3. Concetto di ecosistema

Un ecosistema è un'area con un modello paesaggistico specifico come possono esserlo un deserto caldo, un terreno erboso, un fiume, stagni, laghi o estuari, ecc. La composizione dell'ecosistema dipende dalle sue caratteristiche geografiche come montagne, laghi, fiumi, zone costiere o isole. Anche le condizioni climatiche come la pioggia, la luce solare, la temperatura ecc. controllano gli ecosistemi. Le caratteristiche geografiche, climatiche e del suolo creano la sua componente non vivente (abiotica). Queste caratteristiche formano le condizioni che supportano gli esseri vievnti (componente biotica: piante e animali…) che possono vivere in queste condizioni specifiche. (Bornmann e Likens, 1967). Un ecosistema può essere di diverse dimensioni, grande come un'intera foresta o piccolo come un albero.

Gli ecosistemi sono sostanzialmente suddivisi in ecosistemi terrestri e acquatici. Questi creano le due principali condizioni di habitat per tutti gli organismi viventi. Gli ecosistemi terrestri includono il deserto, l'erba, la foresta e gli ecosistemi acquatici includono stagni, fiumi, torrenti, oceani ed estuari ecc... In sintesi, gli ecosistemi hanno sia componenti biotiche che abiotiche che sono specifiche di una regione conferendole caratteristiche particolari. Sul campo possiamo facilmente osservare un insieme di caratteristiche che caratterizzano ogni ecosistema, tra cui il suo aspetto, la sua struttura, la composizione delle parti biotiche (Elmqvist et al., 2010).

3.1. Struttura e funzione di un ecosistema

Il termine ecosistema è stato utilizzato per la prima volta dall'ecologo britannico Arthur Tansley nel 1935. Un ecosistema è un'unità strutturale e funzionale della biosfera che include esseri viventi (piante, animali, microbi) e non viventi (aria, acqua, suolo) che interagiscono come un sistema. La parte viente si riferisce alle parti biotiche - la biocenosi- in congiunzione con le componenti abiotiche, il biotopo, che comprende la regione fisica della vita (Odum e Barret, 2005). Secondo EP Odum (2005) la comunità biotica e il suo ambiente circostante funzionano insieme come un'unità ecologica chiamata "ecosistema".

Poiché sappiamo che gli ecosistemi sono costituiti da molte componenti abiotiche e biotiche interagenti, queste interazioni devono contenere la chiave di ciò che gli ecosistemi possono fare. L'ecologia funzionale descrive come funzionano le componenti di un ecosistema, includendo le modalità con cui le parti biotiche rispondono ai cambiamenti ambientali e come l'energia e la materia si muovono attraverso gli ecosistemi. Tutti gli ecosistemi naturali hanno una struttura e componenti principali e ogni componente ha uno stato definito da svolgere nel funzionamento del sistema. Ogni ecosistema funziona attraverso diversi meccanismi di trasferimento di energia e cicli biogeochimici. Sia le parti viventi che quelle non viventi del sistema interagiscono tra loro attraverso diversi aspetti funzionali a formare gli ecosistemi naturali. Gli aspetti funzionali degli ecosistemi includono il flusso di energia e il ciclo dei materiali attraverso le componenti strutturali dell'ecosistema (Şekercioğlu, 2010). Secondo Woodbury (1954), l'ecosistema è un complesso in cui animali, piante e habitat sono considerati come un'unità e la materia e l'energia di uno che passa dentro e fuori dagli altri.

3.1.1. Produttori, consumatori e decompositori

Dal punto di vista nutrizionale, le componenti biotiche possono essere classificate come autotrofe o eterotrofe in base alla loro fonte di cibo. La vita sulla terra e nell'acqua è possibile a causa dell'esistenza degli autotrofi, organismi fotosintetici come alghe e le piante. Questi organismi richiedono solo nutrienti inorganici e luce solare per produrre nutrienti organici per generale l’energia di cui abbisognano e che poi verrà trasferita a tutti gli altri organismi. Gli organismi autotrofi sono chiamati produttori e sono alla base del mondo vivente (Benerje et al., 2013; URL-1). Gli organismi fotosintetici possiedono clorofilla e svolgono la fotosintesi negli habitat marini e d'acqua dolce.

