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Limite 4 – Alterazione del ciclo del fosforo

Il ciclo del fosforo, così come il ciclo del carbonio e il ciclo dell’azoto è uno dei principali cicli bio-geochimici del nostro pianeta. A differenza degli altri due cicli, nel ciclo del fosforo la gran parte degli scambi avvengono tra litosfera, idrosfera e biosfera. L’atmosfera è poco coinvolta perchè i range di pressione e temperatura che si verificano sul nostro pianeta sono tali da permettere quasi esclusivamente la presenza di fosforo allo stato solido o liquido.

La produzione di fertilizzanti fosfati ha portato l’uomo ad estrarre grandi quantità di fosforo dalle rocce. I fertilizzanti fosfati svolgono un ruolo fondamentale in ambito agricolo e sono insostituibili al fine di ottenere le attuali rese e la qualità dei prodotti agricoli. Come succede anche per i fertilizzanti azotati, una gran parte di questi fertilizzanti viene dilavata e si riversa nei corsi d’acqua raggiungendo i mari. Si stima che tra 8.5 e 9.5 Tg di fosforo vengono riversati negli oceani ogni anno per via delle sole attività umane. [1] Questa quantità è ben 8 volte superiore a quella che naturalmente viene riversata nei mari per via dei naturali processi bio-geochimici.

Le azioni umane stanno alternando in modo importante il ciclo del fosforo come è possibile anche vedere nell’immagine seguente che mostra l’intensificazione della quantità di fosforo utilizzato in Cina.

Intensification of phosphorus cycling in China since the 1600s [2]

Dai grafici si nota che:

  • i flussi di fosforo sono cresciuti enormemente nell’ultimo secolo (grafico A)
  • la produzione di fertilizzanti è aumentata drasticamente solamente negli ultimi 50-60 anni (grafico B)
  • primariamente l’aumento della domanda di fosforo per motivi alimentari era dovuta alla produzione di grano. Ultimamente si sta osservando un’espansione della domanda per generi alimentari di origine animale (intrinsecamente più impattanti) come carne, uova, latte. (grafico C)
  • inizialmente lo sfruttamento dei suoli portava ad un’impoverimento di fosforo nei suoli. Con l’inizio dei processi di fertilizzazione si ottenne in seguito un bilanciamento tra input ed output. Ultimamente si osserva invece un accumulo di fosforo nei suoli a causa della sovra-fertilizzazione (grafico E)
  • Dal 1950 in poi i flussi di fosforo nelle acque sono aumentati enormemente per via dei crescenti usi del fosforo in ambito principalmente agricolo (grafico F)

A livello mondiale il consumo di fosforo è intorno ai 25-30 milioni di tonnellate.

Sustainable phosphorus measures: efficiency, recycling & changing diets (Cordell & White 2013)

La quantità di fosforo utilizzato ha subito un aumento notevole negli ultimi 70 anni, ad oggi la totalità del fosforo utilizzato viene estratto in miniera. La disponibilità delle miniere di fosforo è destinata a diminuire nel corso dei prossimi decenni. Qualora il fabbisogno mondiale continui ad aumentare sarà fondamentale ricorrere ad attività di efficientamento di filiera e di riuso per soddisfare la domanda. Per evitare una crisi della domanda è fondamentale pianificare la riconversione della filiera produttiva del fosforo implementando strategie di efficientamento e di riuso. Una tardiva o inadeguata pianificazione può rappresentare un serio problema per la filiera agricola con conseguenze sulla capacità produttiva.

Le conseguenze ambientali dell’alterazione del ciclo del fosforo sono molto simili a quelle dovute all’alterazione del ciclo dell’azoto. Tuttavia, siccome nel ciclo del fosforo non sono coinvolte emissioni in atmosfera, l’eutrofizzazione delle acque è l’effetto principale.

L’eutrofizzazione è una condizione di arricchimento di sostanze nutritive (nitrati, fosfati) che può verificarsi negli ecosistemi acquatici. Questo porta alla crescita sproporzionata di alcune specie vegetali (alghe, piante acquatiche, fitoplancton) che causa di riflesso una riduzione delle altre specie viventi nell’ecosistema.

Ma perchè?

Lo sviluppo incontrollato di specie vegetali porta ad un intorbidimento delle acque, questo riduce l’apporto di radiazione solare alle specie vegetali che si trovano in profondità. Un ridotto apporto di energia solare causa una riduzione dell’attività fotosintetica e quindi la morte delle alghe che si trovano in profondità.

Finché vi è un sufficiente apporto di ossigeno i batteri decompongono la sostanza organica morta in modo aerobico, tuttavia, se l’apporto di ossigeno è insufficiente si innescano processi anaerobici che portano alla liberazione di composti tossici tra i quali l’ammoniaca.

La ridotta concentrazione di ossigeno e la presenza di sostanze nocive riducono la qualità delle acque e compromettono la vita di molte specie viventi causando quindi una perdita di biodiversità e la crescita di popolazioni maggiormente resistenti a queste condizioni. [3] Le specie pregiate di pesci (ad es la trota) sono quelle che soffrono maggiormente gli effetti dell’eutrofizzazione delle acque. Ciò si ripercuote inevitabilmente sulle attività umane legate alla pesca.

Un altro effetto negativo dell’eutrofizzazione è lo sviluppo di alghe tossiche che compromettono la qualità dell’acqua rendendola inutilizzabile.

Tutto ciò ha effetti significativi sia da un punto di vista economico che anche (soprattutto) da un punto di vista ecologico. Economicamente verranno penalizzati i paesi che basano la loro economia sulla pesca di sussistenza qualora dovessero incorrere problemi di eutrofizzazione o acidificazione. Dal punto di vista ecologico l’eutrofizzazione potrebbe infatti compromettere molti ecosistemi marini o lacustri causando quindi un’ulteriore perdita di biodiversità.

L’esaurimento del fosforo è un altro aspetto chiave, oggi il fosforo viene estratto da miniere che si concentrano in 5 paesi del mondo: Marocco, Cina, Sud Africa, Giordania e Stati Uniti.

Come faremo quando il fosforo sarà in fase di esaurimento e non avremo un sistema agricolo capace di gestirne la ridotta disponibilità?

In conclusione stiamo nel bel mezzo di un esperimento di biogeochimica su scala planetaria. La vera domanda non è se l’alterazione del ciclo del fosforo porterà a gravi problemi agli ecosistemi ma:

Su quale scala di tempo le forzanti antropiche che stiamo mettendo in gioco saranno tali da compromettere irreversibilmente gli ecosistemi ci sostengono?

Bibliografia

[1] Johan RockstrÖm – A safe operating space for humanity

[2] PNAS – Intensification of phosphorus cycling in China since the 1600s

[3] ARPAE – Fasi del ciclo di Eutrofizzazione

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