L'uomo, che Rousseau incolpava di falsare e coartare l'opera felice della natura, è in realtà un inguaribile falsificatore, un "ingegnere" inguaribile. Vien voglia di chiedere all'autore del fantasmagorico paradosso che cosa egli pensi del cemento armato, delle centrali elettriche e dell'ammoniaca sintetica: svolgendo il sito tema prediletto, potentemente martellato nell'ouverture dell'Emile (Tout est bien, sortant des mains de l'Auteur des choses, tout dégénéré entre ìes mains de l'homme), egli ci risponderebbe che le costruzioni in cemento armato sono una falsificazione della caverna, dove il troglodita si rannicchia sul suo giaciglio di strame, "cui la fedel sposa ed i cari suoi figlioletti intiepidir la notte"; che le centrali elettriche sono una falsificazione della gravità, o meglio una fabbrica dì gravità "degenerata" in lavoro; che l'ammoniaca sintetica è l'ultimo e più sfrontato falso perpetrato dall'uomo, il quale ha sorpreso una pausa tipica del ciclo naturale dell'azoto, e "ne deorum quidem satis metuens", l'ha rifatta sostituendosi alla natura, crumiro diabolico della natura; cui ha condotto a "degenerare" nell'opera delle macchine.
Nel complesso metabolismo del mondo, figura tipicamente il particolare metabolismo delle sostanze azotate, cioè la trasformazione dei composti di questo elemento che chiamiamo azoto. Esso è uno dei principali costituenti la vita organica (vegetale e animale): ed è il gran gas atmosferico, il diluitore dell'ossigeno che lavora nei nostri polmoni: l'aria che inspiriamo è una miscela di 78 parti d'azoto contro circa 22 di ossigeno. Nel metabolismo della vita terrestre, e in quello particolare, delle sostanze azotate, il gioco dell'azoto ha andamento e carattere di circuito: trasformazioni molteplici segnano un passaggio dell'azoto dall'atmosfera al terreno, dal terreno alle piante, dalle piante agli animali, da questi nuovamente all'atmosfera la quale può considerarsi pertanto come uno dei grandi oceani da cui si dipartono e a cui incessantemente ritornano i tipici materiali della vita.
Questo andamento di circuito ha valso all'insieme delle trasformazioni suaccennate il nome di "ciclo naturale dell'azoto".
Noi conosciamo un altro ciclo tipico del meccanismo della natura, e ne parlo per amore d'analogia e di facilità: quello dell'acqua, che pur essendo una sostanza composta, prende parte come tale a tutte le trasformazioni della vita; che viene dall'oceano e all'oceano ritorna.
I geologi, i naturalisti, i biologi, i chimici hanno studiato il ciclo dell'azoto, lo hanno descritto nelle sue singole pause, ne hanno chiarito l'importanza nella complessa economia dei fenomeni naturali.
L'elettricità atmosferica, (specie allorchè si manifesta nelle cosiddette scariche oscure), provoca la combinazione chimica dell'azoto e dell'ossigeno atmosferici in ossido di azoto, poi in biossido d'azoto. Il biossido di azoto viene disciolto dalle acque di pioggia, che ne lavano il cielo: ad opera di esse viene convertito sia in acido nitroso sia in acido nitrico; l'acido nitroso e l'acido nitrico sono consegnati al terreno, al contatto del quale reagiscono dando luogo rispettivamente alla formazione di nitriti e di nitrati. Dal terreno le piante derivano l'azoto che alla loro vita compete, attingendolo quasi esclusivamente sotto la forma prediletta dei composti nitrati: esse eleggono i nitrati.
Alcune piante, per altro, come ad esempio le leguminose, posseggono in grado elevato la facoltà di assorbire azoto direttamente dalla atmosfera, valendosi dell'opera di speciali bacterî fissatori dell'azoto atmosferico, che vivono congiunti biologicamente (cioè in simbiosi) con il tessuto delle loro radici. Sono questi i bacterî scoperti da Hellriegel e l'azoto atmosferico li raggiunge filtrando attraverso il terreno.