Un altro grande gruppo di organismi è quello che viene definito degli eterotrofi: essi sono chiamati consumatori perché ottengono l’energia che loro serve da un produttore. Esistono quattro tipi di consumatori. Gli erbivori sono animali che mangiano piante o alghe. I carnivori si nutrono di erbivori e talvolta di altri carnivori. Gli onnivori sono animali che mangiano sia piante che animali. I detrivori sono piante e animali che si nutrono di detriti, costituiti da materiali organici che tornano nel terreno. I batteri e i funghi, compresi i funghi, sono decompositori. Ottengono nutrienti abbattendo la materia organica complessa che si trova nei corpi di piante e animali. Queste sostanze vengono nuovamente assorbite dalle piante (Odum e Barret, 2005; URL-2)

3.1.2. Flusso di energia nell'ecosistema

Nessun ecosistema può funzionare senza energia. In molti ecosistemi il sole è l'unica fonte di energia. L'energia entra nell'ecosistema tramite la fotosintesi. Sappiamo che la luce solare viene prima catturata dalle piante e dai batteri fotosintetici che la immagazzinano nei loro tessuti per produrre cibo a partire da semplici materiali inorganici (Likens et al., 1987; Kooijman et al., 2010). Quando i nutrienti organici passano da una parte all'altra dell'ecosistema, come quando un carnivoro mangia un erbivoro, solo una parte della quantità di energia originale in realtà viene trasferita. Di conseguenza, durante il rilascio di energia cellulare, una parte importante dell'energia immagazzinata nelle molecole organiche viene persa sotto forma di calore. Il calore che fuoriesce da piante e animali non può essere recuperato e riutilizzato dagli organismi viventi. Tutti gli eterotrofi dipendono dai produttori, di cui si nutrono direttamente o indirettamente. Quindi c'è un flusso unidirezionale di energia dal sole ai produttori e quindi ai consumatori. Le leggi della termodinamica supportano il concetto che l'energia fluisce nell'ecosistema. La prima legge sostiene che l'energia non può essere né creata né distrutta (Bornman e Likens, 1967; Odum e Barret, 2005). Questo chiarisce perché gli ecosistemi dipendono da una fornitura costante di energia che viene utilizzata dagli organismi fotosintetici per sintetizzare i nutrienti organici. La seconda legge afferma che l'energia viene sempre trasformata da una forma più utile a una meno disponibile come il calore (Odum e Barret, 2005). In condizioninaturali, l'energia tende a fluire dal livello più alto a quello inferiore.

Figura 1. Componenti biotiche: a) un produttore - pianta verde. b. un erbivoro - cervo. c. un carnivoro - lupo. d. decompositori – funghi (URL-3; URL-4; URL-5; URL-6)

3.1.3. Catene alimentari

In un ecosistema, la catena sequenziale delle relazioni alimentari, ovvero chi mangia chi, viene chiamata catena alimentare. La catena alimentare determina il modo in cui l'energia si sposta da un organismo all'altro all'interno di un sistema. Un livello trofico è un livello di energia (forma organica - nutriente) in una catena alimentare. Dal punto di vista dei flussi di energia in una catena alimentare, si segnala come l'80-90 percento dell'energia trasferita venga persa sotto forma di calore (seconda legge della termodinamica). La mancanza di catene alimentari può essere attribuita alla perdita di energia tra i livelli trofici. Generalmente, solo il 10% circa dell'energia di un livello trofico è disponibile per il livello trofico successivo. Quindi, questo limita anche il numero di livelli nella maggior parte delle catene alimentari terrestri (Barnes et al., 2018; Cebrian, 2015). Catene alimentari terrestri lunghe sono rare perché le catene alimentari generalmente non hanno una base di produttori sufficientemente ampia per supportare molti livelli di consumatori. Gli organismi sono classificati in una catena alimentare in base alla loro posizione o livello trofico. Le piante verdi in quanto produttori sono alla base della catena alimentare e appartengono quindi al primo livello trofico (consumatori primari); i carnivori che si nutrono degli erbivori sono al terzo livello trofico e così via.

