Processi biogeochimici

I processi di dissoluzione e/o precipitazione dei carbonati (Ca$^{2+}$ + 2HCO$^{3-}$ $\rightarrow$ CaCO$_3$ + CO${2(aq)}$ + H$_2$O) svolgono un ruolo importante sulla chimica del carbonio negli ambienti marini e, a grande scala, nel regolare le concentrazioni della CO$_2$ atmosferica. Nel tentativo di comprendere le cause delle variazioni nei tassi di accumulo dei carbonati molti sforzi, negli anni passati, sono stati indirizzati ad ottenere stime di produzione primaria assumendo che, al di sopra del lisoclino, tali variazioni fossero attribuibili esclusivamente a variazioni di produttivita' nella colonna d'acqua. Studi recenti sui fondali marini al di sopra del lisoclino JAHNKE2004, EMERSON1981, MARTIN1996 hanno dimostrato che la dissoluzione dei carbonati, negli ambienti marini in cui non si raggiunge la profondita' di compensazione dei carbonati all'interfaccia acqua-sedimento, e' guidata da processi di 'dissoluzione inorganica', ossia sottosaturazione nelle acque interstiziali, dovuta ad uno scambio di soluti con acque di fondo sottosature, e da 'dissoluzione metabolica', guidata da processi metabolici nei sedimenti. Questi ultimi comportano la produzione di CO$_2$ e altri metaboliti ridotti come NH$^{4+}$, Fe$^{2+}$, Mn$^{2+}$ o S$^{2-}$ attraverso la mineralizzazione della sostanza organica (processi diagenetici). Lo studio di questi processi potrebbe quindi migliorare la conoscenza dei fattori che regolano i flussi bentici e il ruolo dei sedimenti come 'sink' o 'source' di CO$_2$. Negli ultimi anni la misura dei flussi bentici di sostanze disciolte e lo studio dei processi di diagenesi precoce ha assunto un duplice interesse, teorico e applicativo, sia a livello internazionale che nazionale, in particolare per il ciclo del carbonio. L'interesse teorico deriva dalla necessita' di comprendere i processi chimici, fisici e biologici che avvengono nello strato limite di separazione tra il sedimento e la colonna d'acqua e nei primi centimetri del sedimento. La maggior parte delle reazioni che portano al riciclo o al definitivo seppellimento di nutrienti e in particolare del carbonio avvengono, infatti, in questo strato. Questi studi sono quindi fondamentali per la comprensione del ciclo biogeochimico del carbonio negli ambienti acquatici. Numerose sono le unita' operative straniere che svolgono studi avanzati in questa direzione: in primo luogo i ricercatori nordamericani BOUDREAU1998, HAMMOND2004, HAMMOND1996, HALES1997, JAHNKE1982 e poi, in Europa APITZ2008, EPPING1997, GUNDERSEN1990, HUETTEL1998, MULLER1997, SOETAERT1996, mentre in Italia studi riguardanti la misura dei flussi bentici e dei processi di diagenesi precoce sono stati condotti da BARBANTI1992, BARBANTI1995, BERGAMINI_FLUSSI1997, BERGAMINI_DIAG1997, BERTUZZI1997, CICERI1992, FRASCARI1988, GIORDANI1992, GIORDANO2004, HAMMOND1999, MARCACCIO1999, SPAGNOLI2008, SPAGNOLI2004, SPAGNOLI1994, SPAGNOLI1997, ZAGO2000.

Gli studi applicativi nascono dall'esigenza di comprendere e ridurre le alterazioni degli ecosistemi acquatici e dei cambiamenti climatici in conseguenza dell'attivita' antropica. In relazione agli incrementi di CO$_2$ nell'atmosfera tali studi sono rivolti alla comprensione e quantificazione del ciclo biogeochimico del carbonio nell'ambiente marino e quindi anche nel comparto bentico, che, in seguito ai cambiamenti climatici, sta subendo delle notevoli alterazioni; fra i molti autori possiamo citare BARCELOSERAMOS2007, CANFIELD1994, FABRY2008, HISCOCK2006, HUTCHINS2007, JAHNKE1997, LEVITAN2007, REIMERS1992, SCHNEIDER2007, TANAKA2007, WIDDICOMBE2007, TYRRELL2008, WIDDICOMBE2008. Altri tipi di studi sono rivolti a determinare l'entita' dei flussi bentici di sostanze nutrienti in quei bacini dove l'aumento del carico trofico porta a delle anossie con relative crisi distrofiche, oppure alla determinazione dei flussi bentici di metalli pesanti o altre sostanze di origine antropica su fondali interessati da sversamenti di materiali, come scarti di lavorazioni industriali o fanghi di dragaggio dei porti. Anche questi, infatti, possono influenzare il chimismo della colonna d'acqua, entrare nel ciclo trofico e quindi alterare gli ecosistemi naturali e costituire un pericolo per la salute umana.