Ma il terreno accoglie anche i prodotti della decomposizione organica, i residui della vita vegetale e animale: e l'ultimo termine della decomposizione ove l'azoto sia ancora presente e non libero sono l'ammoniaca e i sali ammonici. Come potranno questi ultimi prodotti azotati, questi avanzi di disfacimento essere riutilizzati per una nuova vita, essere attinti ancora dalle silenti radici le quali, al nuovo alito di primavera fervorosamente lavoreranno, perchè sia, la pianta novella, rinnovellata di novella fronda?
L'ammoniaca ed i sali ammonici vengono a loro volta "ossidati" nel terreno, vengono cioè a convertirsi dapprima in acido nitroso e nitrati, poi in acido nitrico e nitrati.
Ciò ad opera di due distinte categorie di bacterî, di cui gli uni operano la prima trasformazione, gli altri la seconda. La scoperta di questi bacterî è dovuta a Winogradski (1891). Al contatto con le basi del terreno (calce, potassa, soda, magnesia) l'acido nitroso dà, come s'era già detto a proposito di quello d'origine atmosferica, i nitriti; l'acido nitrico dà i nitrati.
Esistono dunque dei bacterî di Winogradski che trasformano l'ammoniaca e composti ammoniacali in acido nkroso; e questo dà dei nitrati, non ancora accetti alle radici. Ma ecco allora intervengono altri bacterî di Winogradski che attingendo ai nitriti producono acido nitrico; e l'acido nitrico finalmente dà dei nitrati, di che le radici son ghiotte. Questi bacterî di Winogradski, oh! le care creature!, sono dei veri e propri ossidatori: sono gente che fa della chimica sintetica sotto terra: sono a loro volta degli artificiosi falsari della natura pura, come un qualunque ingegnere, come un qualunque chimista.
I bacterî di Winogradski attingono l'ossigeno necessario all'ossidazione dall'aria che filtra attraverso il terreno: dalla stessa aria, filtrante ne' meandri oscuri, abbiam visto che i bacterî di Hellriegel attingevano l'azoto.
Una Mente che trascende la nostra, e che l'ha preceduta nella buia deiezione dei millenni deve aver combinato la cosa; perchè noi ci divertissimo prima a vivere, poi a poter discoprire il segreto "meccanismo" della vita.
Per riassumere, tre sono i modi onde la natura rifornisce alle piante i composti azotati: la captazione diretta, ad opera delle radici o dei microrganismi di Hellriegel viventi in simbiosi con esse: - e ciò solo per alcune piante, non per tutte - poi le scariche elettriche atmosferiche e poi i prodotti della decomposizione organica, che danno luogo a nitriti e a nitrati, che arricchiscono il terreno di questi composti dell'azoto. I processi di successiva ossidazione si compiono d'opera dei microrganismi di Winogradski
Ma seguiamo il percorso dell'azoto nel suo ciclo.
Le piante elaborano una moltitudine di sostanze complesse: c'è tutta la serie degli idrati di carbonio e quella dei grassi vegetali, che non interessano il nostro argomento. Ma ci sono gli aminoacidi, gli albuminoidi vegetali, gli alcaloidi, che sono sostanze azotate. Il potere nutritivo di molte erbe, di molti semi, dei legumi ad esempio, deriva dal loro contenuto di azoto. Contengono azoto i cereali, pregiati per il loro valore in quanto idrati di carbonio: (apporto di amidi). Gli animali, derivando dalle piante il loro alimento, si riforniscono di queste sostanze azotate: così l'azoto entra nella vita organica superiore.
Ne entra e ne esce. Ne esce sia ad opera della eliminazione (orina, sudore, secrezioni varie), sia in occasione della morte di un organismo, fra i prodotti della decomposizione.
Proteine, aminoacidi, (p. e. acido ippurico), urea vengono così immessi nel terreno. Al quale sono del pari restituite, in modo diretto, le sostanze azotate vegetali, per effetto della morte delle piante, e del loro periodico rinnovellarsi, quando l'autunno le spoglia.