Il trasferimento di energia con grandi perdite tra livelli trofici sequenziali è talvolta rappresentato come una "piramide ecologica". Il trasferimento di energia da un livello trofico al successivo genera una piramide basata sul numero dei singoli organismi o dellaa quantità di materia vivente e sul peso secco totale di ciascun livello trofico. Le piramidi ecologiche vengono utilizzate per confrontare la biomassa e il trasferimento di energia tra i livelli trofici (Bornman e Likens, 1967).

Figura 2. Flusso di energia attraverso un ecosistema. (URL-7)

3.1.4. Ciclo dei nutrienti negli ecosistemi

I percorsi di trasferimento degli elementi tra componenti viventi (biotiche) e non viventi (abiotich-geologiche) negli ecosistemi sono noti come "cicli degli elementi" o "cicli dei nutrienti". Il ciclo dei nutrienti è necessario agli organismi viventi, attraverso diversi compartimenti della biosfera (Kooijman, 2010). Implica il movimento di elementi nutritivi in un ecosistema. Tutte le funzioni dell'ecosistema sono legate alla crescita e alla riproduzione delle sue comunità biotiche. Questi processi collegati possono essere descritti come una varietà di cicli. La sostenibilità degli ecosistemi naturali dipende dall'energia del sole e dalla loro capacità di riciclare in modo efficiente i nutrienti, che forniscono il rifornimento costante degli ingredienti essenziali della vita.

Figura 3. Le catene alimentari descrivono “chi mangia chi”. (URL-7)

I nutrienti comprendono più di 40 elementi noti per essere essenziali per una varietà di precocessi della vita degli organismi viventi (Cebrian, 2015). I nutrienti possono essere classificati come macronutrienti - che vengono richiesti in grandi quantità, ad esempio, carbonio, ossigeno, idrogeno, azoto, ecc e micronutrienti - che servono in piccole quantità, ad esempio ferro, zinco, rame, iodio, ecc.

Negli ecosistemi, gli elementi nutritivi fluiscono dall'ambiente circostante attraverso le catene alimentari, ma alla fine vengono rilasciati nell'ambiente. Le piante assorbono i nutrienti nella forma ionica e gli animali li ottengono in forme organiche attraverso il consumo di organismi vivi o morti. I nutrienti sono generalmente utilizzati dai microrganismi in qualsiasi forma: minerale o organica. Lo scambio di nutrienti tra gli organismi viventi e il loro ambiente circostante è uno degli aspetti essenziali dell'ecosistema.

Un ciclo dei nutrienti o ciclo biogeochimico può essere suddiviso sostanzialmente in due tipi: a. sedimentario e b. gassoso. I cicli del carbonio e dell'azoto sono gassosi, il che significa che il serbatoio per questo tipo di ciclo dei nutrienti esiste nell'atmosfera. Il ciclo dello zolfo e del fosforo sono cicli sedimentari: i nutrienti vengono prelevati dal suolo dalle piante, passano agli ogranismi eterotrofi ed infine vengono restituiti al suolo dai decompositori (Likens et al., 1981; URL-2)

Figura 4. Il ciclo dei nutrienti tra le componenti degli ecosistemi. (URL-9)

3.1.5. Il ciclo dell'acqua

Il ciclo dell'acqua descrive l'esistenza e il movimento dell'acqua su, dentro e sopra la terra. L'acqua è sempre in movimento e cambia sempre stato, da liquido a vapore a ghiaccio. Una piccola frazione dell'acqua terrestre è disponibile agli organismi viventi. L'evaporazione, la precipitazione e la condensazione sono i processi di base nel ciclo dell'acqua.

