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Bassa Atmosfera
Principi |
Emissioni dalla biosfera
La maggior parte di noi vive in città o in aree circondate da industrie e dominate da automobili e altri mezzi di trasporto. Nei paesi Europei densamente popolati è difficile immaginare che sono le piante e non gli uomini, che emettono globalmente la maggior parte dei composti organici (basati sul carbonio).
La biosfera è quella parte della Terra dove vivono le piante e gli animali.
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1. Risaia- Bali, Indonesia
Foto: STRINGER/INDONESIA for Reuters
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Che cosa è emesso dalla biosfera?
Il carbonio è il più importante elemento nel mondo vivente. Le sostanza chimiche formate principalmente da carbonio e idrogeno sono chiamate composti organici. Se cammini attraverso una foresta o un prato puoi sentire l'odore dei molti gas organici che sono emessi dagli alberi, dall'erba e dai fiori. In tutto il mondo, le piante emettono più di un migliaio di milioni di tonnellate di composti organici. Circa la metà è rappresentata da un gas chiamato isoprene. Un altro importante gruppo sono i monoterpeni (~130 milioni di tonnellate ogni anno) che conferiscono ai pini il loro caratteristico odore. Le piante emettono questi gas attraverso le foglie e gli aghi, spesso in risposta a fattori di stress quali la siccità o le alte temperature, ma ciò avviene anche durante il normale processo di crescita. |
Il metano (CH4) è il composto organico più semplice e se ne producono normalmente ogni anno circa 200 milioni di tonnellate. Le attività umane raddoppiano questa quantità attraverso le emissioni del bestiame da allevamento e delle risaie che costituiscono una importante sorgente di metano.
Anche gli oceani emettono composti organici naturalmente. Le piante marine monocellulari, conosciute come fitoplancton, producono composti organici che possono essere emessi dal mare nell'aria. Uno dei più importanti è il dimetil solfuro (DMS). Ogni anno vengono emesse circa 45 milioni di tonnellate di questo gas contenente zolfo. Una volta nell'aria, viene trasformato in acido solforico e successivamente in particelle di solfato. L'acido solforico contribuisce all'acidità dell'atmosfera e l'aerosol costituito da solfati promuove la formazione delle nuvole. Perciò il dimetil solfuro è molto importante per il nostro clima.
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2. Emissioni globali di composti organici volatili (VOC) in milioni di tonnellate per anno (metano e DMS esclusi). I composti sono emessi dagli oceani, dal suolo, dagli alberi e dalle piante, dagli incendi e da fonti umane. Autore: Jurgen Kesselmeier.
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Pertanto se vogliamo capire come funziona il nostro sistema climatico e come può cambiare in futuro, è importante considerare sia le emissioni derivanti dall'attività dell'uomo, sia quelle dalla biosfera. Qui consideriamo tre esempi per mostrare quanto sono importanti per il nostro clima le emissioni delle piante.
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3. Gli alberi come fonte di composti organici (secondo N. C. Hewitt; immagine Elmar Uherek). Le piante emettono un enorme numero di composti chimici diversi nell'aria. L'isoprene (emissioni di circa 500 milioni di tonnellate per anno nel mondo) e i monoterpeni (emissioni di 130 milioni di tonnellate per anno nel mondo) sono le specie emesse dominanti. Cliccare sull'immagine per allargare (100 kB).
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4. L'emissione di gas dagli alberi e la trasformazione di questi gas in particelle sottili di aerosol è probabilmente la causa della foschia bluastra sopra le Montagne "Great Smoky" (USA).
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Monoterpeni
I monoterpeni contribuiscono all'odore della foresta e della frutta. Sono costituiti di carbonio e idrogeno e possono contenere anche ossigeno. Molti hanno dei nomi veramente descrittivi, per esempio, limonene e pinene. Sono prodotti soprattutto al sorgere del sole nei giorni caldi e possono essere immagazzinati nelle foglie o rilasciati direttamente nell'aria.
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5. In questa figura puoi vedere la struttura chimica del monoterpene beta-pinene (a sinistra), e di uno dei più importanti composti organici naturali, isoprene (a destra). Entrambi i composti sono insaturi. Questo significa, che hanno doppi legami C=C evidenziati da un cerchio rosso. Per semplificare le molecole organiche complesse, i chimici di solito non disegnano gli atomi C e H. L'isoprene è mostrato in entrambi i modi, sopra senza gli atomi C e di H e sotto con gli atomi C e H.
