Moi Maria Ausilia , Muggiri Annarella

Piano Lauree Scientifiche
Istituto Superiore “A.Businco” Jerzu
Sistemi tampone naturali:l’impatto sulla
vita e sull’ambiente: CICLO CO2
                 Docenti:
Moi Maria Ausilia , Muggiri Annarella
         Anno scolastico 2010/2011
     Classi: IIIA, IVB, IVC Liceo Scientifico,
               IIA Tecnico Commerciale

UN PO’ DI STORIA DEL DIOSSIDO DI
             CARBONIO

Allo studioso belga Jan Baptist van Helmont
(1588-1644) è stata attribuita l'invenzione del
termine gas. Egli fu il primo ad affermare che
il gas prodotto dalla combustione del carbone
(gas silvestre) era lo stesso che evolve dal
mosto in fermentazione.

LA CALCINAZIONE
 Nel 1755 il medico scozzese J. Black capisce
che il gas che si svolge dalla calcinazione, è
proprio il gas silvestre di van Helmont e lo
rinomina “aria fissa” introducendo l’ipotesi che
fosse una miscela di più componenti

         Reazione di calcinazione
         CaCO3 → CaO + CO2

Caratteristiche chimico-fisiche
.

    Il diossido di carbonio a temperatura e
    pressione ambiente è un gas incolore e
    inodore. La molecola è lineare; ognuno dei
    due atomi d'ossigeno è legato tramite un
    doppio legame covalente all'atomo di
    carbonio (O=C=O). L'angolo di legame di
    180° rende la molecola apolare. Il
    carbonio ha numero di ossidazione +4.

CICLO DEL CARBONIO
         Il ciclo del carbonio si divide in:

ciclo biologico: passaggio del carbonio dalle
piante agli animali e all'ambiente.

ciclo geochimico: passaggio dalle rocce
sedimentarie superficiali all„idrosfera alla
biosfera e all‟atmosfera.

CICLO BIOLOGICO DEL CARBONIO

Alla base del ciclo biologico c'è la
reazione di combinazione, nei
vegetali, dell'anidride carbonica
presente nell'atmosfera con l'acqua
presente nelle cellule vegetali, con
la formazione di molecole
organiche e liberazione di ossigeno.
Si tratta della reazione della
fotosintesi clorofilliana :
6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2
Gli organismi, in grado di
trasformare sostanze inorganiche
semplici in sostanze organiche,
sono chiamati autotrofi o
produttori.

L'energia solare accumulata
nei vegetali, sotto forma di
legami chimici , costituisce il
nutrimento di tutti gli altri
esseri viventi, chiamati
eterotrofi o consumatori
 I consumatori traggono
l'energia per la loro vita dal
processo della respirazione da
cui si formano, come prodotti
di rifiuto, l'acqua e l'anidride
carbonica che ritorna
nell'atmosfera attraverso
l'espirazione .

I microrganismi, chiamati decompositori o
detritivori, degradano le molecole dei corpi morti e
dei materiali di rifiuto trasformandole in CO2 o in
sostanze organiche che restano nel terreno o nelle
acque.
                    Ascomiceti

IL CICLO GEOCHIMICO
regola il trasferimento del carbonio
 tra litosfera, idrosfera e atmosfera

FORMAZIONE DI ACIDO CARBONICO.

L‟anidride carbonica presente nell‟atmosfera è
moderatamente solubile in acqua con la quale forma
una soluzione discretamente acida attraverso la
formazione di acido carbonico:

           CO2 + H2O → H2CO3

ALTERAZIONE DELLE ROCCE

L’acido carbonico dissocia in ioni idrossonio e
bicarbonato:
                              +
       H2CO3 + H2O → H3O + HCO3¯
                              _
 Una piccola quantità di HCO3 subisce una
seconda dissociazione per formare uno ione
idrossonio e uno ione carbonato
                              +         __
       HCO3¯ + H2O → H3O + CO3

DISSOLUZIONE DEI CARBONATI
Gli ioni idrossonio e bicarbonato che derivano dalla
dissociazione dell‟acido carbonico, reagiscono con i
carbonati, portando alla formazione di uno ione
calcio e di due ioni bicarbonato.
              +         -                    _
CaCO3 + H3O + HCO3          Ca++   + 2HCO3 + H2O
Questa reazione è detta di dissoluzione dei
carbonati perché da carbonati solidi, si formano ioni
che passano in soluzione.
Questi soluti vengono trasportati dai fiumi fino agli
oceani.

PRECIPITAZIONE DEI CARBONATI SUI
FONDALI OCEANICI.
Sui fondali oceanici, si depositano i gusci e gli scheletri
degli organismi morti che vengono sepolti da altri
sedimenti. E‟ soprattutto qui che avviene la
precipitazione del carbonato di calcio dovuta alla
combinazione di ioni calcio e bicarbonato liberati nei
processi di dissoluzione:
        ++
    Ca + 2HCO3¯ → CaCO3 + H2O + CO2
La deposizione del carbonato di calcio diretta è
chiamata deposizione chimica, quella mediata da
organismi deposizione biochimica.

