Rocce Carbonatiche: L’Ingrediente Segreto che Potenzia la Pulizia Naturale dei Fiumi?

Ciao a tutti! Oggi voglio parlarvi di una scoperta affascinante che collega il mondo inanimato delle rocce a quello vivace e dinamico dei nostri fiumi. Avete mai pensato a come la geologia, la composizione stessa del letto di un fiume, possa influenzare processi biologici fondamentali come il ciclo dell’azoto? Beh, preparatevi, perché quello che abbiamo scoperto ha dell’incredibile e potrebbe cambiare il modo in cui guardiamo ai nostri corsi d’acqua.

Parliamo spesso di inquinamento da azoto nei fiumi. Troppo azoto, soprattutto in forma inorganica (quello che chiamiamo DIN, che include i famosi nitrati, ({{rm{NO}}}_{3}^{-})), può mandare in tilt l’ecosistema acquatico, causando fioriture algali eccessive (eutrofizzazione) e zone povere di ossigeno (ipossia). È un problema serio, ve lo assicuro.

Il Problema con l’Azoto e la Soluzione Naturale

Fortunatamente, la natura ha i suoi meccanismi per gestire questi eccessi. Uno dei più importanti è l’assimilazione dell’azoto. In pratica, organismi come alghe e piante acquatiche “mangiano” l’azoto inorganico disciolto e lo trasformano in azoto organico (che chiamiamo DON o PON, a seconda che sia disciolto o particolato), integrandolo nelle proprie cellule. Questo processo non solo rimuove l’azoto “cattivo” dall’acqua, ma lo “blocca” temporaneamente in forme organiche, che possono poi finire nei sedimenti. Pensate che in molti fiumi l’assimilazione è persino più efficace della denitrificazione (un altro processo che rimuove azoto) nel ripulire le acque!

I Soliti Sospetti (e un Nuovo Giocatore Inatteso)

Finora, quando pensavamo a cosa regolasse questa assimilazione, guardavamo a fattori come:

• La disponibilità di luce solare (per la fotosintesi)
• La temperatura dell’acqua
• Le specie di fitoplancton presenti
• L’uso del suolo nel bacino circostante

Tutte cose importanti, certo. Ma c’era un pezzo del puzzle che, a quanto pare, stavamo trascurando: la roccia su cui scorre il fiume. In particolare, la presenza di rocce carbonatiche (come calcari e dolomie).

Un Racconto Cinese: Il Fiume delle Perle

La nostra avventura inizia nel bacino del Fiume delle Perle (Pearl River Basin, PRB), in Cina. È un’area enorme e geologicamente molto varia: la parte occidentale è dominata da rocce carbonatiche (circa il 44% dell’area), mentre quella orientale ne ha pochissime (solo l’8%), essendo ricca di rocce silicatiche. Una situazione perfetta per un confronto!

Abbiamo campionato le acque in lungo e in largo, sia nella stagione umida (calda e piovosa) che in quella secca (più fredda). E cosa abbiamo notato? Durante la stagione umida, nelle zone dominate dai carbonati, succedeva qualcosa di speciale:

• La concentrazione di carbonio inorganico disciolto (DIC) era molto più alta. Questo è logico: le rocce carbonatiche si sciolgono più facilmente di quelle silicatiche, rilasciando più carbonio (sotto forma di bicarbonato, ({{rm{HCO}}}_{3}^{-})) nell’acqua.
• La concentrazione di azoto organico disciolto (DON) era anch’essa più alta.
• C’era una forte correlazione positiva tra DON e l’azoto inorganico (({{rm{NO}}}_{3}^{-})). In pratica, dove c’era più “cibo” (nitrati), si produceva più biomassa (DON).
• Questa relazione era strettamente legata all’irraggiamento solare. Più sole, più attività biologica, più DON prodotto a partire dai nitrati.

Nelle regioni non carbonatiche, invece, questa forte relazione tra DON, nitrati e luce solare era molto più debole o assente, nonostante livelli simili di luce e temperature in alcune aree. Il DON rimaneva più basso.

Nella stagione secca, con temperature più basse e meno luce solare, questa differenza tra le due zone si attenuava molto. L’attività biologica rallentava ovunque, e l’effetto “turbo” dei carbonati non era così evidente.

La Prova del Nove: Esperimenti sul Campo

Per essere sicuri che fosse proprio il DIC a fare la differenza, abbiamo condotto esperimenti di incubazione direttamente nel fiume, in due siti scelti apposta: uno in zona carbonatica (alto DIC) e uno in zona non carbonatica (basso DIC), ma con condizioni simili per temperatura, luce e nutrienti (nitrati e fosfati).

