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Il calcare, il ciclo del carbonio e la sua influenza sul clima

Come già sappiamo, se i gas serra non esistessero, la temperatura della Terra sarebbe di circa 30 °C più bassa. Sono quindi essenziali per la nostra esistenza. Tuttavia, ce n’è uno che è cresciuto enormemente nel nostro tempo di industrializzazione, stiamo parlando di Anidride Carbonica CO2.

Antecedentemente della rivoluzione industriale la concentrazione di CO2 nell’atmosfera era di circa 280 parti per milione e recentemente ha già superato i 400 ppm. Per questo motivo è considerato il principale responsabile dell’attuale cambiamento climatico.

Indipendentemente dalle emissioni di origine antropica derivanti dall’uso di combustibili fossili, la quantità di CO2 nell’atmosfera è regolata da due cicli principali. Esiste un ciclo a breve termine tra fotosintesi, respirazione, decomposizione, combustione e interramento di materia organica (ciclo organico) e un ciclo a lungo termine tra sedimentazione, erosione e vulcanismo delle rocce terrestri (ciclo inorganico).

Quando la CO2 reagisce con l’acqua, forma Acido Carbonico:

CO2 + H2O <=> H2CO3

Che è molto efficace nel dissolvere le rocce, in particolare i silicati che sono molto presenti nella crosta terrestre:

CaSiO3(roccia silicatica) + 2 CO2 + 3 H2O => Ca2+ + 2 HCO3 + Si(OH)4

In questa reazione, la CO2 proviene sia dall’acqua piovana che dalla materia organica che marcisce, cioè dalla respirazione microbica.

Gli ioni Calcio e Bicarbonato rilasciati vengono trasportati dai fiumi nell’oceano. Nell’oceano, gli organismi usano ioni per formare conchiglie di Carbonato di Calcio:

Ca2+ + 2 HCO3 => CaCO3 (Carbonato di Calcio)+ CO2 + H2O

Quindi, se iniziamo il processo con due molecole di CO2 , più l’erosione, si otterranno due Bicarbonati che formino un guscio di carbonato e rilasciano una sola molecola di CO2 nell’atmosfera. Pertanto, questo processo di erosione e sedimentazione rimuove una molecola di CO2 dall’atmosfera.

Numerose specie marine costruiscono conchiglie e scheletri protettivi in Carbonato di Calcio. Sebbene vongole, ostriche e altri grandi organismi possano sembrare ovvi esempi, la maggior parte del Carbonato di Calcio oceanico è prodotto da alghe microscopiche di fitoplancton (coccolitofori) e da specie animali di zooplancton (foraminiferi e pteropodi). La calcite o aragonite così formata costituisce lo scheletro e la conchiglia con la cuale questi microrganismi sono protetti.


Al contrario, le diatomee, un’importante varietà di alghe fitoplanctoniche, e i radiostrati, una varietà di zooplancton, costruiscono conchiglie silicee non calcaree.

Così, nel corso della storia geologica, il carbonio si è accumulato in spessi strati di rocce calcaree che alla fine hanno creato il più grande deposito di carbonio sulla Terra.

Ma la calcite non sempre raggiunge i fondali perché ad una certa profondità il Carbonato di Calcio viene nuovamente disciolto in ioni di Calcio e Bicarbonato e CO2. Ciò è dovuto al fatto che con la profondità, l’acqua di mare diventa acida. Questa profondità varia a seconda degli oceani e varia da 3.000 a 5.000 m di profondità. Per questo motivo, nelle zone più profonde dei fondali, i sedimenti non sono calcarei ma argillosi, poiché la calcite si scioglie prima che raggiunga il fondo dell’oceano. Solo in terreni poco profondi si depositano le conchiglie planctoniche che formano fanghi calcarei biancastri, la cui successiva compattazione formerà strati di roccia calcarea.

A causa della tettonica a zolle, si arriverà al momento in cui il Carbonato di Calcio reagirà con la silice ad una temperatura e pressione molto elevate:

CaCO3 (Carbonato di Calcio) + SiO2 (quarzo) -> CaSiO3 (rocce silicee) +CO2

Il vulcanismo rilascia di nuovo una molecola di CO2

L’equazione semplificata per il ciclo della roccia sarebbe:

CaSiO3 (rocce silicee) +CO2 <=> CaCO3 (Carbonato di Calcio) + SiO2

(Erosione)                                               (Metamorfismo)

La sedimentazione chimica e l’erosione delle rocce silicee portano l’equazione a destra e consumano una molecola di CO2 dall’atmosfera e il vulcanismo spinge l’equazione a sinistra e rilascia una molecola di CO2 nell’atmosfera.

Molti ritengono che l’erosione delle rocce silicee faccia parte di un ciclo di feedback negativo: se la temperatura aumenta, la decomposizione delle rocce aumenta e consuma più CO2 dall’atmosfera, abbassando così l’effetto serra e abbassando la temperatura. Al contrario, con temperature più basse, l’erosione diminuisce, consuma meno CO2 che si accumula nell’atmosfera generando un effetto serra più intenso che produrrà più calore. In questo modo il ciclo del carbonio potrebbe regolare la temperatura terrestre.

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