Azoto nell’atmosfera e nei suoli: le conseguenze su ecosistemi e clima

L’azoto (N) è l’elemento più abbondante nell’aria che respiriamo (ne rappresenta il 78%) ed è un ingrediente fondamentale delle molecole organiche che costituiscono gli esseri viventi (si pensi solo agli aminoacidi che formano le proteine).

L’azoto atmosferico è presente soprattutto come molecola di N2, due atomi di azoto tenuti assieme da un legame molto forte, che la rende quasi inerte alle temperature ordinarie. Per spezzare questo legame è necessaria moltissima energia che può essere fornita, ad esempio, dai fulmini oppure dalla combustione. La combustione genera composti dell’azoto quali il monossido (NO), un pericoloso inquinante, in quantità tanto maggiori quanto più alta è la temperatura, come all’interno dei motori diesel. La trasformazione dell’azoto atmosferico in una forma assimilabile dalla piante (le radici assorbono l’azoto soprattutto nella forma di nitrati e nitriti) è detta fissazione dell’azoto: essa viene svolta principalmente dai microorganismi presenti del terreno, i più efficienti dei quali vivono in simbiosi sulle radici della leguminose, detti batteri azoto-fissatori o nitrificanti. Questi batteri, utilizzando i loro particolari enzimi, sono in grado di convertire la molecola di N2 in ammoniaca (NH3) e successivamente in nitrati e nitriti. Il ciclo naturale dell’azoto si chiude quando la materia organica si decompone: qui entrano in gioco alcuni batteri anaerobi (che prosperano in ambiente povero di ossigeno), detti denitrificanti, i quali demoliscono l’azoto organico restituendo all’atmosfera azoto atmosferico, N2, o, in piccole quantità, ossido nitroso N2O. Quanto appena descritto, molto brevemente e sinteticamente, è il ciclo dell’azoto.

In questo articolo vorremmo però focalizzare la nostra attenzione su come e quanto il ciclo dell’azoto sia stato pesantemente perturbato dalle attività umane, principalmente attraverso l’agricoltura e i processi industriali, e con quali conseguenze, sia per gli ecosistemi che per il clima. Per intuire le dimensioni di questo problema basterà ricordare che oggi l’uomo è responsabile di ben il 30% della fissazione di azoto atmosferico attraverso il cosiddetto processo di Haber-Bosch, un procedimento altamente energivoro attraverso il quale l’azoto atmosferico gassoso viene fatto reagire con idrogeno per produrre ammonica, ingrediente alla base della sintesi dei fertilizzanti azotati. Fertilizzanti, senza i quali, è doveroso sottolinearlo, non sarebbe possibile sfamare l’attuale popolazione mondiale. Già nel 2009 un celebre studio pubblicato su “Nature” a firma di Rockström et al. poneva in grande evidenza il tema della forte interferenza antropica nel dell’azoto, largamente al di là dei cosiddetti “planetary boundaries” ovvero limiti del pianeta.

Gli altri grandi perturbatori del ciclo naturale dell’azoto, come anticipato, sono l’agricoltura e l’allevamento. L’agricoltura, oltre a costituire la principale utilizzatrice dei fertilizzanti azotati di sintesi, arricchisce il suolo di azoto tramite la coltivazione di leguminose (si pensi alle enormi superfici coltivate a soia), che come è stato accennato, instaurano una simbiosi al livello delle radici con i batteri nitrificanti; inoltre anche la combustione delle biomasse (che a volte accompagna la deforestazione) libera ossidi di azoto nell’atmosfera. L’allevamento intensivo del bestiame è invece responsabile dell’emissione di grandi quantità di ammoniaca, un gas volatile, contenuta nelle deiezioni degli animali.