Nel terreno si svolgono per lo più le complesse reazioni chimiche della putrefazione, che trasformano gli albuminoidi della ex-vita in ammoniaca e composti ammoniacali, come ad esempio carbonato ammonico. Nella putrefazione bisogna vedere un processo "necessario" al rinnovarsi della vita, un processo di liberazione della materia dai vincoli del passato, allorchè "mùnere functo" ella si rivolge ad una ricreazione futura. La putrefazione libera la materia a nuova vita: si può citare Pasteur: "La superficie della terra sarebbe ingombra di materia inutile e la vita ne sarebbe ostacolata, qualora, per l'azione di processi putrefattivi, la funzione della morte non si adempisse".
Il complicato chimismo della dissociazione è un vasto "tempo" di ritorno nel metabolismo organico: ed è caratterizzato dal fatto che vi intervengono microrganismi vari, ciascuna categoria dei quali adempie a funzioni definite, presiede l'inizio di una determinata serie di reazioni dissocianti e ricostituenti.
Citerò un esempio: il "micrococcus ureae", presente nelle orme ràncide, sembra favorisca la formazione dei carbonato ammonico, da una molecola di urea ed una di acqua. Al contatto di acido nitroso l'urea si scinde invece in acqua, azoto libero e acido carbonico. Una certa quantità di azoto, durante le reazioni della decomposizione, si libera come gas e ritorna nell'aria, non solo per la citata azione dell'acido nitroso sull'urea, ma più specialmente per l'intervento di speciali bacterî detti denitrificanti. Essi agiscono in senso inverso a quelli di Hellriegel e restituiscono all'atmosfera l'azoto che si rende superfluo nei complessi stadii di equilibrio chimico di un determinato terreno.
Una Mente che ha preceduto e superato la mente nostra volle inserire nel ciclo questa "valvola di troppo pieno" demandando l'ufficio della regolazione ai microrganismi di cui sopra, i quali, dentro il terreno, funzionano da equilibratori dei contenuto di azoto. Devo aggiungere che le acque pluviali, trasformandosi in correnti freatiche nel sottosuolo, dilàvano l'humus asportando e disciogliendo una parte dei sali in esso contenuti, impoverendolo quindi di sali e di composti solubili in genere, di sali azotati e di composti azotati in particolare.
Una parte di questi prodotti azotati che le piogge e le correnti freatiche rubano alla terra, viene utilizzata dalla flora lacustre e marina, e così dalla fauna: dai pesci, dai molluschi, dagli artropodi, che l'una e l'altra acqua, la salata e la dolce, - uterque Neptunus direbbe Catullo - accoglie e vivifica.
Questo, in parole brevi e imperfette, il ciclo naturale dell'azoto. Si è cercato di adombrarne le principali pause, ma è ovvio che una descrizione compiuta di esso richiederebbe conoscenze chimiche e biologiche che soltanto possono costituire motivo di trattazioni specializzate. Vogliamo insistere su un concetto di un gran serbatoio di partenza e di arrivo, sul concetto di un "oceano" dell'azoto. Esso, si è detto, è costituto dall'atmosfera; per scrupolo di precisione vogliamo sottolineare il fatto, risultante da quanto esposto più sopra, che non tutto l'azoto ripassa sempre per l'atmosfera: un certo quantitativo passa e ripassa per il terreno e nell'acqua, circolando attraverso la vita e la morte senza immergersi ad ogni circuito nel grande serbatoio atmosferico. E allora la via d'uscita per il nostro concetto è presto trovata: diremo che l'oceano dell'azoto è costituito dal doppio o triplo termine atmosfera + terreno + acqua.
Chiuderò ricordando che, secondo i calcoli necessariamente approssimati di Arrhenius, al ciclo descritto prendono parte annualmente, sulla intera superficie della terra, quattrocento milioni di tonnellate di azoto. Tale almeno è l'ordine di grandezza del quantitativo di azoto che circuita annualmente nella vita del globo.