Figura 5. Il ciclo dell'acqua (URL-10)

Durante il ciclo dell'acqua, l'acqua dolce viene distillata dall'acqua salata attraverso l'evaporazione. Nel processo di evaporazione, l'acqua passa dallo stato liquido allo stato gassoso o vapore. Successivamente, si verifica la condensazione. La condensazione è il processo in cui il vapore un gas nell'aria viene convertito liquido: nel caso dell’acqua è la trasformazione del vapore acqueo in acqua liquida. La condensazione è responsabile della formazione delle nuvole, che raffreddandosi cadono sotto forma di pioggia negli oceani e sulla terra (Bets, 2010). La precipitazione è la connessione primaria nel ciclo dell'acqua con la terra. Parte dell'acqua dovuta alle precipitazioni (ad esempio, pioggia, neve) si infiltra nel suolo e nella roccia sotterranea. La quantità di acqua infiltrata dipende dalla copertura del suolo o dal tipo di suolo (Bets, 2010).

3.1.6. Il ciclo del carbonio

Il carbonio è una delle principali sostanze che compongono i tessuti viventi. La vita è un evento dipendente dall'esistenza di grandi molecole organiche. Le grandi molecole contengono anche carbonio nella loro struttura. Non ci può essere vita senza carbonio. La fonte naturale di anidride carbonica nella roccia sono i vulcani. Tuttavia, nel corso di milioni di anni, si è creatoo un equilibrio tra il nuovo carbonio che entra in gioco e il carbonio che è stato disattivato sotto forma di calcare e in riservee fossili. L'anidride carbonica nell'atmosfera e l'anidride carbonica nell'acqua sono in equilibrio.

Il passaggio del carbonio tra gli organismi viventi e l'ambiente è chiamato ciclo del carbonio. Il carbonio è una parte fondamentale dei carboidrati, dei grassi, delle proteine e di altre biomolecole necessarie a tutti gli esseri viventi. Nel ciclo ambientale del carbonio, l'anidride carbonica ha due zone di accumulo: l'atmosfera e l'acqua superficiale. L'anidride carbonica atmosferica (CO2) viene assorbita dalle piante e da altri organismi fotosintetici. L'anidride carbonica (CO2) viene convertita in nutrienti dalla fotosintesi che vengono utilizzati lungo la catena alimentare. Quando gli organismi respirano, il carbonio viene reimmesso nell'atmosfera sotto forma di anidride carbonica (CO2). Tutte le sostanze organiche prodotte non vengono immediatamente convertite in anidride carbonica a seguito della respirazione e della decomposizione. La materia organica prodotta dalle piante e da altri organismi (ad. es il plankton) nel tempo è stata in gran parte sepolta senza decomposizione durante i periodi geologici ed ha generato carbone, lignite, petrolio.

Negli ecosistemi acquatici, la CO2 atmosferica si dissolve in acqua per produrre lo ione bicarbonato (HCO3-), che può essere ottenuto e fissato da alghe e batteri che sono alla base della rete alimentare acquatica.

Sia le piante che gli animali restituiscono carbonio fisso al suolo nei rifiuti che espellono. Quando muoiono restituiscono il loro carbonio all'ambiente. Questi processi completano il ciclo del carbonio. In generale, la decomposizione degli organismi restituisce anidride carbonica (CO2) nell'atmosfera (Kooijman, 2010; Woodmansee, 1990).

Un po 'di carbonio si trova nelle profondità della terra come il carbone, il petrolio, il gas naturale, i materiali che chiamiamo "combustibili fossili". Il combustibile fossile è il prodotto della decomposizione completa o parziale dei resti di animali vegetali a seguito dell'esposizione al calore e alla pressione nella crosta terrestre nel corso di milioni di anni. Quando questi combustibili vengono estratti e bruciati, rilasciano anidride carbonica (CO2) e monossido di carbonio nell'aria.

Figura 6. Il ciclo del carbonio (URL-10)

3.1.6.1. Riscaldamento globale

L'uomo, il più attivo nell'ecosfera tra tutti gli esseri viventi, sta per cambiare i cicli ecologici così come molti aspetti della natura. Ad esempio: estrarre combustibili fossili da dove sono sepolti e utilizzarli, distruggendo la vegetazione naturale della terra, influisce in modo significativo sul bilancio del carbonio nell'ecosfera. Dalla rivoluzione industriale, l'anidride carbonica prodotta dagli esseri umani utilizzando in modo intensivo i combustibili fossili ha già modificato l'equilibrio naturale del ciclo del carbonio nell'ecosistema.

