Il ciclo dello Iodio
Lo iodio (I) è un elemento essenziale per la biosfera, seppure presente in concentrazioni relativamente basse. Il suo ciclo biogeochimico è fortemente guidato dall’oceano, dalla chimica redox e da processi bioticamente mediati.
A differenza di cicli come azoto o zolfo, il ciclo dello iodio non è fortemente sedimentario: è un ciclo aperto, dominato da scambi rapidi tra oceano e atmosfera.
Speciazione principale dello iodio nelle sfere terrestri
Lo iodio può esistere in numerosi stati di ossidazione, ma in ambiente naturale le forme principali sono:
- Ioduro (I⁻) – forma ridotta, altamente solubile
- Iodato (IO₃⁻) – forma ossidata, tipica delle acque oceaniche profonde
- Iodio molecolare (I₂) – forma volatile
- specie organo-iodate volatili, prodotte biologicamente: metil-ioduro (CH₃I), diiodometano (CH₂I₂), altri iodocarburi
Serbatoi globali (sfere)
Litosfera – Contiene la maggior parte dello iodio totale, ma fortemente immobilizzato in minerali (es. iodargirite). Parte liberata da meteorizzazione → trasporto fluviale → oceano.
Idrosfera (dominio principale) – Oceano = serbatoio dominante dello iodio biodisponibile. Concentrazione tipica: 0.45–0.55 μM. Speciazione verticale: superficiale: ioduro (I⁻), profonda: iodato (IO₃⁻).
Atmosfera – Piccolo serbatoio, ma fondamentale per flussi di iodio verso la terra, chimica dell’ozono, formazione di aerosol (particelle di I₂Oₓ)
Biosfera – Batteri marini, fitoplancton, macroalghe = motore biologico del ciclo. Organismi terrestri: piante acquisiscono I soprattutto da aerosol/precipitazione.
Pedosfera – Concentrazioni variabili, spesso basse: competizione con ossidi di Fe/Al, forte adsorbimento su sostanza organica del suolo, Suoli lontani dal mare = carenti.
Flussi tra i serbatoi
Dalla litosfera all’idrosfera – Meteorizzazione delle rocce → rilascio di ioduro/iodato. Trasporto fluviale (modesto rispetto all’oceano).
Idrosfera → Atmosfera – Processo cruciale: l’oceano rilascia iodio sotto forma di: I₂ (via fotochimica); CH₃I, CH₂I₂, CH₂ICl (via biologica); Ioduro su aerosol marini.
La produzione biologica è dominata da: fitoplancton, macroalghe brune (es. Laminaria), batteri marini.
3.3. Atmosfera → Terra – Lo iodio ritorna attraverso deposizione secca (aerosol), deposizione umida (pioggia). È la fonte principale di iodio per: suoli interni, ecosistemi terrestri, agricoltura.
3.4. Suolo → Piante → Animali – Lo iodio nel suolo esiste spesso sotto forma organo-iodata o adsorbita, e la sua disponibilità dipende da pH (solubilità massima pH 5–6), competizione con ossidi di Fe e Al, stabilizzazione nella sostanza organica.
Chimica redox dello iodio
Lo iodio naturalmente assume principalmente tre stati di ossidazione in ambiente acquoso:
- I⁻ (ioduro, -1)
- I₂ (iodio molecolare, 0)
- IO₃⁻ (iodato, +5)
Reazioni principali
- Ossidazione: I⁻ → I₂ → IO₃⁻ (mediata da O₂, ozono, HOCl e da processi fotochimici).
- Riduzione: IO₃⁻ → I₂ → I⁻ (mediata da sostanza organica, H₂S, Fe²⁺, microbi).
Speciazione verticale oceanica
- Superficie: I⁻ prodotto dalla riduzione dell’iodato da parte di batteri e fitoplancton, + fotolisi.
- Profondità: IO₃⁻ regenerato dall’ossidazione abiotica o microbica.
Ruolo biologico e microbico dello iodio
In ambiente marino – Lo iodio è essenziale per antiossidazione nelle alghe brune, fotoprotezione, sintesi di composti organo-iodati volatili.
Batteri e fitoplancton riducono IO₃⁻ → I⁻. Questo processo è fondamentale per il controllo del ciclo marino dello iodio, il flusso verso la troposfera.
Ruolo dell’atmosfera e chimica dell’ozono – Le specie iodurate volatili influenzano la chimica atmosferica:
- Distruzione dell’ozono troposferico – I· + O₃ → IO· + O₂; IO· + O → I· + O₂;
→ perdita netta di ozono - Formazione di aerosol ultrafini – I₂Oₓ, IO₃⁻ → implicazioni climatiche e nucleazione delle nubi
- Trasferimento di iodio agli ecosistemi terrestri
Il ciclo dello iodio nei suoli
Ingressi – deposizione atmosferica, fertilizzanti iodati (rari), acqua di irrigazione
Processi chiave – adsorbimento su sostanza organica e ossidi di Fe/Al, trasformazioni microbiche, volatilizzazione biologica (minore che in mare), lisciviazione (in suoli poveri di sostanza organica).
Perdita – dilavamento verso falda e corsi d’acqua
Bioaccumulo e catene trofiche – Le piante lo accumulano soprattutto come ioduro. Le alghe marine brune possono contenere fino allo 0,1% in peso secco di iodio. Gli animali lo accumulano principalmente nella tiroide (vertebrati).
Aspetti antropici – uso dello iodio in medicina (antiseptici, radioisotopi); arricchimento del sale da cucina; scarichi industriali; impatto limitato rispetto ad altri cicli (N, P, S).
Sintesi del ciclo
- Litosfera → Oceano (erosione, trasporto fluviale)
- Nell’oceano → trasformazioni redox + produzione biologica di iodio volatile
- Oceano → Atmosfera (volatilizzazione)
- Atmosfera → Terra (deposizione)
- Suolo → Piante → Animali
- Ritorno all’oceano (dilavamento, erosione)