I risultati sono stati chiarissimi:

• Nel sito ad alto DIC, abbiamo osservato un forte aumento dell’azoto organico particolato (PON) durante il giorno, accompagnato da un aumento del pH e da un consumo di CO2, nitrati e fosfati. Il rapporto tra carbonio, azoto e fosforo consumati era vicinissimo al famoso rapporto di Redfield (C:N:P = 106:16:1), un chiaro segno di fotosintesi e assimilazione attiva. Il tasso di assimilazione dell’azoto era bello alto: 7.4 μmol N l⁻¹ giorno⁻¹.
• Nel sito a basso DIC, l’attività era molto più blanda. Niente pattern giornalieri evidenti, niente consumi significativi. Il tasso di assimilazione era bassissimo, meno di un settimo rispetto all’altro sito (solo 1 μmol N l⁻¹ giorno⁻¹).

Abbiamo anche fatto un test aggiungendo fosforo (P) nel sito a basso DIC, per escludere che fosse la mancanza di fosforo a limitare l’assimilazione. Risultato? Nessun cambiamento significativo. La limitazione era proprio dovuta al carbonio!

Insomma, sembra proprio che l’abbondanza di carbonio inorganico disciolto, fornita dal dilavamento delle rocce carbonatiche, agisca come un fertilizzante per l’assimilazione dell’azoto, ma solo quando ci sono abbastanza luce e calore (cioè, tipicamente nella stagione umida). Dove il DIC è scarso, anche se c’è tanto azoto, le alghe non riescono a “ingranare la marcia” per trasformarlo efficacemente.

Non Solo in Cina: Un Fenomeno Globale?

Ok, bello studio sul Fiume delle Perle, ma vale anche altrove? Sembrerebbe proprio di sì!
Abbiamo raccolto dati da fiumi di tutto il mondo (Europa, USA, Regno Unito) e abbiamo trovato conferme:

• Globalmente, i fiumi che scorrono in bacini con più rocce carbonatiche hanno concentrazioni di DIC più alte.
• In Europa e USA, l’azoto organico totale (TON) tende ad essere più elevato nei fiumi con alto DIC.
• Nel Regno Unito, l’azoto organico particolato (PON) è significativamente più alto nei fiumi che scorrono su aree ricche di carbonati.

Abbiamo anche analizzato la distribuzione globale del DON in base alla latitudine. Sappiamo che tende ad aumentare verso l’equatore per via di maggiore temperatura e luce solare. Tuttavia, usando un modello matematico che simula la crescita del fitoplancton (il modello di Michaelis-Menten), abbiamo visto che includendo un fattore di limitazione da DIC, il modello riusciva a spiegare molto meglio la distribuzione osservata del DON a livello globale!

Per un’ulteriore conferma, siamo andati a campionare fiumi a Malang, in Indonesia, un’altra area con zone sia carbonatiche che non carbonatiche. E anche lì, stesso risultato: DON significativamente più alto nelle aree carbonatiche, nonostante condizioni simili di luce, temperatura e azoto inorganico. Anzi, in Indonesia il sistema sembrava limitato dal fosforo, ma l’effetto “booster” del DIC era comunque evidente: a parità di fosforo, la risposta del DON era molto più amplificata nelle zone carbonatiche.

Cosa Significa Tutto Questo per i Nostri Fiumi?

Questa scoperta è importante perché ci dice che la geologia del bacino idrografico ha un impatto diretto e finora sottovalutato sul ciclo dell’azoto nei fiumi. Il dilavamento delle rocce carbonatiche, aumentando il DIC, può potenziare l’assimilazione dell’azoto, specialmente nelle stagioni calde e soleggiate.

Questo ha implicazioni pratiche:

• Potrebbe significare che i fiumi in aree carbonatiche hanno una maggiore capacità “naturale” di trattenere o trasformare l’azoto in eccesso rispetto a quelli in aree silicatiche.
• Questa capacità potenziata potrebbe influenzare il rischio di eutrofizzazione a valle.
• I modelli che cercano di prevedere il destino dell’azoto nei fiumi dovrebbero iniziare a considerare anche la geologia e il DIC come fattori chiave.

Stimiamo che, a livello globale, le regioni ricche di carbonati possano avere tassi di crescita del fitoplancton e di assimilazione dell’azoto mediamente superiori del 16% (fino a un 31% in più, come valore mediano) rispetto alle regioni povere di carbonati, a parità di altre condizioni.

Insomma, la prossima volta che passeggiate lungo un fiume, pensateci: le rocce sotto i vostri piedi e sotto l’acqua potrebbero star giocando un ruolo silenzioso ma fondamentale nel mantenere l’equilibrio di quell’ecosistema, aiutandolo a “digerire” l’azoto che riceve. Una connessione affascinante tra il mondo minerale e quello biologico che stiamo solo iniziando a comprendere appieno!

Fonte: Springer