LA DEPOSIZIONE CHIMICA DEI
       CARBONATI
 E’ una deposizione diretta che si
verifica in seguito ad un aumento della
CO2 nell’aria che sciogliendosi
maggiormente nell’acqua si converte
in carbonato. Quando la CO2 nell’aria
diminuisce prevale il processo
inverso. Ha quindi un effetto
tamponante sulla quantità di CO2
nell’aria.

DEPOSIZIONE DEI CARBONATI
           NEGLI OCEANI
Un insieme di fattori (concentrazione,
pressione, temperatura), portano alla
prevalente dissoluzione di calcari nelle
acque fredde subpolari e alla
sedimentazione nei mari caldi tropicali
e nelle piattaforme continentali. I
carbonati che si depositano per
precipitazione diretta dall‟acqua,
producono circa l‟80% del carbonio
depositato sul fondo oceanico.

DEPOSIZIONE DEI CARBONATI
   NEI FONDALI OCEANICI
Nei fondali oceanici meno profondi si trovano i
sedimenti calcarei. Il 20% del carbonio
depositato è fornito dalla materia organica
morta. Questi sedimenti, non possono
depositarsi al di sotto dei 4000 m circa di
profondità che è il limite di compensazione dei
carbonati. Le acque situate oltre questo limite,
sono fredde e ricche diCO2 quindi leggermente
acide per la formazione dell‟acido carbonico
,per questo i gusci si dissolvono facilmente.

CARBONATI                     principali
Calcite   CaCO3, componente principale delle rocce calcaree

                            Magnesite     MgCO3

Dolomite    Ca Mg(CO3)2

                              Siderite   FeCO3

LA DEPOSIZIONE BIOCHIMICA

Si realizza per mezzo
degli organismi che
sottraggono all‟acqua gli
ioni calcio e bicarbonato
necessario       per     la
costruzione dei loro
scheletri e dei loro gusci.

Studio recente ricercatori WHOI
 Si è scoperto che in acque con
elevate concentrazioni di CO2 i
gusci di vongole, ostriche,
lumache,ricci, si sono in parte
sciolti, mentre crostacei come
granchi, aragoste, gamberi hanno
accresciuto il loro esoscheletro. Gli
organismi viventi dotati di guscio di
carbonato di calcio , potrebbero
morire per la perdita dei loro gusci
protettivi. Altre specie avrebbero la
capacità di costruire gusci più
resistenti quindi potrebbero
diventare dominanti, causando
cambiamenti negli ecosistemi
marini.

METAMORFISMO DEI CARBONATI
I fondali oceanici si espandono attraverso l‟attività
della dorsale oceanica grazie alla quale si forma
nuova crosta e si riducono in corrispondenza delle
fosse oceaniche in cui per il fenomeno di
subduzione, la crosta si immerge trasportando a
una certa profondità i sedimenti che, fondendo,
torneranno a far parte del mantello. Questi, esposti
ad alte temperature e pressioni, molti milioni di
anni più tardi, libereranno anidride carbonica che
ritornerà all‟atmosfera attraverso le eruzioni
vulcaniche.

Numerosi fattori alterano il ciclo del
               carbonio.
La combustione di idrocarburi come carbone
fossile, prodotti petroliferi, libera enormi
quantità di CO2. Ogni singola persona dei paesi
industrializzati è responsabile dell'emissione
annua di circa 5 tonnellate di questa CO2 .
Parte di queste emissioni sono dirette (gas di
scarico di automezzi e scarichi di gas da
riscaldamento) e parte indirette (emissioni
connesse alle attività industriali di vario tipo).

La distruzione indiscriminata delle
                 foreste
Una quantità significativa di CO2 raggiunge
l'atmosfera a causa della deforestazione.
Attualmente il paese in cui la deforestazione, in
termini assoluti, è più rilevante è il Brasile.
Nel complesso si può calcolare che la
deforestazione sia responsabile di circa un
quarto delle emissioni attuali di CO2, gli altri
tre quarti derivano dall'uso dei combustibili
fossili.

L'AUMENTO DELL'EFFETTO SERRA E IL
     RISCALDAMENTO GLOBALE

L‘EFFETTO SERRA
E‟ un fenomeno naturale, senza il quale la
temperatura sulla superficie terrestre sarebbe pari a
0°C.
Tuttavia l'aumento di CO2, provocato dalle attività
umane può incrementare la portata della irradiazione
di “ritorno” del calore verso la superficie terrestre,
provocando un globale surriscaldamento del pianeta.
Nel valutare l'impatto sull'atmosfera dell'aumento di
CO2, occorre tener conto che gli oceani hanno la
capacità di ammortizzare l'effetto totale, in quanto
possono disciogliere la CO2 nell'acqua.

CONSIDERAZIONI FINALI
Tuttavia le acque marine superficiali si
mescolano molto lentamente con quelle più
profonde; quindi occorrono centinaia di anni
affinchè la CO2 disciolta nelle acque
superficiali penetri nelle profondità degli
oceani, depositandosi come carbonato di
calcio. Inoltre l'aumento della temperatura
(effetto serra) diminuisce la solubilità del gas,
di conseguenza, il gas viene liberato
nell'atmosfera e tutto il fenomeno viene
accelerato.

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