Il ciclo terrestre del carbonio

Lo stoccaggio del carbonio è ripartito tra suolo e vegetazione. Globalmente i suoli contengono più del 75% delle riserve terrestri di carbonio, benché il loro contributo al totale subisca variazioni con la latitudine e con lo sfruttamento dei terreni.

Le foreste e le praterie alberate, come le savane, sono di gran lunga i maggiori serbatoi di carbonio, costituendo, rispettivamente, circa il 47% e il 25% del totale globale. Altri ecosistemi tendono a immagazzinare relativamente poco carbonio in superficie, con riserve al suolo che variano tra 100 e 225 PgC.

Negli ecosistemi forestali il carbonio si accumula grazie all’assorbimento del CO2 atmosferico e alla sua assimilazione nella biomassa. Il risultato è uno stoccaggio che avviene a livelli diversi: nella biomassa dei diversi strati del suolo che comprende tronchi, rami, foglie e radici; e nella necromassa, che comprende le lettiera, i residui vegetali e la materia organica.

Approssimativamente il 50% della biomassa secca degli alberi è costituita da carbonio. Qualsiasi attività che interferisce con la quantità di biomassa nella vegetazione e nel suolo ha la capacità di sequestrare carbonio dall’atmosfera, o di rilasciarlo in essa. Complessivamente le foreste boreali contengono più carbonio di qualunque altro ecosistema terrestre (26%), mentre le foreste tropicali e temperate ne contengono, rispettivamente, il 20% e il 7%. Esistono tuttavia notevoli variazioni tra i diversi tipi di foresta in cui il carbonio si accumula. Fino al 90% del carbonio degli ecosistemi boreali è immagazzinato nel suolo, mentre nelle foreste tropicali il totale è diviso quasi equamente tra suolo e sottosuolo. Il fattore primario che determina questa differenza è la temperatura, che ad alte latitudini limita la decomposizione della materia organica al suolo e il riciclo dei nutrienti, mentre a basse latitudini questi processi vengono favoriti. Nelle zone umide il carbonio contenuto nella biomassa vegetale è una piccola parte di quello complessivo: il lento tasso di decomposizione dei suoli bagnati, come quelli di torba, ha determinato l’alta densità di carbonio che caratterizza questi ambienti.

Una percentuale compresa tra il 30 e il 50% della quantità totale di carbonio assorbito dalla vegetazione (produzione primaria lorda, PPL) viene utilizzata per sostenere i processi metabolici delle piante ed è rilasciata di nuovo nell’atmosfera come prodotto secondario della respirazione. Il carbonio rimanente viene fissato come materia organica a vari livelli del suolo ed è definito produzione primaria netta (PPN). I tipi di vegetazione variano nella loro PPN a seconda del clima, del tipo di suolo e della composizione in specie. Benché le foreste temperate a latifoglie siano altamente produttive per parte dell’anno, la stagionalità limita la loro PPN: ciò rappresenta l’effetto avvertito più intensamente alle maggiori latitudini. È evidente che i vari tipi di vegetazione trasformano il carbonio a un tasso differente. Questo valore, espresso come tempo medio di residenza del carbonio assimilato (t, in anni), può essere stimato come rapporto tra il carbonio totale immagazzinato e la PPN. Il risultato varia con il tipo di suolo e di vegetazione. Nel caso della biomassa delle piante non c’è una relazione forte tra PPN e t, dal momento che t varia (nelle piante non coltivate) tra 3 e 22 anni. Tale relazione esiste tuttavia nel suolo: nelle foreste tropicali, in cui la PPN è elevata, il tempo di residenza nel suolo è relativamente corto (circa 10 anni), mentre in ambienti più freddi, dove la PPN può raggiungere valori molto più bassi, i tempi di residenza sono molto più lunghi (200-300 anni). Se ci si concentra soltanto sulla biomassa vegetale, la capacita di stoccare carbonio di differenti tipi di vegetazione è proporzionale al prodotto tra la PPN e il tempo di residenza, che risulta a sua volta proporzionale agli stock di carbonio nella biomassa (…).

È stato descritto lo stato di quasi equilibrio del ciclo globale del carbonio che è prevalso durante tutto l’Olocene e per gran parte della storia umana. Nei secoli recenti, tuttavia, la crescita della popolazione umana e delle attività economiche ha subito un’accelerazione enorme. Anche se a livello locale queste attività hanno prodotto effetti notevoli sull’ambiente, come l’inquinamento urbano e industriale, fino a qualche tempo fa la Terra veniva complessivamente percepita come una gigantesca riserva di materie prime e nello stesso tempo come un’enorme discarica di rifiuti.

Questa prospettiva ha cominciato a mutare verso la fine del 20° secolo, sull’onda della possibilità di esprimere l’alterazione umana dei cicli biogeochimici attraverso un indice. L’indice in questione è la concentrazione atmosferica di CO2 misurata fin dal 1958 presso Mauna Loa, nelle Isole Hawaii.

I dati mostrano che le concentrazioni di CO2 nell’aria sono salite inesorabilmente, con alcune variazioni stagionali e interannuali, e indicano che lo stato di quasi equilibrio del ciclo del carbonio dell’Olocene sta cambiando. Questa alterazione ha rappresentato uno dei primi segnali del fatto che i cicli biogeochimici stavano per essere modificati su scala globale.