Passiamo ora brevemente ad esaminare alcune conseguenze, ben inteso senza la pretesa di esaurire un argomento vastissimo, molto tecnico e di grande complessità come questo. Per quanto riguarda gli effetti sul clima l’attenzione va posta all’ossido nitroso (N20) un gas composto da due atomi di azoto e uno di ossigeno, noto anche come protossido di azoto o gas esilarante, emesso per circa i due terzi dall’agricoltura e per la restante parte da altri processi quali alcune produzioni industriali, la combustione del carbone e delle biomasse. Il protossido di azoto è un efficace gas serra, oltre 300 volte più potente del biossido di carbonio per unità di massa, e pertanto anche se presente solo in tracce la crescita della sua concentrazione rispetto all’epoca pre-industriale contribuisce per il 6% circa all’aumento dell’effetto serra. Altri effetti dell’alterazione del ciclo dell’azoto riguardano la biosfera e gli ecosistemi e alcuni di essi, come vedremo, sono assai sottili. Ovunque, anche nelle zone più lontane dalla aree agricole e industriali, si osserva una vera e propria “pioggia” di composti azotati che aumenta la concentrazione e la disponibilità di questo elemento nei suoli e nelle acque. A titolo di esempio (si veda anche il link suggerito) risulta che in ben il 95% dei boschi svizzeri i composti azotati nel suolo sono presenti in quantità eccessiva. A prima vista questo potrebbe sembrare un aspetto positivo (in fondo l’azoto è un fertilizzante), ma non è così perché gli organismi nei millenni si sono evoluti e si sono adattati in ambienti dove l’azoto era scarso. Di fatto l’accresciuta disponibilità di azoto favorisce alcune specie a discapito di altre, con ripercussioni sulla biodiversità; suoli ricchi di azoto possono rendere certe specie che lo assorbono più fragili e meno resilienti alle avversità. Inoltre i composti azotati contribuiscono alla formazione delle piogge acide e alla acidificazione dei suoli, rendendo così solubili alcuni metalli tossici quali l’alluminio. Da ultimo, ma non certo per importanza, i composti solubili dell’azoto vengono sciolti e dilavati dalle piogge per poi finire nei fiumi, nei laghi e nei mari, contribuendo assieme al fosforo al noto fenomeno dell’eutrofizzazione.

Il quadro appena illustrato, sia pure in modo estremamente sommario, dovrebbe averci convinto che anche con l’azoto abbiamo un grosso problema: i ricercatori come si è visto sanno queste cose da tempo, ma difficilmente troveremo un titolo sulle prime pagine dei quotidiani che ce lo ricorda. E da anni, va da sé, sono allo studio molte soluzioni: va detto infatti che ve ne sono, anche se difficilmente la loro applicazione potrà condurre a risultati rapidi e completi. Si può intervenire ove possibile sulle sorgenti industriali, naturalmente, ma l’azione più difficile concerne l’agricoltura e gli allevamenti. Si stima che in media solo la metà del fertilizzante azotato distribuito sulle colture venga effettivamente utilizzato dalle piante, il resto è perso. Diventa quindi cruciale cercare di effettuare concimazioni mirate (in questo anche la meteorologia può svolgere un ruolo importante) in modo da nutrire le colture al momento giusto e con le dosi giuste. Con riferimento al bestiame, invece, si studiano tecniche per impedire che l’ammoniaca contenuta nelle deiezioni finisca in atmosfera anziché nel terreno, ad esempio tramite la copertura dei letamai o con opportuni accorgimenti nella fase di spargimento dei liquami.

Leggi anche: VIDEO – Coronavirus, crollati i livelli di diossido di azoto in tutta la Cina

Per approfondire:

• Ecological Application 7, 1997 – Human alteration of the global nitrogen cycle: sources and consequences, autori vari
• Environmental Research Letters 9, 2014 – Inventories and scenarios of nitrous oxide emissions, Davidson, Kanter
• Azoto, gioie e dolori –  Ambiente 02/14 webzine
• AR5: Fifth Assessment Report IPCC