CICLO DEL CALCIO: CARATTERISTICHE, FASI E IMPORTANZA - CHIMICA - 2026

Il ciclo del calcio è la circolazione e l'immagazzinamento sulla Terra di questo elemento, che comprende gli esseri viventi, la litosfera e l'idrosfera. È un ciclo biogeochimico sedimentario in cui il calcio circola come un metallo tenero alcalino terroso, privo di uno stadio gassoso.

Lo stadio di maggiore circolazione del calcio è quello biologico, in quanto viene consumato dagli esseri viventi e utilizzato nelle loro strutture e nel metabolismo. Una volta che gli esseri viventi sono morti, il calcio viene reintegrato nell'ambiente fisico come parte del suolo e del fondo marino.

Calcio. Fonte: Pumbaa (opera originale di Greg Robson) / CC BY-SA 2.0 UK (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/uk/deed.en)

Ci sono ampi depositi di conchiglie e ossa soprattutto sui fondali marini e nei grandi laghi. Queste strutture si mescolano ai sedimenti e sono ricoperte da strati successivi nel corso di milioni di anni.

Gli strati inferiori di sedimenti sono soggetti ad alte pressioni formando rocce sedimentarie che vengono poi esposte in superficie a causa di processi geologici terrestri. Le rocce esposte sono soggette ad agenti atmosferici ed erosione, rilasciando calcio che si integra nel terreno o viene lavato via.

Nel terreno viene assorbito principalmente dalle radici delle piante e nel mare dal fitoplancton e da altri organismi. Il calcio viene utilizzato per diversi scopi strutturali e metabolici, ad esempio la produzione di conchiglie.

Il ciclo del calcio è importante in quanto permette a questo elemento di essere disponibile nelle sue diverse fasi, assolvendo a diverse funzioni. Pertanto, essendo parte della struttura degli organismi viventi, partecipa alla formazione del rilievo terrestre, regola il pH del suolo e delle acque e funge da materia prima per l'industria umana.

Caratteristiche generali

- Il calcio

Il calcio (Ca) è un metallo tenero alcalino terroso con numero atomico 20 e massa atomica 40,078, il cui stato ordinario è solido. Forma ossidi che agiscono come basi forti, reagendo violentemente a contatto con acidi.

- Il tuo ciclo

Il calcio compie un ciclo biogeochimico di tipo sedimentario, poiché manca di una fase gassosa e le maggiori riserve si trovano nella litosfera. È strettamente correlato ai cicli del carbonio, dell'acqua e del fosforo.

Erosione rocciosa

Il ciclo si sviluppa dall'erosione e dall'erosione delle rocce calcaree che rilasciano il calcio che si deposita nel terreno. Allo stesso modo, può essere lavato via sciolto nell'acqua di deflusso in fiumi, laghi e oceani.

Quando l'acqua piovana entra in contatto con la CO2 atmosferica, forma H2CO3 che dissolve la roccia calcarea, rilasciando Ca2 + e HCO3-. D'altra parte, la CO2 trasportata dall'acqua piovana trasforma il carbonato insolubile in bicarbonato solubile.

Assorbimento e utilizzo da parte degli esseri viventi

Il calcio (Ca2 +) nel suolo viene assorbito dalle piante e nei corpi idrici dagli organismi acquatici. Nell'organismo, il calcio svolge diverse funzioni metaboliche e quando gli organismi muoiono, ritorna nell'ambiente fisico, trasportato dalle acque di deflusso nei fiumi, nei laghi e negli oceani.

Formazione rocciosa

Scheletri di animali (interni ed esterni o conchiglie) si depositano sul fondo del mare come parte dei sedimenti. Gli strati di sedimenti vengono ricoperti e compattati nel corso di milioni di anni per formare rocce calcaree.

Rocce calcaree. Fonte: Ferdous / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Successivi processi diastrofici (crepe e movimenti verso l'alto della crosta terrestre) espongono le rocce alla superficie. In questo modo il ciclo si chiude, perché le rocce sono di nuovo intemperie (azione degli elementi climatici) e vengono alterate ed erose.

