Condividere la terra con gli alberi

 

Condividere la terra con gli alberi

Anastasia Makarieva, Andrei Nefiodov e Ugo Bardi

Lo so: agli alberi, ma non a noi,
la perfezione della vita è data, integra.
E sulla Terra – la sorella delle stelle –
Viviamo in esilio, mentre loro vivono in casa.

Nikolai Gumilev

Introduzione:

Diverse centinaia di milioni di anni fa, quando la vita terrestre cominciava a colonizzare la terraferma, si trovò di fronte a una sfide fondamentale. Una era la carenza di acqua: in assenza di vegetazione, la maggior parte delle terre emerse erano deserti: mancavano meccanismi per trasportare, e soprattutto per trattenere, l’acqua nell’entroterra. Senza questo meccanismo, la vita terrestre non poteva che limitarsi a una ristretta striscia di terra sulla riva dei mari, dove la condensazione dell’umidità atmosferica poteva portare la pioggia.

Oggi, tuttavia, troviamo che la terra è completamente colonizzata da grandi foreste che si spingono ben addentro i continenti. Come è stato possibile arrivare a portare acqua a una tale distanza dal mare?

L’atmosfera terrestre contiene sempre un po’ di vapore acqueo portato dai venti, il problema è come condensarlo. Questo avviene naturalmente quando l’aria sale verso l’alto. In questo caso, la temperatura scende e le molecole d’acqua disperse nell’atmosfera si condensano a formare goccioline di pioggia. Un effetto correlato e che la condensazione del vapore acqueo crea una leggera depressione. Il risultato è di convogliare altra aria umida dove l’acqua si era condensata. In altre parole, l'estrazione dell'umidità può essa stessa guidare il movimento dell'aria!

Questo meccanismo è stato chiamato la “Pompa Biotica” dai suoi proponenti, Viktor Gorshkov e Anastassia Makarieva (Makarieva 2011). Il processo chiave della pompa biotica è la traspirazione delle piante: le piante terrestri emettono circa trecento molecole d'acqua per ogni molecola di anidride carbonica fissata dalla fotosintesi (Cramer 2009). Questo è stato tradizionalmente considerato uno spreco inevitabile causato da limitazioni del meccanismo di trasporto dell’acqua dal suolo alle foglie. Tuttavia, è noto che le piante differiscono sostanzialmente nell'efficienza del loro metabolismo, e in particolare nell'uso dell'acqua. Ad esempio, le cosiddette piante “C_4,“ che si sono evolute in tempi relativamente recenti, possono avere efficienze di utilizzo dell'acqua per la fotosintesi superiori rispetto alle piante che usano il meccanismo più antico, “C₃“(Vogan e Sage 2011). Ma quasi nessun albero ad alto fusto usano il meccanismo C₄ (Sage 2001; Osborne e Sack 2012). Sembrerebbe possibile che l’inefficienza dell’uso dell’acqua negli alberi non è uno spreco, ma una caratteristica utile per la sopravvivenza.

Il rilascio di grandi quantità di vapore acqueo dalle foglie ha l’effetto di generare la condensazione a bassa quota. Il raffreddamento necessario per la condensazione è fornito dal campo gravitazionale terrestre come risultato dell’espansione del gas atmosferico. Questo attiva il meccanismo della pompa biotica quando l'umidità atmosferica va oltre il punto di rugiada. Dopo la condensazione, la pressione dell'aria diminuisce nella bassa atmosfera facilitando l'afflusso di aria umida dall'oceano adiacente. Ovviamente, un singolo albero non potrebbe mai pompare vapore acqueo da un oceano distante centinaia, o anche migliaia, di chilometri. Lo può fare soltanto una foresta estesa e compatta come effetto collettivo di milioni di alberi

La possente foresta pluviale amazzonica illustra questo maestoso processo (Wright et al. 2017). Mentre un ecosistema di praterie, incapace di controllare efficacemente il proprio ciclo dell'acqua, incontra la fine della stagione secca nello stato di massima essiccazione, la foresta amazzonica, in netto contrasto, inizia a fotosintetizzare e traspirare più attivamente proprio in quella stagione (Saleska et al. 2016). Nuove foglie vigorose germogliano sotto il pieno sole dei cieli sereni della stagione secca usando l'acqua accuratamente conservata dalla stagione delle piogge. Man mano che la traspirazione cresce, cresce anche l'umidità atmosferica. La condensazione si intensifica di conseguenza, modificando i contrasti di pressione dell'aria terra-oceano. Infine, l'aria umida si muove nell'entroterra dall'Oceano Atlantico formando un vero e proprio “fiume atmosferico” che riporta l'umidità necessaria alla foresta. La stagione delle piogge promossa dalla traspirazione forestale inizia con due mesi di anticipo rispetto a quando arriva alle regioni non boscose alla stessa latitudine in tutto il mondo.

