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Cambiamenti climatici - Regolazione del biossido di carbonio

 

Oggi, la crescente concentrazione di CO2 nell’atmosfera, causa dell’effetto serra, costituisce un grosso problema ambientale. Eppure, la concentrazione di biossido di carbonio nell’atmosfera dovrebbe essere tamponata perfettamente, in particolare dagli oceani. Vediamo in che modo.

Possiamo facilmente renderci conto che l’aria ed il mare sono in diretto contatto e vi è, quindi, uno scambio libero di CO2 al loro interfacciarsi; per questo motivo gli oceani sono un enorme ammortizzatore per quanto riguarda la concentrazione di CO2 nell’aria, mantenendone una quantità in soluzione nelle varie specie di ossidi, equivalente a 50 volte il contenuto dell’atmosfera: basterebbe questo a farci credere che il bruciare carbonio e petrolio dovrebbe avere ben poco effetto sulle concentrazioni atmosferiche di anidride carbonica.

Negli oceani stessi esistono meccanismi di controllo biologico delle concentrazioni di CO2, per cui avviene un deposito dell’eccesso di anidride carbonica disciolta sotto forma di rocce carbonatiche, le quali rappresentano circa 40.000 volte il contenuto atmosferico di CO2: quindi, gli oceani rappresentano un grande sistema di tamponamento della CO2 e la massa di CO2 presente nell’atmosfera è veramente esigua rispetto ai sedimenti di carbonati oceanici. Ma, nonostante questo, vi sono oggi dati schiaccianti sull’aumento delle concentrazioni di anidride carbonica nell’atmosfera, che evidentemente non riescono ad essere tamponate dagli oceani. Inoltre, al sistema tamponante oceanico bisogna aggiungere la funzione della vegetazione, che pompa dentro e fuori dall’atmosfera l’anidride carbonica: un ruolo importante in questo è svolto dalla produzione e dalla respirazione degli ecosistemi nelle terre nordiche.

Una delle spiegazioni del perché il sistema tampone del carbonio non è istantaneo nella sua azione, è che gli oceani lo assorbono lentamente: pur se l’eccesso di CO2 è dissolto nelle onde, il soluto viene portato in profondità con tempi molto più lunghi, a causa del lento rimescolamento delle acque oceaniche.

Ma per una considerazione globale di quali siano le cause dell’aumento di CO2, bisogna considerare che vi sono, dal punto di vista dell’atmosfera, sorgenti di carbonio (riserva che possa aggiungere biossido di carbonio all’aria) e depositi di carbonio (qualsiasi riserva in cui la CO2 atmosferica possa essere drenata). I vulcani, geologicamente parlando, sono la fonte più importante, ma non possono essere imputati della concentrazione maggiore di CO2 oggi presente nell’aria. Rimangono imputabili come sorgenti i combustibili fossili, le parti organiche degli ecosistemi, viventi o morti, ma anche gli oceani stessi. Questo perché il sistema tamponante oceanico nella sua efficacia viene influenzato dalla stessa concentrazione di CO2, dalla temperatura e dalla chimica dell’oceano. In particolare la temperatura è importante, poiché da essa dipende la solubilità dell’anidride carbonica, nel senso che questa solubilità diminuisce nel momento in cui l’acqua si riscalda. Quindi, il riscaldamento globale, che, così come appurato dai recenti studi riportati dai Report IPCC, comprende anche l’innalzamento delle temperature oceaniche, può far sì che gli oceani diventino sorgenti e non possano assolvere in pieno la funzione di depositi di CO2.

I cambiamenti nell’atmosfera delle quantità di gas ed aerosol ad effetto serra, della radiazione solare e delle proprietà della superficie terrestre alterano il bilancio energetico globale del sistema climatico. L’IPCC definisce questi diversi cambiamenti in termini di forzante radiativo, misura dell’influenza che un fattore ha nell’alterare il bilancio di energia in entrata e in uscita nel sistema Terra-Atmosfera: è un indice dell’importanza del fattore stesso nel meccanismo di cambiamento climatico, usato per valutare come i fattori antropici e naturali influenzino la tendenza al riscaldamento o al raffreddamento del clima globale.

Dai tempi pre-industriali, le concentrazioni nell’atmosfera di diossido di carbonio (CO2), metano (CH4), e monossido di azoto (chiamato anche ossido di azoto, protossido di azoto od ossido nitroso) (N2O), sono salite rispettivamente di circa il 31%, il 151% ed il 17%. L’incremento globale della concentrazione di anidride carbonica è principalmente dovuto all’uso di combustibili fossili ed a cambiamenti di uso del suolo, mentre gli incrementi di metano e protossido di azoto sono principalmente dovuti ai processi dell’agricoltura.

