Pochi elementi, se non nessuno, sono versatili come il carbonio. L'atomo di carbonio ha quattro elettroni di valenza, il che lo rende capace di formare più composti di qualsiasi altro elemento, e questo fatto lo rende indispensabile nello sviluppo degli organismi viventi. Questo elemento versatile e abbondante attraversa regolarmente l'atmosfera terrestre, l'idrosfera, la geosfera e la biosfera, che essenzialmente comprendono un elenco di riserve di carbonio.
L'atmosfera è particolarmente importante nel ciclo del carbonio perché è un serbatoio di anidride carbonica. L'anidride carbonica è un gas e le piante fotosintetiche nella biosfera, che costituiscono un altro importante serbatoio nel ciclo del carbonio, dipendono da esso per la respirazione. Tuttavia, l'idrosfera, che comprende tutti gli oceani del mondo, ha probabilmente un impatto più significativo, a causa del fatto che gli oceani coprono il 70% della superficie del pianeta. La geosfera, da parte sua, blocca il carbonio in strutture solide che durano millenni e lo rilascia attraverso l'attività vulcanica.
Definizione del ciclo del carbonio
Cercare di determinare dove inizia il ciclo del carbonio è un po' come cercare di determinare chi è venuto prima, la gallina o l'uovo, ma cominciamo con la geosfera. Il carbonio che è stato bloccato per secoli nella roccia sedimentaria viene rilasciato nell'atmosfera dai vulcani sotto forma di anidride carbonica. Parte di essa viene utilizzata dalle piante per la respirazione e parte si dissolve negli oceani. Alcuni ritornano anche sulla terra come sedimenti formati nel corso di eoni dall'erosione e da altri processi naturali.
Gli esseri viventi che espellono l'anidride carbonica come parte del loro processo respiratorio aiutano a mantenere la concentrazione di anidride carbonica nell'atmosfera. Inoltre, la maggior parte, ma non tutta, l'anidride carbonica che si dissolve nell'acqua di mare viene riassorbita nell'atmosfera. In questo modo, il carbonio scorre incessantemente attraverso gli ecosistemi della terra.
L'atmosfera come serbatoio nel ciclo del carbonio
L'anidride carbonica rappresenta solo circa lo 0,04% dei gas nell'atmosfera. Negli ultimi 800.000 anni la concentrazione di anidride carbonica è rimasta al di sotto delle 300 parti per milione. Tuttavia, ha iniziato a crescere durante la rivoluzione industriale e negli ultimi 50 anni è aumentata in media di 0,6 ppm ogni anno. Nel 2018, gli scienziati dell'Osservatorio di Mauna Loa alle Hawaii hanno riferito che la concentrazione era di 410,79 ppm (vedi Risorse). Gli scienziati attribuiscono l'ascesa all'attività umana.
Il rapido aumento sconvolge il ciclo del carbonio. Parte dell'anidride carbonica in eccesso viene assorbita negli oceani o utilizzata per la respirazione, ma la maggior parte di essa rimane nell'atmosfera, dove si combina con altri gas in traccia per creare un effetto di riscaldamento sul pianeta. È un gas serra e il rapido aumento della sua concentrazione atmosferica preoccupa gli scienziati.
Gli oceani sono un altro serbatoio chiave di anidride carbonica
Gli oceani assorbono circa il 25% dell'anidride carbonica atmosferica. Le creature marine sono in grado di convertirlo in conchiglie per i loro corpi che alla fine cadono sul fondo dell'oceano come sedimenti. Inoltre, le alghe e altra flora marina fotosintetizzante utilizzano l'anidride carbonica direttamente per la respirazione.
Quando l'anidride carbonica si dissolve nell'acqua di mare, produce acido carbonico. Le crescenti quantità di anidride carbonica atmosferica producono quindi un corrispondente aumento dell'acidificazione degli oceani. Questo ha un effetto dannoso sulle creature marine, perché rende i loro gusci più deboli e fragili. Ancora peggio, ad un certo punto, gli oceani diventeranno troppo acidi per assorbire altra anidride carbonica dall'atmosfera. Ciò potrebbe spingere l'aumento accelerato dell'anidride carbonica atmosferica in overdrive e causare un aumento meteorico della temperatura della superficie terrestre.