Ciclo del fosforo

Il ciclo del fosforo è uno dei cicli biogeochimici che viene ritenuto fondamentale, perché le sue implicazioni riguardano da vicino molti organismi che se lo scambiano attraversano le catene alimentari. Il vero serbatoio di fosforo è la crosta terrestre. Nelle sue rocce, infatti, è possibile riscontrare elevate quantità di fosfati. La strada più veloce alla diffusione dei fosfati è, un po’ come per gli altri cicli biogeochimici, l’entrata all’interno delle catene alimentari. Il fosforo si trasferisce negli ecosistemi in forma di ioni fosfato principalmente attraverso le reti alimentari terrestri e marine. Tutti gli organismi ne assorbono una certa quantità che viene “restituita” all’ambiente alla morte dell’organismo tramite i processi di decomposizione. Questa dissoluzione può avvenire sia nelle acque che sulla terraferma (a seconda degli ambienti in cui vivono gli organismi). Il passaggio tra organismi risulta alquanto veloce: da una pianta che ha assimilato ioni fosfato dal terreno agli organismi che si nutrono delle piante, il fosforo arriva sui terreni e sulle rocce, disperso dagli organismi consumatori  come rifiuto attraverso gli escrementi. Grazie alle azioni di dilavamento dei terreni e di erosione della roccia, il fosfato depositato su di questi viene trasportato (seguendo il ciclo dell’acqua) verso gli oceani. Qui si sedimenta assieme ad altri minerali. Anche il fosforo contenuto nelle conchiglie e negli scheletri degli organismi marini segue questo destino, depositandosi sul fondo del mare.  A questo punto può sembrare difficile scappare da quella specie di prigione che sono i fondali oceanici. Il fosforo per tornare a circolare nell’ambiente deve rassegnarsi a una “lunga attesa” fatta di milioni di anni, immensi tempi geologici necessari a far sì che i movimenti della crosta terrestre riportino in superficie i fondali e li espongano nuovamente agli agenti atmosferici. Superata questa fase geochimica, il fosforo ritorna velocemente in circolo, attraversando di nuovo le reti alimentari e gli ecosistemi

I cicli biogeochimici

Tutti gli atomi dei composti chimici che vanno a formare la materia vivente sono destinati a ritornare nell'ambiente fisico, andando a costituire ``serbatoi'' da cui, nell'arco di tempi più o meno estesi, vengono di nuovo prelevati per fabbricare altra sostanza organica, e così via. In tal modo, si instaura una circolazione degli elementi chimici dagli organismi all'ambiente e viceversa, secondo un complesso e fondamentale gioco di processi in equilibrio dinamico, che prendono il nome di cicli biogeochimici. I principali cicli biogeochimici sono quelli del carbonio, dell'ossigeno e dell'azoto, detti anche cicli gassosi in quanto le riserve o serbatoi principali dei rispettivi elementi sono principalmente costituiti da gas atmosferici: diossido di carbonio, ossigeno e azoto, questi ultimi in forma di molecole biatomiche (altri due importanti cicli naturali sono il ciclo del fosforo e il ciclo dello zolfo).

Ciclo del carbonio e ciclo dell'ossigeno

Il ciclo del carbonio, strettamente intrecciato al ciclo dell'ossigeno , si svolge attraverso due tappe fondamentali: fissazione del diossido di carbonio atmosferico, CO2, cioè sua trasformazione in composti organici, per mezzo della fotosintesi operata dalle piante terrestri e marine; in questa fase si forma contemporaneamente ossigeno, O2 (che proviene dalla dissociazione dell'acqua). Ritorno del diossido di carbonio all'atmofera in seguito all'ossidazione biologica della materia organica (respirazione, decomposizione o fermentazione per opera di batteri e funghi) e alle reazioni di combustione (incendi di vegetazione e uso di combustibili fossili). In tutti questi processi viene consumato ossigeno.  Una piccola frazione di carbonio si accumula nei fondali oceanici come sedimenti costituiti da resti di alghe e di animali marini, i cui gusci o scheletri sono formati da carbonato di calcio insolubile. Questi sedimenti danno origine nel tempo a rocce calcaree. Negli strati superiori dell'atmosfera l'ossigeno per azione della radiazione solare si trasforma parzialmente in ozono, che assorbe i raggi ultravioletti dannosi per gli esseri viventi, riformando di nuovo ossigeno.