Tra i gas serra, il diossido di carbonio rappresenta la causa più importante del cambiamento climatico di origine antropica. La concentrazione globale di anidride carbonica è cresciuta da un valore pre-industriale (nel 1750) di circa 280 ppm ad un valore di 382  ppm nel 2005 (ppm significa parti per milione, si utilizza anche  ppb, parti per miliardo: rappresentano il rapporto fra il numero di molecole di gas serra e il numero totale di molecole di aria secca. Ad esempio 300 ppm significa che vi sono 300 molecole di gas serra per milione di molecole di aria secca). I primi dati a conferma del fenomeno furono forniti da un osservatorio installato nel 1957 sulla vetta del vulcano Mauna Loa nelle Hawaii, allo scopo di acquisire dati sui parametri chimici dell’aria in un ambiente remoto incontaminato. Si scoprì che le concentrazioni di CO2 aumentavano dello 0,5% l’anno, salendo da 315 ppm nel 1958 a 382 nel 2005.

 

 Aumento della concentrazione di biossido di carbonio

 

La concentrazione atmosferica di anidride carbonica nel 2005 ha superato notevolmente il range naturale degli ultimi 650.000 anni (da 180 a 300 ppm), come determinato dall’analisi delle bolle di gas nelle carote di ghiaccio di Vostok (un tipo di analisi che ha rivoluzionato la conoscenza della storia del clima, permettendo uno studio esteso a molte migliaia di anni, in quanto fornisce informazioni sulla composizione dell’atmosfera nel momento in cui si depositò la neve successivamente ghiacciatasi).

Il tasso annuo di crescita della concentrazione di anidride carbonica negli ultimi dieci anni (con una media tra il 1995 ed il 2005 di 1.9 ppm all’anno) è stato il più alto da quando sono iniziate le misurazioni dell’atmosfera (la media tra il 1960 ed il 2005 è di 1,4 ppm all’anno), nonostante vi sia una variabilità da un anno all’altro nei tassi di crescita. La fonte principale dell’incremento della concentrazione atmosferica di anidride carbonica rispetto al periodo pre-industriale deriva dall’uso dei combustibili fossili e dai cambiamenti di uso del suolo, anche se questi ultimi apportano un contributo minore, ma pur sempre significativo.

Secondo alcuni studi, la concentrazione di CO2, prima della fine di questo secolo, potrà superare 500 ppm, ma la cosa preoccupante è che non si conoscono con certezza gli effetti di queste concentrazioni elevate sui processi ecologici. Sappiamo che nel processo di fotosintesi l’anidride carbonica svolge un ruolo fondamentale, infatti ad elevate concentrazioni molte specie di piante hanno una crescita rigogliosa: ecco perché viene immessa nelle serre per accelerare la crescita delle vegetazioni. Ma ciò che potrebbe avvenire nel mondo reale, ovvero il modo in cui le piante potrebbero reagire ad elevate concentrazioni di CO2, non è chiaro.

Vi sono attualmente degli esperimenti, denominati FACE (Free Air Carbon Enrichment), che prevedono la coltivazione di piante in ambienti in cui vi è arricchimento di carbonio in aria libera, ossia non racchiuso in ambienti delimitati. Vengono fatti per poter ricreare al massimo le condizioni che si avrebbero in natura qualora la concentrazione di CO2 nell’atmosfera raggiungesse realmente  i 500 ppm. I risultati di tali esperimenti dimostrano che la reazione delle piante alla maggiore concentrazione di CO2 ed alla fertilizzazione con azoto, dipendono in gran parte dal numero di specie presenti nelle aree sperimentali, ovvero, le piante coltivate con concentrazioni maggiori di CO2 ed azoto aumentavano la loro biomassa e traevano maggiori benefici se si trovavano in aree sperimentali con 9 o 16 specie vegetali. Infatti, se anche nelle aree coltivate con una sola specie vi era reazione positiva all’aumento di CO2 in termini di aumento di biomassa, quindi di crescita rigogliosa, le piante poste nelle aree coltivate con parecchie specie vegetali con differenti funzioni biologiche reagivano molto meglio.

Altri studi hanno poi evidenziato, d’altro canto, che, a fronte di un aumento di biomassa, molte piante coltivate con elevate concentrazioni di CO2 sono penalizzate dal punto di vista nutrizionale e possono divenire meno utili per certi impieghi.

