
Negli oceani avviene una reazione in equilibrio tra la formazione di Calcio + HCO3- e CaCO3 + H2O + CO2.
Il CaCO3 tende a precipitare sui fondali oceanici (anche in forma indiretta, attraverso gusci e strutture di organismi marini, come molluschi, foraminiferi, coralli), dove anche a causa di eruzioni vulcaniche si assiste all'alterazione di rocce silicatiche ed alla cattura di CO2 per formare ulteriore CaCO3 e SiO2.
Da questo momento in poi, il Carbonio entra nella sua fase più lenta, quella cioè in cui il CaCO3, sprofonda via via dai fondali oceanici fino ad entrare nel riciclo innescato dalla tettonica delle placche, con i suoi meccanismi vulcanici, la produzione di magma e CO2 restituita all'atmosfera. Naturalmente la parte del ciclo che interessa la tettonica delle placche ha tempi molto più lunghi delle precedenti e si misura in decine, centinaia o milioni di anni.
La tettonica delle placche si comporta come un motore per il ciclo del Carbonio e l'energia grazie alla quale si alimenta è l'energia endogena del pianeta.
Un'altra osservazione importante è quella che sottolinea come la CO2 riesca ad uscire dall'atmosfera, grazie alla presenza dell'idrosfera, cioè alle condizioni che permettono l'esistenza di acqua allo stato liquido.
La fase bio del ciclo e la formazione dei combustibili fossili
In realtà, il ciclo che osserviamo sulla Terra comprende il passaggio degli atomi di Carbonio attraverso un'importante serie di organismi viventi: è il ciclo biogeochimico del Carbonio.
Il contributo principale dato dagli organismi viventi al ciclo del Carbonio è rappresentato dai processi di fotosintesi e respirazione, i quali processano importanti quantità di CO2; nella fotosintesi la CO2 è sottratta all'atmosfera ed inserita in parte nella biosfera sotto forma di materiale vivente, in parte restituita nuovamente attraverso la respirazione che garantisce produzione di energia.
Il Carbonio sottratto come CO2 all'atmosfera dai fotosintetizzatori e utilizzato per la produzione di biomassa tende ad essere restituito dall'opera degli organismi decompositori in parte direttamente all'atmosfera (CO2), in parte attraverso processi molto più lunghi che includono la formazione di giacimenti di combustibili fossili.
Infatti una parte della biomassa, dopo la morte degli organismi, può precipitare sul fondale oceanico, venire sepolta e qui trasformarsi - in assenza di Ossigeno - in combustibili fossili. Questi restano nella litosfera per molto tempo e rappresentano una frazione di Carbonio sottratta al ciclo biologico ed immessa nel ciclo geologico.