Negli ultimi 100 anni, i livelli globali di anidride carbonica (CO2) atmosferica sono aumentati di circa il 30%. L'aumento dei livelli di anidride carbonica (CO2) nell'atmosfera è il risultato del deterioramento del ciclo del carbonio, principalmente attribuito alla combustione di combustibili fossili e a diverse attività umane. Ciò ha aumentato la capacità di effetto serra dell'atmosfera terrestre e ha reso la terra più calda. Questo fatto è denominato "riscaldamento globale" (Kooijman, 2010). Il cambiamento climatico richiede riduzioni profonde delle emissioni che generiamo, nonché l'uso di alternative ai combustibili fossili in tutto il mondo.

Figura 7. Come funziona l'effetto serra (URL-11)

3.1.7. Ciclo dell'azoto

L'azoto, l'elemento più abbondante nell'atmosfera, è essenziale per la vita. L’azoto viene usato nelle proteine che sono la base del corpo vivente, si trova nella struttura degli acidi nucleici ed in vari ormoni e vitamine.

L'azoto gassoso (N2) costituisce il 78% dell'atmosfera ma non può essere assorbito direttamente dalle piante senza subire una trasformazione. Questo azoto si muove attraverso le parti biotiche e abiotiche dell'ecosistema. L’azoto viene principalmente veicolato attraverso processi biologici, che nella loro generalità vengono definiti come "Ciclo dell'azoto" (Stein e Klotz, 2016).

La base del ciclo dell'azoto è la trasformazione dell'azoto libero nell'aria in sali inorganici e quindi in molecole organiche contenenti azoto da parte degli esseri viventi. L’azoto inoltre si forma anche per conversione di molecole organiche in sali inorganici attraverso decomposizione biologica. In terreni con pochi sali nitrati, la produzione vegetativa è molto più bassa. In termini di società umane, carenza di azoto nell'ambiente significa carenza di proteine, ovvero problemi di alimentazione e fame. Per questo motivo, è di grande importanza convertire l'azoto gassoso nell'aria in una forma chimica che le piante possano utilizzare sia naturalmente che artificialmente.

Figura 8. I composti intermedi prodotti durante il ciclo dell’azoto (Stein e Klotz, 2016)

Ci sono quattro fasi principali di trasformazione biologica nel ciclo dell'azoto: fissazione dell'azoto, ammonificazione, nitrificazione e denitrificazione (Markov, 2012).

a. Fissazione dell'azoto: la fissazione dell'azoto si verifica quando particolari batteri convertono l'azoto gassoso (N2) in ammonio (NH3) che le piante possono utilizzare. Questo processo converte l'azoto gassoso (N2) in una forma che le piante possono assorbire attraverso i loro apparati radicali. Alcuni batteri (Rhizobium) hanno una relazione simbiotica con alcune piante di leguminose, altri batteri vivono liberamente nel suolo o nell'acqua come i cianobatteri o gli azotobatteri.

b. Nitrificazione: la nitrificazione è il processo di formazione dei nitrati durante il ciclo dell'azoto. Il nitrato è una preziosa fonte di azoto per le piante. La nitrificazione può avvenire in due fasi: lo ione ammonio viene convertito dal batterio Nitrosomonas dapprima in nitrito NO2 (NH4 + + O2 → NO2 + H2O + H +) che in seguito viene convertito in nitrato NO3-. Le piante assorbono NH4 e NO3- dal suolo e utilizzano questi ioni per sintetizzare proteine acidi nucleici.

c. Ammonificazione: in questo processo, i batteri decompositori convertono i composti di scarto ricchi di azoto in composti più semplici.

d. Denitrificazione: la conversione del nitrato in azoto gassoso come N2O, NO e N2 che vengono rilasciati nell'atmosfera. La denitrificazione ha un effetto negativo sull'agricoltura in quanto si traduce in una perdita complessiva di azoto dal suolo.