Quello che è importante sapere è che, se le concentrazioni di CO2 continueranno a salire, le condizioni e gli effetti potranno permanere per molti anni: quindi,  la ricerca aiuta a capire come le piante e gli altri organismi reagiranno a questo e, di conseguenza, come l’uomo potrà adattarsi alle sfide che ha di fronte, non potendo più contare su alcune specie vegetali per quanto riguarda, ad esempio, la nutrizione.

 

Cause dell'aumento di biossido di carbonio

Le cause dell’incremento nell’atmosfera di CO2 sono da ricercarsi principalmente in attività umane quali il bruciamento, la produzione, la distribuzione ed il consumo dei combustibili fossili per usi energetici, di trasporto ed industriale (che causano il 49% del riscaldamento globale),  i processi industriali tra cui, ad esempio, la fabbricazione del cemento (24%),  ed in eventi quali incendi nelle foreste e nelle praterie, ovvero la deforestazione (14%).

I combustibili fossili bruciando in un tempo minore rispetto a quello impiegato dai meccanismi di tamponamento oceanico per assorbire l’anidride carbonica presente nell’aria: una parte di CO2 rimane nell’atmosfera per moltissimi anni, circa 120, contribuendo ad un aumento dell’effetto serra. In un anno vengono bruciati 5 miliardi di tonnellate di carbonio sottoforma di combustibili fossili, tutti materiali che si estraggono dalla crosta terrestre. Considerando che una tonnellata di carbonio produce 37 tonnellate di anidride carbonica, ogni anno vengono così immesse nell’atmosfera 185 miliardi di tonnellate di anidride carbonica.

Ogni anno, inoltre, vengono distrutti circa 200.000 Km2 di foresta tropicale (una estensione pari all’intera Inghilterra). Soltanto in Brasile scompare, in un anno, circa un milione di ettari di verde, mentre l’Africa assiste ad una preoccupante avanzata dei deserti.

In tutto ciò vi è anche un aspetto paradossale. Infatti gli effetti dei gas serra tendono ad essere antagonizzati dagli aerosol: cosa significa?

Significa che gli aerosol di fuliggine e di solfati, prodotti da alcune delle stesse attività umane che producono CO2, possono, per esempio, schermare l’area urbana riducendo le temperature dell’aria al suolo in maniera uguale o superiore a quella in cui le aumentano i gas serra. Secondo il WRMC (Word Radiation Monitorin Center), con sede a Zurigo, l’inquinamento da particolari aerodispersi e gli aerosol di solfati hanno attenuato del 10% le radiazioni solari, specie sulle aree industriali. Quindi, paradossalmente, la riduzione di tali inquinanti intensifica il riscaldamento globale, permettendo a maggiori quantità di radiazioni solari di raggiungere la superficie terrestre. Ma, allo stesso tempo, conosciamo benissimo quelli che sono gli ingenti danni dell’inquinamento atmosferico a livello ambientale e di salute umana, animale e vegetale.

Purtroppo non è facile rendersi conto di quanto ciascuno di noi contribuisca alla produzione ed all’immissione nell’atmosfera di anidride carbonica. Ma per averne anche solo una semplice idea possiamo calcolare quanta CO2 introduciamo nell’atmosfera ogni volta che percorriamo 100 Km in automobile, consumando 10 litri circa di benzina. Poiché 10 Kg di benzina producono circa 10 Kg di CO2, e sappiamo che la massa molare della CO2 è di 46 g/mol, ogni 100 Km gettiamo nell’atmosfera

                                                              10000 g

                                           ─────────────    200 moli di CO2

                                                              46 g/mol

 

Poiché sappiamo dalla legge di Avogadro che una mole di gas in qualsiasi condizione di temperatura e pressione occupa circa 20 L, 200 moli di CO2 occupano

 

                  200 mol  x   20 (l/mol) = 4000 l = 4 m3

                         

Quindi, ogni volta che percorriamo 100 Km con la nostra auto, gettiamo nell’atmosfera un volume di CO2 pari circa al volume dell’abitacolo della nostra stessa automobile!

Provate ora voi a fare un po’ di calcoli: se una persona percorre almeno 30 Km ogni giorno, quanta CO2 immetterà ogni anno nell’atmosfera? Sono cifre preoccupanti.

L'uso dei combustibili fossili produce circa la metà delle emissioni antropiche di gas serra ed i trasporti rappresentano circa la metà dei consumi di combustibili fossili. Usare meno l’automobile, scegliere veicoli efficienti, adottare provvedimenti di risparmio energetico, sono alcune delle più importanti scelte personali nello sforzo di combattere il riscaldamento globale.