Per capire ancor di più le cose dette in precedenza bisogna
sapere in particolare quali sono i cicli biogeochimici. Dato che i cicli dei
nutrienti implicano sia gli organismi viventi che l’ambiente fisico, essi sono
anche indicati come cicli biogeochimici. Tra i cicli gassosi troviamo il ciclo
dell’azoto, il ciclo dell’acqua e il ciclo del carbonio. Prima di dare
un’occhiata ai cicli gassosi ,parliamo un attimo dell’atmosfera.
L’atmosfera è composta da un miscuglio di gas che circondano
la terra. Essa raggiunge la massima densità al livello del mare e diminuisce
rapidamente di spessore verso l’alto. Il 97% si trova entro i primi 29 km dalla
superficie della terra, e il limite superiore può approssimativamente essere
posto ad un’altitudine di 10.000 km. Dalla superficie terrestre fino ad
un’altitudine di circa 80 km la
composizione chimica è omogenea ed è costituita da azoto con il 78%, e ossigeno
con circa il 21%.Il rimanente è costituito da argon e altri gas. L’anidride
carbonica sebbene sia presente con solo
circa lo 0,033% è un gas molto importante per la sua attitudine ad assorbire
calore, così da permettere il riscaldamento della bassa atmosfera per mezzo
della radiazione termica proveniente dal sole e dalla superficie terrestre.
La principale riserva di azoto è l’atmosfera, che come detto
ne contiene il 78 %.Tuttavia la maggior parte dei viventi non può usare l’azoto
elementare presente nell’atmosfera per la sintesi di amminoacidi e di altri
composti azotati e perciò dipende da composti più reattivi dell’azoto, quali
l’ammonio e il nitrato presenti nel suolo. Sfortunatamente questi composti non
sono abbondanti come l’azoto gassoso. Così, la carenza di azoto nel suolo è
spesso il più importante fattore limitante per la crescita delle piante. Il
processo mediante il quale questa limitata quantità di azoto circola e ritorna
in ciclo attraverso gli organismi viventi è conosciuto come ciclo dell’azoto.
Le principali tappe di questo ciclo sono l’ammonificazione, la nitrificazione,
e l’assimilazione. Gran parte dell’azoto presente nel suolo deriva dalla
materia organica morta: qui l’azoto è presente sotto forma di composti organici
complessi quali proteine, amminoacidi, acidi nucleici e nucleotidi. Questi
composti azotati, sono generalmente decomposti velocemente in composti più
semplici dai
batteri saprofiti del suolo e dai
funghi. Questi organismi incorporano l’azoto negli
amminoacidi e nelle proteine e rilasciano l’azoto in eccesso sotto forma di
ioni ammonio in un processo noto con il nome di ammonificazione.
Successivamente in alcuni suoli i batteri
nitrificanti convertono l’ammonio, in nitrito e quindi in nitrato. I
batteri del genere
Nitrosomonas convertono l’ammonio in nitriti e quelli del genere
nitrobacter , convertono i nitriti in nitrati. Il
nitrito è tossico per le piante, ma raramente si accumula nel terreno. Mentre
il nitrato, è la forma nella quale tutto l’azoto è assorbito dalla maggior
parte delle piante.
La
nitrificazione è fortemente favorita
dalla pratica dell’aratura che promuove l’ossidazione (apporto di ossigeno al
terreno).Inoltre, la maggior parte dei fertilizzanti azotati in commercio
contengono ioni ammonio o urea che nel terreno si degrada a ioni ammonio. Lo
ione ammonio è convertito a nitrato per nitrificazione.( Su questa ultima parte
accenderò un intenso dibattito).
L’azoto entra continuamente nell’atmosfera grazie all’azione
di batteri denitrificanti ed altrettanto continuamente ritorna nel ciclo
attraverso l’azione di batteri azoto-fissatori. Il processo di denitrificazione
è un processo anaerobio (assenza di ossigeno), in cui il nitrato è ridotto a
forme gassose, quali l’azoto molecolare e il protossido di azoto che ritornano
in atmosfera. Questo processo è effettuato da numerosi microrganismi. E’ noto
da lungo tempo che le condizioni di carenza di ossigeno necessarie per la
denitrificazione sono tipiche dei suoli inondati e di habitat quali le paludi e
gli acquitrini, o all’interno di aggregati del terreno in assenza di acqua in
eccesso. La disponibilità di materia organica fresca facilmente decomponibile
fornisce la fonte di energia richiesta ai batteri denitrificanti e, se le altre
condizioni sono favorevoli, promuove la denitrificazione. Il processo di
fissazione dell’azoto è il processo attraverso il quale l’azoto atmosferico è
ridotto (aggiungo idrogeni), ad ammonio reso disponibile per l’incorporazione
in composti organici per formare amminoacidi e altri composti azotati. La
fissazione dell’azoto, che può essere effettuata solo DA ALCUNI BATTERI , E’ UN
PROCESSO DAL QUALE DIPENDONO TUTTI GLI ORGANISMI VIVENTI, così come la maggior
parte degli organismi viventi dipende dalla fotosintesi per l’energia loro
necessaria. I batteri azoto fissatori possono essere classificati in base al
tipo di metabolismo trofico: quelli che vivono liberi (non simbionti) e quelli
che vivono in associazioni simbiontiche con alcune piante vascolari.