Fra composti azotati che interessano la vita e la storia umana, oltre a quelli che entrano nella costituzione biologica vegetale e animale, oltre alle proteine e agli albuminoidi in genere, figurano due grandi classi di sostanze: i concimi naturali e gli esplosivi.
Che cosa siano i concimi naturali è superfluo insegnare alla gente. Credo anche sia superfluo ricordare che cosa siano gli esplosivi, i quali, a parte gli usi bellici, hanno procurato all'umanità immensi benefici e risparmi di lavoro: basta pensare alle gallerie della rete ferroviaria italiana e ai canali di carico delle nostre centrali elettriche scavati per chilometri e chilometri dentro la dura carne dell'Alpe e dell'Appennino, per convincersi subito che le ciclopiche opere del nostro lavoro hanno avuto largamente ricorso all'energia chimica occlusa negli esplosivi.
Dalle prime miscele di solfe, di carbone e di nitro fino alla dinamite di Nobel, dalla "polvere da sparo", il cui uso si diffuse in Europa verso il XV secolo, fino ai moderni nitrati di toluène, alla melinite, alla pertite, alla cheddite, alla balistite - che riempiono i poco gradevoli regali dell'artiglieria, e la perfidia subacquea de' siluri, e quegli altri pacchi di roba che i trasvolatori delle nubi e del cielo lasciano così amabilmente cadere sulla nostra testa piena di umanità - la chimica, benefica o malefica secondo stagione, è venuta conoscendo e studiando, trasformando e preparando tutta una serie di prodotti contenenti azoto. Strade, ferrovie, porti, canali, impianti idroelettrici, cava delle pietre e dei marmi - tutte queste opere impiegano esplosivi che per lo più contengono azoto.
Nel contempo l'uomo si accorse che certe sostanze azotate, cui egli andava procurando e manipolando, gli potevano rendere altri servigi: esse potevano cioè venir impiegate nell'agricoltura, come fertilizzanti "artificiali", dacchè la maggior parte dei sali azotati, a contatto del terreno, subiscono facilmente tutte quelle trasformazioni a cui s'è fatto cenno più sopra, quelle che consentono in definitiva il loro assorbimento da parte delle radici.
Questi sali, sparsi nei campi, vennero dunque ad associare la loro azione all'azione dei fertilizzanti naturali, rendendo più produttivo il terreno, più ubertosa la vegetazione. I sali azotati devono ritenersi dei veri e propri concimi. Ricordiamo che elementi della concimazione sono anche il fosforo ed il potassio; elemento correttore del terreno se non fertilizzatore, è talvolta il calcio
La moderna industria dei concimi chimici, detti anche concimi sintetici, prepara dei sali misti azoto-potassio, azoto-fosforo, azoto-potassio-fosforo, il cui pregio risulta ovvio, ed è quantitativamente assegnato dal contenuto percentuale degli elementi fertilizzanti.
Comunque, la quantità di azoto che deve essere restituita a un terreno soggetto a sfruttamento intensivo è tale che l'impiego dei concimi azotati supera quello dei fosfatici e dei potassici.
Dal considerare i quali fatti risulta subito che i concimi sintetici sono sempre utili, ma si rendono addirittura indispensabili quando intensità della coltivazione arriva ad asportare dalla terra l'azoto in misura tanto grande, da depauperarla oltre il potere di ricostruzione de' concimi naturali. Ciò accade ovunque il terreno sia soggetto a cultura, ciò accade oggi presso tutte le nazioni superpopolate. Il natio letame non è più sufficiente.
Nel regime moderno della vita umana la produzione industriale delle sostanze azotate non è più una utilità, è una necessità. Senza l'azoto sintetico, l'alimentazione coi soli prodotti del territorio nazionale, per alcuni popoli europei, diverrebbe ardua. E il problema del pane di domani, per la crescente popolazione terrestre, è legato al problema dell'azoto. Con una certa immaginosa ed apocalittica fraseologia, Sir I. S. Washburn definì il problema dell'azoto "uno dei drammi tragici della razza umana".
