Materia organica nei depositi lacustr

La materia organica rappresenta una frazione minore dei sedimenti costituenti i depositi lacustri, ma fornisce informazioni importanti sul paleoambiente del lago e del suo bacino idrografico, comprendenti indicazioni qualitative di cambi paleolimnologici che possono, a loro volta, fornire informazioni paleoclimatiche indirette.

La materia organica dei depositi lacustri ha origine principalmente dai resti vegetali delle piante che vivono intorno al lago ed al suo interno ed in misura minore, da residui animali (fig. 3.8).

Figura 3.8 Valori isotopici delle principali fonti ci carbonio in ambiente lacustre ed esempi degli intervalli dei risultanti valori di δ 13CTDIC (carbonio totale diccolto inorganico). Il valore δ 13

CTDIC è maggiore (circa -3‰ invece che -15‰) quando c’è un flusso di acque sotterranee verso

il lago in aree con presenza dominante di piante C4. Laddove avvenga stratificazione nella colonna d’acqua, il TDIC può presentare valori δ 13

C relativamente alti, in quanto l0attestarsi di un fondo in condizioni anossiche permanenti rallenta l’ossidazione organica e permette la conservazione di quantità maggiori di materia organica, rimuovendo 12C dal sistema. In lagni estremamente organici, l’ossidazione di materia organica porta a valori 13

C per il TDIC minori in quanto si libera 12C. i valori δ 13C per il TDIC possono essere più alti del +2,5‰ (Leng e Marshall, 2004).

62 Le piante si possono dividere sulla base della loro composizione biochimica in due gruppi distinti: piante vascolari e piante non vascolari.

Le piante vascolari vivono sul terreno in vicinanza ai laghi e nelle aree poco profonde, contengono grandi quantità di tessuti fibrosi, principalmente cellulosa ricca in carbonio e lignina; a questo gruppo appartengono sia piante che vivono in ambiente terrestre, come erba, cespugli o alberi, sia piante che vivono in ambiente lacustre, come le alghe macrofite. Nelle piante non vascolari invece, i tessuti fibrosi sono scarsamente presenti o addirittura assenti; a questo gruppo appartiene il fitoplancton.

Il contributo di questi due tipi di piante nei sedimenti lacustri è influenzato fortemente dalla morfologia, dal clima e dall’abbondanza relativa di piante nel lago.

La materia organica che ha origine da questi due gruppi preserva, nei residui contenuti nei depositi lacustri, le condizioni iniziali e riflette il grado di alterazione e di decomposizione successiva alla sedimentazione; essa presenta in alcuni laghi una componente algale predominante e invece in altri ha una componente principale derivata da piante di terraferma.

Durante la deposizione sul fondo del lago, la materia organica è soggetta a rimaneggiamento microbiologico, con il risultato che la maggior parte della sua composizione molecolare viene alterata; il tipo ed il grado di alterazione che è presente nell’originaria materia organica durante e dopo l’incorporazione nei sedimenti, ci indica molto sul precedente ambiente fisico e geofisico del lago; ecco perché l’investigazione geochimica della sorgente organica e l’alterazione della materia organica nei sedimenti dei laghi è molto importante e significativa per questo tipo di studi.

La sostanza organica lacustre può originarsi in situ, tramite una serie di processi che si svolgono ad opera di tutti gli organismi acquatici, oppure a carico delle loro spoglie, si parla in tal caso di sostanza organica autoctona. Oppure può essere aggiunta dall’esterno in soluzione, come acidi umici o fulvici, o sospesa nelle acque affluenti, che se ne sono arricchite nel terreno a copertura vegetale, o dall’atmosfera in forma di pollini, foglie e permanervi come tale, o essere più o meno modificata, si parla in questo caso di sostanza organica alloctona. La distinzione è importante, poiché quest’ultima rappresenta un apporto esterno di sostanze che possono incidere sui bilanci del lago. Una valutazione esatta delle concentrazioni relative delle due componenti è impossibile, al riguardo però si sono dimostrati utili alcuni dati indiretti quali il rapporto area del bacino imbrifero/area del lago, il rapporto C/N ottenuto determinando il carbonio e l’azoto totale (Giussani, 2001).