Varie misurazioni mostrano che il ciclo dell'azoto in natura è un ciclo abbastanza regolare ed equilibrato. Le principali perdite in questo ciclo sono: l'accumulo di nitrati trasportati nei mari dalle acque sotterranee e dai fiumi nei sedimenti di fondo comporta l'uscita dell’azoto dal ciclo. Tuttavia, si pensa che i gas di azoto aggiunti nell'aria dalle eruzioni vulcaniche siano in quantità tali da compensare questa perdita.

Figura 9. Il ciclo dell'azoto (URL-10)

Il genere umano influenza il ciclo dell'azoto così come tutti gli altri cicli. L'effetto più importante dell'uomo sul ciclo dell'azoto è attraverso la sottrazione dell'azoto dall'aria per la produzione di fertilizzanti. La conversione dell'azoto in fertilizzante attraverso l'industria ha raggiunto oggi livelli significativi. Per nutrire la popolazione in aumento, l'uso di fertilizzanti inorganici nel mondo aumenta ogni anno. I fertilizzanti azotati rappresentano più della metà di tutto il consumo di fertilizzanti. La produzione artificiale dell'azoto è un processo ad alta intensità energetica. Questa energia è fornita dai combustibili fossili. Pertanto, un altro effetto ambientale della produzione dell'azoto come fertilizzante è legato all'uso dei combustibili fossili.

Oltre ai fertilizzanti utilizzati in agricoltura, anche le acque reflue e i residui di varie industrie chimiche azotate aumentano la quantità di nitrati e altre sostanze chimiche azotate nei laghi, nei fiumi e nelle acque marine costiere. Questo carico insieme a quello dei fosfati contribuisce all'eutrofizzazione delle acque, ovvero un arricchimento delle acque in sali nutritivi che provoca cambiamenti strutturali all’ecosistema. Un altro effetto dell'uomo sul ciclo dell'azoto è a causa degli ossidi nitrici (NO) che vengono rilasciati con i combustibili fossili utilizzati nell'industria e nei veicoli. Gli ossidi nitrici sono fra i principali gas che contribuiscono all'inquinamento atmosferico delle grandi città.

3.1.8. Ciclo del fosforo

Il fosforo è una delle sostanze di base necessarie per gli esseri viventi - come l'azoto. Il fosforo è presente negli acidi nucleici nelle cellule, l’ATP che fornisce il trasferimento di energia, nella struttura della membrana cellulare e si trova anche nei denti e nelle ossa. Le rocce fosfatiche nella crosta terrestre sono il principale serbatoio di fosforo in natura, mentre il secondo serbatoio più grande è l'acqua. La base del ciclo del fosforo è il trasporto del fosforo dalla terra al mare e dal mare alla terra.

Il ciclo del fosforo è di tipoo biogeochimico con trasporto del fosforo e sua trasformazione chimica attraverso la litosfera, l'idrosfera e la biosfera. Il ciclo del fosforo è un processo lento che coinvolge varie fasi di trasformazione del fosforo (P) attravers agenti atmosferici e precipitazione, mineralizzazione e immobilizzazione, adsorbimento e desorbimento (Eckert e Nishri, 2014; Flippelli, 2009).

Parte del fosforo presente nelle rocce fosfatiche della crosta terrestre si dissolve nell'acqua per erosione. Questo fosfato inorganico viene assorbito dalle piante principalmente sotto forma di ortofosfato disciolto in acqua. Esso viene trasmesso agli animali erbivori e carnivori attraverso l'alimentazione. I fosfati organici presenti nei residui vegetali, nei cadaveri di animali e nelle secrezioni vengono convertiti in forma inorganica da microrganismi decompositori. Pertanto, questo fosforo può essere nuovamente utilizzato dalle piante. La parte di fosforo nelle riserve viventi è piuttosto piccola rispetto a quello presente nei bacini idrici e rocciosi.

La maggior parte delle riserve di fosforo contenuto nei sedimenti oceanici si sposta sulla terra a causa di sollevamenti geologici. Una volta presente in superficie, il fosforo viene liberato dalle rocce dagli agenti atmosferici sotto forma di ioni fosfato, che nel terreno sono facilmente assorbiti dalle piante. Oltre alle piante, gli animali che si nutrono di esse incorporano parte del fosfato nel loro corpo. Quando le piante e gli animali muoiono, la loro decomposizione provoca il ritorno degli ioni fosfato ale terreno attraverso l'acqua o il suolo stesso.

