Upload
dinhkhanh
View
224
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
1
Ciclo del carbonio e
Cambiamenti climatici
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
2
Un grande esperimento
iniziato 150 anni facon il Carbonio
Come andrà a finire ?
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
3
Il cambiamento climatico
• Una storia iniziata 3 miliardi di anni fa
• L’uomo la sta accelerando (?)
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
4
Evoluzione della vita
• Autotrofiriducenti
• Eterotrofiossidanti
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
5
Batteri e carbonio
Fotosintesi H2S
crisi di CO2
Fermentazione
crisi di H2
Fotosintesi H2O
CO2
CO2
O2
101099 y y
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
6
Batteri e carbonio
crisi di O2
Respirazione
O2
22..101099 y y
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
7
Elementi chimici
• I nutrienti:
CNPSi
Fe
…
… e poi
O
S
non limitazione
C:Si:N:P = 106:15:16:1
(Redfield, 1934)
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
8
La fotosintesi
6 CO2 + 6 H2 �O + energia C6H12O6 + 6 O2
1.1. Fissazione del carbonio (Ciclo di Calvin)Fissazione del carbonio (Ciclo di Calvin)
2.2. Sintesi del glucosioSintesi del glucosio
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
9
Modelli di fotosintesi
P=PMAX
I
Ik
�1�[ I
Ik]2
dove P: tasso di fotosintesi [mgO2/g/h]
Ik: parametro di adattamento alla luce
P dipende anche da T (è reazione enzimatica) e da pH (per ciclo dei carbonati)
� � � �
� � � �2)5.6(
)20(
5.6
1
120
��
��
�
��
pH
MAX
TMAX
ePpHP
ePTP
�
��
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
10
La respirazione
La respirazione cellulare permette di ricavare molecole energetiche (ATP) a partire da carboidrati, lipidi o altri metaboliti
C6H12O6 + x O2 � 38ATP+ aCO2+bH2O
Questo avviene in due fasi:
8. fase anaerobica o extramitocondriale (in assenza di O2)
9. fase aerobica o mitocondriale (in presenza di O2, ciclo di Krebs)
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
11
respirazione – consumo
Degradazione di sostanza organica effettuata da microrganismi (BOD)
EnergiaeHOdHcHPObNHaCO
oridecompositORPNOHC
�����
��
���
2
2
442
116116253106 )(
Lkdt
dLd�� � �ZFPFLk
dt
dLZPd ������ �per laghi
�=fattore di conversione O2/C
Fi=tasso di mortalità
P=phytoplancton
Z=Zooplancton
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
12
La fermentazione
processo ossidativo anaerobico
e.g. il lievito:
C6H12O6 � + 2 Pi + 2 ADP- 2 CH3CH2OH + 2 CO2 + 2 ATP
Glucosio Etanolo
(118 kJ/mol)
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
13
Dove si trova il Carbonio ?
In che quantità ?
• Bilancio degli stocks
• Flussi e cicli
• Meccanismi di Controllo
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
14
Le varie forme di C
(a) C inorganico nelle rocce (bicarbonati e
carbonati);
(b) C organico (materiale organico,e.g. nelle
piante);
(c) Gas carbonici, e.g. CO2, CH4, CO .
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
15
In che quantità ?
* In atmosfera, CO2 è 99.6% del totale,
i.e., la quantità di CH4 è relativamente piccola.
109tClocalizzazione
65,000,000Rocce
39,000Oceani
1,580Suolo
610Piante terrestri
750Atmosfera*
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
16
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
17
Flussi
(in 109 t C / yr)
Ocean uptake = 1.7
Photosynthesis = 111
Respiration = 110
Fossil fuels = 6.3
Biomass burning = 1.6
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
18
Bilancio di massa
(110 + 6.3 + 1.6) + (-111 -1.7) = 5.2 109 t C / yr
Ma dalle misure sappiamo che il delta reale è
3.2 109 t C / yr
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
19
Meccanismi di controllo
1. Attività vulcanica
2. Degradazione delle rocce
3. Attività biologica
4. Impatti antropici
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
20
CO2 in atmosfera e vulcani
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
21
Degradazione delle rocce
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
22
Attività umana
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
23
Cambiamenti
climatici e Ciclo
del carbonio
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
24
CO2 e temperatura
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
25
Effetto serra
La concentrazione odierna ~370 ppm
In passato è stata molto maggiore
Perché preoccuparsi allora ?
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
26
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
27
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
28
Acidification
pH medio alla superficie degli oceani
-0.3557.8242100
-0.2307.9492050
-0.0758.10410 anni fa - 1994
-8.179Pre-industriale - 1700s
�pHpHT
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
29
Acidification
CO2 (aq) + H2O� H2CO3 � HCO3- + H+ CO32- + 2 H+
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
30
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
31
Cambiamenti climatici
• Poiché gli organismi (e quindi la società
umana) non sono mai stati esposti a
cambiamenti così rapidi, non sappiamo
come risponderanno
• Saranno in grado di adattarsi abbastanza in
fretta per sopravvivere ?
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
32
Possibili soluzioni
1. Riduzione delle emissioni di gas serra
2. Minimizzare la pressione antropica sugli ecosistemi
• Gestione degli impatti del cambiamento climatico (anticipazione e planning, short-term adjustments, long-term adaptations, e risk-sharing)
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
33
Qual è il giusto prezzo ?
Emisions-Trading Scheme (ETS)
3. Gli scandinavi sono già “verdi”
4. Gli europei dell’est troppo poveri
5. I Belgi troppo piccoli
6. I Francesi troppo nucleari
……….e così via
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
34
ETS
• Alle industrie più “sporche” vengono forniti
permessi (quote) di emissione di CO2
• Se vogliono inquinare di più devono
acquistarne
• Se inquinano di meno li possono vendere
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
35
ETS
• Più alto il prezzo delle quote più forte
l’incentivo a ridurre le emissioni
• Le quote iniziali sono state regalate e non
vendute all’incanto (favorendo settori come
quello energetico)
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
36
23 gennaio 2008
Riforma del sistema ETS, con compromessi:
DK, eolico
DE, solare
Energie rinnovabili, biocombustibili
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
37
23 gennaio 2008
Obbiettivo:
1. riduzione delle emissioni di 1/5 entro il 2020
2. 20% dell’energia prodotta da fonti rinnovabili
2 00 8 /2 00 9
Lu ca Pa lm e riUn ive rs ità d i Pa dova
LASA – La b ora t orio d i An a lis i
de i Sis te m i a m b ie n ta li
38
23 gennaio 2008
DK deve tagliare del 20% entro il 2020
BG e RO possono aumentare del 20%