Fasi del ciclo del calcio

Le fasi che il calcio attraversa nel suo ciclo di immagazzinamento e circolazione sono date dai compartimenti in cui avvengono questi processi. Questi sono la crosta e parte del mantello terrestre (litosfera), i corpi idrici (idrosfera) e gli organismi viventi.

- Fase geologica

Nella fase geologica, suddivisa in compartimenti nella crosta e nel mantello, è dove si trova la maggior quantità di deposito di calcio. Il calcio è il quinto elemento più abbondante nella litosfera, costituendo il 3,5% della crosta terrestre.

Si trova formando parte di rocce come calcare, dolomia, marna e marmo, mentre calcare e dolomia formano enormi catene montuose in tutto il pianeta. Allo stesso modo, fa parte di altri composti naturali come il gesso e l'alabastro (solfato di calcio).

In forma minerale, si ottiene come carbonato di calcio (CaCO3) da calcite, dolomite e altre forme cristalline come l'aragonite.

Calcare

È un tipo molto abbondante di roccia sedimentaria proveniente da antichi depositi marini o lacustri (laghi), composta per il 99% da carbonato di calcio. Queste rocce formano strati orizzontali o deformati da movimenti diastrofici e la loro alterazione dà origine a terreni da neutri a basici (pH 7 o superiore), ricchi di calcio.

Dolomite

È costituita da una roccia sedimentaria formata in depositi marini poco profondi da una reazione di sostituzione chimica. In questo caso, il magnesio partecipa alla conformazione minerale, formando dolomite o carbonato di calcio e magnesio (CaMg (CO3) 2).

Margas

Sono rocce sedimentarie formate da 1/3 a 2/3 di carbonato di calcio e il resto delle argille. Queste rocce sopravvivono nelle zone aride, poiché sono molto sensibili all'erosione dell'acqua.

Marmo

Se le rocce calcaree sono soggette ad alte temperature e pressioni negli strati profondi della crosta terrestre, si forma il marmo. Questa è una roccia metamorfica molto compatta con un alto grado di cristallizzazione.

- Fase idrologica

Il calcio viene sciolto nei fiumi, nei laghi e negli oceani come cloruro di calcio (essendo lo ione più abbondante in questo mezzo) e carbonato di calcio. Negli oceani, il carbonato di calcio (CaCO3) è stabile a profondità inferiori a 4.500 m.

Il calcio in questo terreno si trova negli organismi viventi e nei depositi di calcare sul fondo del mare. Questo è il limite di profondità della compensazione del carbonato, dopo il quale CaCO3 si dissolve e non forma depositi di calcare.

- Fase biologica

Movimento del calcio dal suolo alle radici. Dallo xilema alle foglie della pianta. Dhagerty / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)

In questa fase, il ciclo del calcio raggiunge la sua massima circolazione, essendo vitale per gli esseri viventi perché come ione Ca2 + fa parte dei meccanismi di scambio delle membrane cellulari. D'altra parte, è un costituente essenziale di ossa, denti, gusci d'uovo e conchiglie.

Gusci di calcio in bivalvi. Fonte: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bivalvia.jpg

In questo modo, il calcio circola nella biosfera e quando gli organismi muoiono, ritorna nei sedimenti per formare nuove rocce nel tempo.

L'essere umano

Un elemento eccezionale della fase biologica del ciclo del calcio è il ruolo degli esseri umani nell'utilizzo di questo elemento come materia prima. Questo elemento viene estratto, trasportato e utilizzato in grandi quantità in modi diversi.

Nelle miniere a cielo aperto, il calcare viene estratto per usarlo come elemento di costruzione o per macinarlo e utilizzarlo come materia prima industriale. I gusci vengono anche macinati per preparare fertilizzanti e altri prodotti.

I gusci di foraminiferi e molluschi

I gusci di questi animali sono formati da carbonato di calcio, cristallizzato come calcite o aragonite. Si tratta di due forme minerali della stessa composizione (CaCO3) ma che cristallizzano in modo diverso.

I molluschi formano i loro gusci da una forma liquida di calcio secreta da cellule specializzate. Lo strato più interno del guscio è la madreperla formata da cristalli di aragonite mescolati con la proteina della conchiolina.