Varie condizioni meteorologiche come la pioggia e l'erosione aiutano a lavare alcuni fosfati trovati nelle rocce negli ecosistemi acquatici dove rimangono intrappolati nei sedimenti. Il fosforo trovato nei sedimenti oceanici non è disponibile per le piante sulla terra (Eckert e Nishri, 2014). I sedimenti del mare poco profondo ritornano di nuovo sulla terraferma con la formazione di rilievi a seguito dei movimenti geologici della crosta terrestre.

L'effetto dell'uomo sul ciclo naturale del fosforo è stato quello di accelerare ulteriormente il flusso di fosforo dalla terra al mare, che è già veloce. Dall'inizio del XX secolo, le rocce fosfatiche sono state ampiamente utilizzate come fertilizzanti. Questi fertilizzanti fosfatici aggiunti al terreno, proprio come i fertilizzanti azotati, non rimangono nel terreno per molto tempo. Una parte significativa di esso sfocia nei mari attraverso il dilavamento delle acque sotterranee e superficiali. Nuovi depositi di fosfati vengono costantemente sfruttati per compensare la perdita di fosfato dal suolo.

Figura 10. Ciclo del fosforo (URL-12)

3.1.9. Ciclo dello zolfo

Anche lo zolfo è una delle sostanze chimiche necessarie per la vita: esso si trova nella struttura di alcuni amminoacidi presenti in tutti gli esseri viventi. Poiché si trova in quantità abbondanti nella litosfera, generalmente non è considerata una delle sostanze limitanti: la sua importanza è infatti principalmente considerata relativamente all’inquinamento atmosferico che genera (Kooijman et al., 2010). Le principali fonti naturali di zolfo sonoi composti solforosi come il gas idrogeno solforato proveniente da vulcani e paludi. Questi composti salgono alla superficie della litosfera come risultato dell'erosione geologica, e con la formazione di rocce sedimentarie nei mari ritornano alla roccia.

Figure 11. Ciclo dello zolfo (URL-13)

Lo zolfo contenuto nei composti solforati che salgono alla superficie della litosfera reagisce con l'ossigeno presente nell'aria e assume la forma di anidride solforosa (SO2), anidride solforica (SO3) e infine acido solforico (H2SO4) quando viene a contatto con vapore acqueo. Lo zolfo nell'aria generalmente ritorna al suolo in questa forma, cioè acido solforico, attraverso le piogge. Nei sistemi privi di ossigeno, lo zolfo viene scambiato tra due gruppi di batteri in diverse forme chimiche (Benerje et al., 2013. I batteri dello zolfo usano l'ossigeno nelle sostanze solfatate per convertirli in idrogeno solforato. Alcuni batteri usano anche il gas H2S come energia Questi batteri sono chiamati “batteri chemiosintetici”.

L'industrializzazione ha avuto un grande impatto sul bilancio dello zolfo negli ultimi due secoli. L'uso di combustibili fossili e l'estrazione mineraria hanno notevolmente aumentato la quantità di H2SO4 nell'atmosfera. Pertanto, lo zolfo è diventato una delle principali sostanze che causano inquinamento atmosferico.

3.1.9.1. Il problema delle piogge acide

L'acqua piovana è normalmente leggermente acida. La ragione di ciò sono gli acidi formati dalla reazione della CO2 presente in natura e da piccole quantità di ossidi di zolfo e azoto, anchessi presenti in natura, che interagiscono con l'acqua. Nelle regioni in cui viene aggiunta una grande quantità di anidride solforosa all'ambiente, aumenta anche il tasso di acidità nell'acqua piovana. Uno dei motivi principali dell'emergere delle piogge acide come problema internazionale è la pratica diffusa della costruzione di camini alti per purificare l'aria delle città dall'S O2 negli anni '60. Questi camini, alcuni dei quali lunghi fino a 300 metri, proteggevano gli insediamenti dall'S O2, ma a sua volta volta l'SO2 emesso in atmosfera è stato incorporato nelle piogge sotto forma di acqua.