A livello globale, il ciclo del
carbonio ed il ciclo dell’acqua sono i cicli biogeochimici più importanti dato
che il carbonio è l’elemento di base per la vita e l’acqua è indispensabile per
ogni organismo vivente. Entrambi i cicli sono caratterizzati da pool di riserva
atmosferici piccoli, ma molto attivi, che sono vulnerabili alle perturbazioni
provocate dall’uomo che, a loro volta possono cambiare le condizioni metereologiche
ed il clima influenzando pesantemente le condizioni di vita sulla Terra.
Il ciclo dell’acqua implica il movimento dell’acqua per
evaporazione dagli oceani, la riserva più grande, all’atmosfera, la riserva più
piccola, quindi attraverso le precipitazioni (piogge) essa cade sulla
superficie terrestre e a seguito di infiltrazioni e scorrimenti sui continenti,
ritorna agli oceani .Parte dell’acqua che precipita al suolo ritorna direttamente in atmosfera a seguito
dell’evapotraspirazione della vegetazione e dell’evaporazione. La riserva di
acqua della Terra è stabile e usata più e più volte. La maggior parte
dell’acqua (98%) si trova negli oceani, nei laghi e nei fiumi. Del rimanente
2%,una parte si trova sotto forma di ghiaccio nelle calotte polari e nei
ghiacciai, una parte si trova nel suolo, una parte nell’atmosfera come vapore,
e una parte nella biomassa degli organismi. La radiazione solare compie il
lavoro dell’evaporazione negli oceani, laghi, fiumi e dalla superficie umida
del suolo nonché dai corpi degli organismi viventi riportando l’acqua
nell’atmosfera da dove essa ricade sotto forma di pioggia. L’evaporazione è
maggiore delle precipitazioni sugli oceani e questo determina un flusso netto
di vapor d’acqua, trasportato dal vento ,dall’oceano verso le terre emerse. Più
del 90% dell’acqua evaporata sulle terre emerse deriva dalla traspirazione
(l’evaporazione dell’acqua dal terreno più la traspirazione delle piante è
definita evapotraspirazione).Una parte dell’acqua che cade sul terreno percola
attraverso il suolo fino a raggiungere una zona di saturazione. Nella zona di
saturazione tutti i pori e le spaccature della roccia sono pieni d’acqua. Sotto
la zona di saturazione c’è la roccia compatta nella quale l’acqua non può
penetrare. La superficie superiore della zona di saturazione è la falda
freatica.
Il ciclo del
carbonio è legato prevalentemente alla variazione
di co2 nel ciclo. L’uso dei combustibili fossili, insieme con l’agricoltura e
la deforestazione determina l’aumento di co2 nell’atmosfera. Può sembrare
sorprendente che l’agricoltura provochi una perdita netta di co2,ma questo
avviene poiché la co2 fissata dalle colture non compensa la co2 rilasciata dal
suolo, soprattutto a seguito di
frequenti arature. Le foreste, per esempio sono trappole per il carbonio, per
cui la riforestazione su larga scala potrebbe ridurre la velocità del riscaldamento
globale. In pratica la co2 è inglobata negli organismi (come altre molecole o
sostanze) sotto forma di biomassa. Basta guardarci intorno per capire come le
istituzioni e le persone abbiano capito questo! Il mare, è un tampone della co2
atmosferica molto importante, poiché il mare e l’atmosfera sono in equilibrio
tra di loro. La co2 nel mare si trova sotto forma di carbonati e bicarbonati.
Tornando al discorso del disequilibrio, l’effetto serra è un altro buon esempio
per evidenziare come un’alterazione
degli ecosistemi porti ad un svantaggio globale. L’effetto serra consiste nel
surriscaldamento del clima della Terra attribuito all’aumentata concentrazione
di co2 e altri inquinanti gassosi nell’atmosfera. Essi assorbono le radiazioni
infrarosse emesse dalla terra, riscaldata dal sole, e riflettono la maggior
parte dell’energia termica assorbita verso la Terra determinando in tal modo il
riscaldamento globale.
Tra i cicli
sedimentari troviamo il ciclo del fosforo.
Il ciclo del fosforo è un po’ più semplice del ciclo
dell’azoto poiché il fosforo si trova in poche forme chimiche. Tende a
circolare con le sostanze organiche in forma di fosfato (po4) e dopo la
decomposizione il fosfato risulta di nuovo disponibile per le piante. La più
grande riserva del fosforo è rappresentata dai depositi di apatite (minerale)
formatisi nelle ere geologiche. Le attività umane accelerano il tasso di
perdita del fosforo rendendo questo ciclo sempre meno ciclico.
Ora, dopo aver
discusso sui cicli biogeochimici, spostiamo per un attimo la nostra
attenzione sul suolo.
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