Importanza

La circolazione del calcio, che forma il suo ciclo caratteristico, è fondamentale per rendere disponibile questo elemento agli esseri viventi. Grazie ai processi che rilasciano il calcio dalle rocce e lo fanno circolare, la vita esiste come la conosciamo.

- Elemento essenziale per la vita

Il calcio è essenziale per la vita, poiché è sia un elemento strutturale che metabolico. Strutturalmente, è una parte fondamentale nella conformazione degli scheletri sia interni che esterni.

Negli animali ossuti, il calcio è il componente principale delle ossa (scheletro interno), anche dei denti. Nei foraminiferi (protisti) e nei molluschi (lumache e bivalvi) è l'ingrediente principale per la formazione dello scheletro esterno, cioè le conchiglie.

Metabolismo

Il calcio è un agente di trasporto nelle membrane cellulari, quindi svolge un ruolo importante nel metabolismo. Nelle membrane cellulari ci sono canali del calcio che consentono l'ingresso passivo di questo elemento nelle cellule.

Canali del calcio. Fonte: Ulrich Förstermann - Elsevier GmbH / Dominio pubblico

Questo regola il rapporto delle concentrazioni di calcio tra l'interno e l'esterno della cellula, attivando diversi processi metabolici. Ad esempio, questi meccanismi sono essenziali per il funzionamento del sistema nervoso e muscolare e quindi svolgono un ruolo rilevante nella funzione cardiaca.

- Cibo e salute

Dal punto di vista umano, il ciclo del calcio permette di rendere disponibile questo elemento al cibo e alla salute umana. Soprattutto è fondamentale nella produzione e preparazione di latticini per bambini.

Allo stesso modo, la sua ingestione per scopi medicinali viene utilizzata nel trattamento di malattie da carenza di calcio come l'osteoporosi. Questa malattia che indebolisce le ossa è particolarmente grave nelle persone anziane, specialmente nelle donne.

- Le perle

Quando un corpo estraneo invade l'ostrica, la ricopre di madreperla e così si forma una perla. Le perle raggiungono valori elevati nel mercato della gioielleria in tutto il mondo.

- Materia prima industriale

Il calcare viene utilizzato industrialmente per vari scopi, ad esempio la produzione di cemento. Anche queste pietre sono utilizzate direttamente come materiale da costruzione, grazie alla loro facile intaglio.

Inoltre, il calcio viene utilizzato come disossidante e agente riducente in diversi processi, soprattutto nell'industria metallurgica.

Lime

Come calce viva, chiamata anche calce da costruzione, sono ossidi di calcio che vengono utilizzati come legante e rivestimento nella costruzione. Allo stesso modo, è utilizzato nella produzione di sapone, carta, vetro, gomma e nella concia delle pelli.

Allo stesso modo, ha vari usi nell'industria alimentare e nel trattamento delle acque. Mentre come calce spenta o idrossido di calcio, viene utilizzato anche nell'industria e nell'agricoltura.

- Regolazione del pH del suolo

Il contenuto di ossidi di calcio nel terreno influisce sulla regolazione del pH. In agricoltura la calce viva viene utilizzata come ammendante agricolo per ridurre l'acidità dei suoli e anche come fertilizzante.

- Acqua calcarea o acqua dura

Quando l'acqua circola in ambienti ricchi di calcio e magnesio, scioglie i sali di questi elementi ed è conosciuta come acqua calcarea o dura. Il limite di qualità dell'acqua è di 120 mg CaCO3 / litro, al di sopra del quale l'acqua è considerata dura.

L'acqua con un alto contenuto di calcio può causare problemi di salute, soprattutto legati al sistema cardiovascolare. Inoltre, l'acqua dura produce depositi calcarei nei tubi che ostacolano la circolazione.

- Grotte calcaree e falde acquifere

Nelle rocce calcaree, l'erosione idrica spesso forma sistemi di grotte sotterranee con interessanti configurazioni interne. Tra queste spicca la formazione di stalattiti e stalagmiti, dovuta ai depositi di carbonato di calcio dalle fughe sui tetti di queste grotte.

Questi sistemi calcarei svolgono anche la funzione di filtraggio delle acque sotterranee per la loro porosità, formando falde acquifere.

Riferimenti

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