63 La concentrazione del carbonio organico totale (TOC: Total Organic Carbon) è un parametro fondamentale che esprime la quantità di materia organica sfuggita alla mineralizzazione e preservata nei sedimenti del lago. Il TOC dipende sia dalla produzione iniziale di biomassa, sia dal grado di decomposizione successivo alla sedimentazione e dal tasso di sedimentazione silicoclastica (Meyers e Teranes, 2001).

Questi due parametri integrano al loro interno la diversa origine della materia organica, i percorsi distributivi, i processi sedimentari ed il grado di conservazione.

Le concentrazioni di TOC variano sostanzialmente all’interno di uno stesso lago in dipendenza di come tali fattori interagiscono tra loro; questi valori sono espressi in rapporti di peso e vengono influenzati da altri componenti sedimentari. Le concentrazioni possono essere ridotte per aggiunta di particelle clastiche, oppure concentrate per dissoluzione di minerali carbonatici. Un altro parametro che, ad esempio, influenza i valori del TOC è la dimensione del sedimento, infatti il TOC generalmente aumenta al diminuire delle dimensioni del sedimento; di conseguenza, le concentrazioni di TOC possono essere maggiori nelle parti più profonde del bacino lacustre, dove si depositano i sedimenti più fini, rispetto alle parti superficiali, dove si accumulano i sedimenti più grossolani.

Si possono fare distinzioni sulla quantità di materia organica che ha origine da sorgenti acquatiche rispetto a quella originatasi sulla terraferma, ciò si ottiene tramite l’analisi dei valori del rapporto tra la percentuale di carbonio organico e la percentuale di azoto totale (C/N), ed ad un livello minore, tramite l’analisi dei valori δ13

C del carbonio organico. Il rapporto C/N rappresenta un indicatore del contenuto in proteine della materia organica inglobata nei sedimenti lacustri; proteine che a loro volta caratterizzano, insieme a lipidi e carboidrati, la maggior parte della materia organica vivente, ma l’abbondanza in proteine varia da organismo ad organismo (Muller e Mathesius,1999). Infatti, la materia organica fresca proveniente da alghe lacustri, che sono ricche in proteine ma povere in cellulosa presenta valori C/N variabili tra 4 e 10 (fig. 3.9).

Le piante vascolari terrestri che utilizzano il percorso fotosintetico C3, povere in proteine

(1 – 10 %) ma ricche in cellulosa, hanno generalmente rapporti C/N di 20 o maggiori (Meyers,1994). Le piante vascolari terrestri che utilizzano il percorso fotosintetico C4, più

ricche in cellulosa, hanno rapporti C/N caratteristici compresi tra 30 e 40 (Ertel e Hedges, 1985). Rapporti C/N con valori di circa 12 – 17 suggeriscono, un contributo misto da piante algali e da piante vascolari. I valori inferiori a 10-12 sono invece tipici di materia organica lacustre con i valori più bassi tipici della materia algali.

64 Tali differenze nei valori C/N resistono, generalmente, ai processi di sedimentazione in ambienti subacquei, anche se i processi diagenetici (come autolisi, dissoluzione e mineralizzazione microbica) possono modificare i rapporti originari (Muller e Mathesius, 1999).

Per questo motivo, insieme ai valori del rapporto C/N, si utilizza il valore del rapporto isotopico del carbonio organico per distinguere le origini e la composizione della materia organica presente nei sedimenti lacustri. La composizione isotopica del carbonio della materia organica δ13

C presente nei sedimenti lacustri viene frequentemente usata per distinguere le diverse sorgenti di materia organica, in particolare per discriminare il contributo da parte di piante acquatiche o terrestri; è possibile inoltre un’ulteriore distinzione tra i diversi tipi di piante terrestri, piante C3 o C4.

I laghi ricevono materia organica dall’ambiente circostante, ovvero nella materia organica presente nei sedimenti lacustri si ritrovano i residui di sostanze organiche che hanno origine dalle piante terrestri, sia piante C3 (alberi, cespugli) che C4 (erbe e carici), che

Figura 3.9 Rapporto elementare C/N e composizione isotopica del carbonio δ13C rappresentativi della materia organica di alghe lacustri, piante terrestri C3 e piante terrestri