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Cosa succede a questi composti nell'atmosfera?
Una volta entrati nell'atmosfera, i monoterpeni reagiscono con il radicale ossidrile (OH) o l'ozono per formare composti che si depositano sulle piante, sul terreno o reagiscono con altri elementi chimici nell'aria per formare aerosol (particelle o goccioline liquide sospese nell'aria). A volte è possibile vedere la formazione di questi aerosol: la foschia blu che si vede sopra le foreste si forma proprio quando vengono prodotti gli aerosol. L'immagine sul lato opposto mostra una simulazione in laboratorio di questo fenomeno. Alcuni degli aerosol che si sono formati possono agire come nuclei di condensazione portando così alla formazione delle nuvole.
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6. Simulazione della formazione di foschia blu realizzata in laboratorio al MPI di Mainz. Il raggio di una lampada ci permette di vedere il fumo che si forma quando l'ozono viene a contatto con i monoterpeni emessi dagli aghi di pino. Cliccare per allargare (60 K).
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7. Medicago varia (Fabaceae). Questa pianta è utilizzata in agricoltura per catturare l'azoto presente nell'aria.
Foto: Patrick Knopf, Botanico, Ruhr-Universität Bochum.
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Protossido di azoto N2O
L'azoto è un elemento chimico importante nella biosfera in quanto è un componente fondamentale delle proteine e del DNA. Le piante prendono l'azoto di cui hanno bisogno dal terreno (sotto forma di ioni nitrato o ammonio) e i batteri rendono l'azoto gassoso disponibile per le piante attraverso un processo noto come fissazione dell'azoto. I batteri sono anche in grado di decomporre i nitrati per dare protossido di azoto che viene poi emesso in atmosfera. Il protossido di azoto è un gas estremamente stabile, non è distrutto nella troposfera e, di conseguenza, raggiunge incolume la stratosfera, lo strato più alto della nostra atmosfera. Nella stratosfera contribuisce alle reazioni che danneggiano lo strato di ozono.
Le emissioni di protossido di azoto sono aumentate nel tempo a causa dell'utilizzo crescente di fertilizzanti in agricoltura. Ogni anno se ne emettono circa 15 milioni di tonnellate.
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Dimetil solfuro
Le particelle fini di aerosol contenenti solfato sono le responsabili della formazione di nuvole sopra gli oceani. Ma da dove viene questo solfato? Il fitoplancton, per poter sopravvivere in un ambiente salato come il mare, produce composti contenenti zolfo. Uno dei prodotti risultanti da questo processo è un gas chiamato dimetil solfuro. Questo gas una volta entrato nell'atmosfera, è trasformato in acido solforico e quindi in aerosol contenente solfati.
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8. Visualizzazione della clorofilla del fitoplancton. L'immagine satellitare mostra l'Oceano Atlantico a est del Canada. L'animazione passa ad una visualizzazione del fitoplancton presente nel mare (in quantità crescente dal blu al rosso). Parte di questo fitoplancton emette dimetil solfuro nell'aria. Fonte: SEAWIFS Project.
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Perciò le emissioni dalla biosfera sono di fondamentale importanza per il nostro clima.
Pagine collegate
Maggiori informazioni su come le emissioni di gas contenenti zolfo derivanti dal fitoplancton influenzano il clima sono disponibili in:
Oceani - Principi - Unità 3 - Gas contenenti zolfo
Articoli sulla catena alimentare del mare e il ruolo dei composti contenenti zolfo sono pubblicati su:
ACCENT Global Change Magazine - Edizione No. 5 - Gennaio 2005
A proposito di questa pagina:
Versione italiana: Laura Dini (traduttore) e Michela Maione (revisione linguistica)
Autore: Dr. Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz/Germany
revisione didattica: Michael Seesing - Uni Duisburg, Germany - 2003-07-02
1. revisione scientifica: Prof. Jürgen Kesselmeier - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz/Germany - 2003-07-15
2. revisione scientifica: Dr. Pascal Guyon - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz/Germany - 2004-05-10
ultima pubblicazione: 2008-06-19
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