Ciclo dell'azoto

Il ciclo dell'azoto inizia con la fissazione dell'azoto molecolare (N2) — non utilizzabile direttamente dalla maggior parte degli esseri viventi —, cioè con la sua trasformazione in composti inorganici (per esempio, in forma di ammoniaca o di ione ammonio, di nitrati e di nitriti). Ciò può avvenire in seguito a reazioni che si svolgono nell'atmosfera provocate dalla luce solare (reazioni fotochimiche) o dall'azione di fulmini, oppure per opera di microrganismi specializzati che vivono nel terreno liberi o nelle radici delle leguminose (azotofissatori). Una terza via è praticata dall'uomo attraverso la fissazione industriale di azoto nel corso della quale si ottengono fertilizzanti azotati impiegati in agricoltura. L'azoto fissato viene incorporato dalle piante in composti organici (amminoacidi e proteine), che attraverso la catena alimentare vengono distribuiti agli animali (incapaci di utilizzare l'azoto minerale). L'azoto organico viene restituito all'ambiente dagli animali e dalle piante sia sotto forma di scorie azotate prodotte durante il loro metabolismo, sia sotto forma di spoglie dopo la loro morte. Speciali batteri del suolo provvedono a trasformare le sostanze organiche azotate in ammoniaca, o ioni ammonio (ammonificazione), che da altri batteri viene trasformata in nitriti e infine in nitrati (nitrificazione), di nuovo disponibili all'utilizzo da parte delle piante. Un terzo tipo di batteri trasforma infine i nitrati in azoto molecolare (denitrificazione), restituendolo all'atmosfera.

Il ciclo del carbonio

Il ciclo del carbonio è il ciclo biogeochimico attraverso il quale il carbonio viene scambiato tra la geosfera (all'interno della quale si considerano i sedimenti e i combustibili fossili), l'idrosfera (mari e oceani), la biosfera (comprese le acque dolci) e l'atmosfera della Terra. Tutte queste porzioni della Terra sono considerabili a tutti gli effetti riserve di carbonio (carbon sinks). Il ciclo è infatti solitamente inteso come l'interscambio dinamico tra questi quattro distretti. Le dinamiche di interscambio sono legate a processi chimici, fisici, geologici e biologici. Sembra che anche altri corpi celesti possano avere un ciclo del carbonio, ma esistono pochissime informazioni a riguardo. Il bilancio globale del carbonio è il bilancio degli scambi (entrate e perdite) tra le riserve di carbonio o tra uno specifico ciclo (ad es. atmosfera-biosfera) del ciclo del carbonio. Un esame del bilancio di carbonio di una riserva può fornire informazioni se questa stia funzionando da fonte o da consumatore dei biossidi di carbonio.

ciclo dell'ossigeno

Il ciclo dell’ossigeno è complicato poiché questo elemento è presente in molte combinazioni chimiche (ossigeno e le sue specie chimiche); sotto forma di ossigeno molecolare, nell'acqua (acqua e le sue proprietà), in composti inorganici e organici. Di fondamentale importanza per il ciclo è l'ossigeno atmosferico .Esso viene prodotto da due processi: la fotosintesi ossigenica e la fotolisi dell’acqua. Pressoché tutto l'ossigeno libero proviene dalla fotosintesi; la quantità prodotta dalla fotolisi è trascurabile. Negli strati alti dell'atmosfera l'ossigeno si trasforma in ozono che, assorbendo determinate lunghezze d'onda ad alta energia, dalla radiazione solare che arriva alla terra, costituisce uno schermo protettivo per gli esseri viventi. L'ossigeno viene consumato in attività biologiche e geologiche. Queste attività comprendono la respirazione, l'alterazione superficiale delle rocce affioranti, come l'ossidazione del ferro e di altri elementi, l'ossidazione  dei gas ridotti emessi nelle emanazioni vulcaniche (ammoniaca, acido solfidrico), l'ossidazione di gas ridotti e ioni in soluzioni di origine idrotermale, oltre all'ossidazione di prodotti di origine antropica (ossidoriduzioni nella biosfera).