Il ciclo del carbonio consiste nell’interscambio dinamico in cui il carbonio è scambiato tra la geosfera, l’idrosfera, la biosfera e l’atmosfera della Terra tramite reazioni chimiche e processi fisici, biologici e geologici.
Ciclo biologico
Il ciclo del carbonio può essere diviso in un:
- ciclo biologico che avviene in tempi relativamente brevi
- ciclo geologico che avviene in tempi che possono arrivare a milioni di anni.
Il carbonio infatti può essere immagazzinato per lunghi periodi di tempo nell’atmosfera, nelle acque principalmente oceaniche, nel suolo, nei combustibili fossili e all’interno della Terra.
La quantità di biossido di carbonio nell’atmosfera è influenzata dalla riserva di carbonio negli oceani e viceversa. Il biossido di carbonio presente nell’atmosfera si solubilizza in acqua dando luogo ai seguenti equilibri:
CO2 + H2O ⇌ H2CO3 ⇌ H+ + HCO3– ⇌ CO32- + 2 H+
L’acido carbonico formatosi a seguito della reazione del biossido di carbonio con l’acqua rende le piogge debolmente acide. Esse raggiungono la superficie della terra entrando in contatto con i minerali che subiscono una lieve solubilizzazione.
Formazione del carbonato di calcio
Gli ioni ottenuti, tra cui lo ione calcio, sono trasportati da acque superficiali come torrenti e fiumi verso il mare con formazione del carbonato di calcio .
Esso costituisce uno dei maggiori componenti del guscio di organismi marini i cui resti, una volta morti, tendono ad affondare diventando parte del sedimento di fondo dell’oceano.
Nel corso del tempo il sedimento si trasforma in calcite che costituisce il più grande serbatoio di carbonio sulla Terra.
I movimenti tettonici che si verificano sulla crosta terrestre possono:
- sospingere verso l’alto questi sedimenti formando delle catene montuose
- spingerli sotto la crosta terrestre nella fornace magmatica da cui ritornano in circolo sotto forma di CO2 a seguito di eruzioni vulcaniche o da sorgenti idrotermali.
Sulla terra il carbonio è immagazzinato sia sotto forma di:
- carbonio organico derivante dalla decomposizione di organismi viventi
- carbonio inorganico dall’erosione causata da agenti atmosferici delle rocce.
Al di sotto della crosta terrestre si formano inoltre i combustibili come il gas naturale e il petrolio.
Essi derivano dalla fermentazione anaerobica di materiale biologico in decomposizione che si formano in milioni di anni e dalla cui combustione si forma biossido di carbonio che viene rilasciato nell’atmosfera.
Fotosintesi
Nel ciclo biologico del carbonio quest’ultimo, sotto forma di biossido di carbonio entra nella biosfera e, tramite la fotosintesi si trasforma in composti organici.
La fotosintesi è una serie complessa di reazioni che avvengono nelle alghe, nelle foglie e negli organismi autotrofi fotosintetizzati presenti nel plancton.
Nel corso della fotosintesi questi organismi, con la mediazione della clorofilla, utilizzano il biossido di carbonio e l’acqua per trasformarli grazie all’azione della luce solare in glucosio e ossigeno:
6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2
Gli zuccheri semplici vengono poi convertiti in altre molecole come amido, grassi, proteine, enzimi, DNA e RNA, ovvero tutte le altre molecole presenti nelle piante viventi.
Le piante e gli animali usano i carboidrati e i loro derivati attraverso la respirazione in cui l’energia contenuta negli zuccheri è convertita in biossido di carbonio, che a sua volta viene rilasciato nell’atmosfera