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Limite 3 – Alterazione del ciclo dell’azoto

Il ciclo dell’azoto, così come il ciclo del carbonio e il ciclo del fosforo è uno dei principali cicli bio-geochimici del nostro pianeta. Le varie componenti biotiche e abiotiche si scambiano azoto sotto varie forme (NOx, NH3, N2O, N2, etc…), questi scambi di massa si compensano fino al raggiungimento di un equilibrio.

L’azoto è un elemento fondamentale per la crescita vegetale ma in generale per la vita come la conosciamo, le piante hanno bisogno di azoto per la produzione degli aminoacidi che sono i “mattoni” delle proteine. Alcune proteine costituiscono le unità strutturali delle piante mentre altre svolgono il ruolo di enzimi catalizzatori di reazioni chimiche fondamentali per la vita. [1]

Il fosforo è però anche un elemento fondamentale alle attuali pratiche agricole. Per millenni la produzione agricola è stata limitata dal ridotto apporto di azoto ai terreni il quale era dovuto esclusivamente a tre fenomeni:

  • fissazione da parte dei batteri azotofissatori
  • concimazione
  • fissazione ad alta energia da parte dei fulmini

Nel 1909 tutto cambia, la scoperta e successivamente l’industrializzazione del processo Haber-Bosch ha reso possibile la fissazione dell’azoto atmosferico in modo artificiale. Questo ha permesso quindi di aumentare la produttività agricola attraverso la fertilizzazione artificiale. In poco più di 100 anni abbiamo aumentato la produzione di azoto al punto tale da arrivare a fissarne una quantità comparabile a quella del ciclo dell’azoto naturale.

Oggi con il processo Haber-Bosch fissiamo circa 120 Tg (120 miliardi di kg) di azoto sotto forma di NH3 (ammoniaca), complessivamente le attività antropiche fissano circa 210 Tg di azoto. I processi naturali hanno praticamente la stessa entità di quelli umani (203 Tg di azoto fissati).

Il ciclo dell’azoto nel pianeta terra è regolato in ugual modo dalle attività umane e dalle attività naturali. Nonostante l’intensa fissazione di azoto grazie al processo Haber-Bosch, solo il 17% di esso viene effettivamente sfruttato per la produzione alimentare, l’83% viene invece disperso nei suoli, nelle falde acquifere, nei mari o in atmosfera.

The global nitrogen cycle in the twentyfirst
century [4]

Dispersione nelle acque

La dispersione di importanti quantità di fertilizzanti può causare fenomeni di eutrofizzazione delle acque. 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.

Perchè?

Lo sviluppo incontrollato di specie vegetali in superficie porta ad un intorbidimento delle acque, si 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 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. [2] 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.

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 molto intensi. Dal punto di vista ecologico l’eutrofizzazione potrebbe infatti compromettere molti ecosistemi marini o lacustri causando quindi un’ulteriore perdita di biodiversità.

The global nitrogen cycle in the twentyfirst
century [4]

Dispersione in atmosfera

Parte dell’azoto contenuto nei terreni viene rilasciato in atmosfera sotto forma di azoto molecolare (N2) o protossido di azoto (N2O) mediante i processi chimici di denitrificazione. La molecola N2O è un potentissimo gas ed effetto serra tuttavia le portate rilasciate non sono (per ora) tali da rappresentare un grande problema a livello di cambiamento climatico se confrontati con le emissioni di CO2 e CH4.

Le attività umane al contrario sono principalmente responsabili delle emissioni di ossidi di azoto (NOx) per via dei processi di combustione controllati (produzione di energia, motori a combustione interna, etc) o incontrollati (incendi). Dei 35 Tg di NOx emessi in atmosfera le azioni antropiche sono responsabili per il 97%! Questi composti nelle città sono i principali precursori dello smog fotochimico.

Anche le emissioni di ammoniaca (NH3) dovute in larga parte alla gestione delle deiezioni degli animali allevati rappresentano un problema. Dei 60 Tg di NH3 emessi in atmosfera le azioni antropiche sono responsabili per il 66%! Basti pensare che in Italia il 94% delle emissioni di ammoniaca sono dovute al segmento agricolo [3]. L’aumento del consumo di carni porta ad una maggiore necessità di allevamenti e quindi ad una maggiore rilascio di ammoniaca. L’aumento dell’efficienza nella produzione agricola e nell’allevamento non permette comunque di ridurre drasticamente le emissioni per via dei continui, crescenti consumi di carne.

Consapevolezza! Dobbiamo essere consapevoli che le azioni antropiche hanno profondamente modificato i flussi di azoto tra atmosfera, litosfera e idrosfera. Questo sta già avendo e avrà delle conseguenze sulle popolazioni che verranno maggiormente colpite dai disequilibri che stiamo generando.

In conclusione stiamo nel bel mezzo di un esperimento di biogeochimica su scala planetaria. La vera domanda non è se l’alterazione del ciclo dell’azoto 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] Wikipedia – Plant nutrition

[2] ARPAE – Fasi del ciclo di Eutrofizzazione

[3] ISPRA – Focus sulle emissioni da agricoltura e allevamento

[4] The global nitrogen cycle in the twentyfirst
century

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