A quali fonti si è attinto l'azoto?
Per la polvere da sparo serviva il nitro, cioè il nitrato potassico, che si otteneva nelle nitriere artificiali: il nitro che Enrico IV Re di Francia, in una sua ordinanza del 1596, chiamava "materia che mantiene lo Stato e protegge il Trono". Nel secolo scorso e fino ai primi dell'attuale rifornimento d'azoto per l'industria faceva capo in gran parte ai giacimenti Cileni, (nitrato di soda) il cui sfruttamento su larga scala era stato iniziato nel 1825. L'Inghilterra aveva raggiunto una posizione predominante nell'estrazione e nel commercio dei nitrati cileni, acquistando alcune miniere, finanziandone altre, introducendo perfezionati sistemi estrattivi, esercendo il trasporto marittimo verso le ingorde spiagge dell'Europa. Il monopolio inglese di questo importantissimo rifornimento, dava da pensare a diversi governi, in vista dell'importanza bellica del problema: la Germania, la Francia, il Belgio e in genere le nazioni ricche di carbone avevano, è vero, a loro disposizione il solfato ammoniaco, che ottenevano come sottoprodotto delle industrie carbonifere e di quelle del gas illuminante, trattando con acido solforico le acque ammoniacali. Queste acque ammoniacali sono il residuo dei "lavaggi" del gas e dei prodotti di distillazione del catrame. Ricco di azoto e perciò utilizzato a sua volta, (seppure in diversa misura) era ed è anche il "guano" del Perù, dove esistono notevoli giacimenti di questo bel risultato della vita animale: il guano infatti è il prodotto stercorario di innumerevoli stormi d'uccelli, che lo abbandonano gratis alla gioia dei concimatori e dei compilatori di enciclopedie. Un accenno al guano è di stretta prammatica quando si parli delle faccende dell'azoto.
Comunque la possibilità di rapido esaurimento dei giacimenti cileni, prospettata dalla fertile immaginativa di Sir William Crookes, e quel desiderio di indipendenza industriale che anima, anche all'infuori delle previsioni belliche, i popoli più audaci ed energici, i più intelligenti, i più colti, fece che l'apprensione economica e militare si volgesse a concreti studi, a tentativi concreti di attuazione di una sintesi dei prodotti azotati.
"Fissare l'azoto atmosferico, attingere da questo serbatoio immenso praticamente inesauribile che è l'atmosfera, quanto fosse necessario alla vita". Ecco il grande ideale dei ricercatori. "Memori del detto - chi s'aiuta, Dio l'aiuta - procurare con il volere e l'ingegno quel pane che ogni mattina si implora dalla Divina Provvidenza".
In quali composti si sarebbe fissato l'azoto, quali i primi prodotti azotati sintetici? Quelli, evidentemente, che sarebbe più facile raggiungere o quelli che sarebbero i più proprii ad operare successive trasformazioni o quelli che si sarebbe potuto utilizzar come tali, in modo diretto. Fu la fine del secolo che vide risolto il problema e lo vide avviato ad ulteriori e più utili soluzioni.
La calciocianamide preparata industrialmente da Frank e Caro a Berlino nel 1898; la produzione dell'acido nitrico dall'aria a mezzo dell'arco voltaico, operata da Birkeland e Eyde di Cristiania e finalmente l'ottenimento dell'ammoniaca sintetica da parte del chimico tedesco Harber Bosch (1909) furono le successive conquiste dell'epoca nostra.
Oggi, per quanto riguarda i processi industriali per la preparazione dell'ammoniaca sintetica, l'Italia occupa un posto onorevolissimo; diremo in un prossimo articolo di questi diversi prodotti e singolarmente dei processi italiani.

(Azoto e altri scritti di divulgazione scientifica, Milano: Libri Scheiwiller, 1986)