Un altro esempio di pompa biotica è la cintura forestale eurasiatica che si estende attraverso il continente per oltre settemila chilometri e, durante la stagione della vegetazione, assorbe l'umidità dai tre oceani: l'Atlantico, l'Artico e il Pacifico (Fig. 1).

Fig. 1. Rapporto di precipitazione terrestre-oceano (LOPR) nella cintura forestale eurasiatica e nell'Australia non boscosa (da Makarieva et al. 2013). In Australia, le precipitazioni sulla terraferma sono inferiori a quelle sull'oceano alla stessa latitudine sia nella stagione umida che in quella secca. Nella foresta boreale in estate, quando è biochimicamente attiva in estate, le precipitazioni sono superiori a quelle dell'oceano e uniformi per diverse migliaia di chilometri in tutto il continente. In inverno, la foresta è inattiva e la pompa biotica non funziona. Sia la foresta che l'Australia non boscosa durante la stagione delle piogge sono circa 5 gradi Kelvin più calde dell'oceano.

Perché le foreste?

In principio, anche una prateria potrebbe essere in grado di arricchire l'atmosfera di umidità attraverso l'evapotraspirazione. Ma potrebbe generare una pompa biotica? Quasi certamente no. L'ostacolo principale è come controllare la condensazione. L'evaporazione che reintegra l'umidità atmosferica è un processo lento guidato dall'energia solare. Al contrario, la condensazione può verificarsi a una velocità arbitrariamente elevata. Una volta che c'è un movimento ascendente dell'aria, la velocità di condensazione è proporzionale alla velocità verticale: più rapidamente l'aria sale e si raffredda, più il vapore acqueo condensa rilasciando energia che guida il movimento dell'aria. Questo processo può auto-accelerarsi per produrre velocità del vento comuni a uragani e tornado. Queste rapide esplosioni impoverirebbero l'umidità atmosferica e causerebbero un'assenza prolungata di pioggia.

Invece il baldacchino di una foresta interrompe questi processi incontrollati. In primo luogo, garantisce un attrito che riduce la velocità orizzontale del vento. In secondo luogo, durante il giorno si verifica un gradiente di temperatura verticale inverso sotto la chioma, con il terreno che è il più freddo e la cima dell'albero il più caldo. In queste condizioni, l’aria non sale verso l’alto e questo evita la perdita di umidità del suolo per evaporazione incontrollata. Questo non succede con le erbe.

Questo non vuol dire che le erbe non abbiano un ruolo essenziale nell'ecosistema forestale. Quando un albero muore, oppure c’è un incendio, si apre uno spazio non coperto dagli alberi. La ricolonizzazione di questo spazio (“successione”) è un processo complesso che parte dalla colonizzazione di erbe e comprese le graminacee. Hanno un effetto benefico perché coprono rapidamente il terreno, prevenendo la fuoriuscita di sostanze nutritive. Le erbe non hanno bisogno di generare una pompa biotica, glie la fornisce la foresta circostante. Col tempo, tuttavia, gli alberi ricolonizzano la zona disturbata e le erbe non si sviluppano più per mancanza di luce solare.

Il problema dei grandi erbivori

La biomassa terrestre è un fenomeno relativamente recente nell’ecosistema terrestre. La vita esiste negli oceani da almeno 4 miliardi di anni, mentre le piante vascolarizzate sulla terra ferma esistono da non più di circa 400 milioni di anni. La colonizzazione della terraferma ha portato a dei cambiamenti giganteschi. La terraferma e l’oceano hanno una produttività primaria comparabile, di circa 50 GtC (gigatonnellate di carbonio) all’anno. Ma nell’oceano, la massa totale dei produttori primari, il fitoplancton è solo di circa un gigatonnellata di carbonio rispetto a diverse centinaia di gigatonnellate di biomassa legnosa sulla terraferma! Anche la biomassa delle foglie verdi, a circa 10 GtC, è un ordine di grandezza maggiore (Bar-On et al. 2018).

Quindi, con la nascita delle foreste si sono sviluppati sia dei fenomeni di stabilizzazione, come la pompa biotica, sia di destabilizzatione. Questo secondo tipo di effetto può essere dovuto proprio all’abbondanza di risorse sulla terraferma che ha dato origine all'evoluzione dei grandi mammiferi terrestri, chiamati a volte “Megafauna” che consumano localmente energia a una velocità centinaia di volte superiore a quella che la biosfera può fotosintetizzare localmente (~100 W/m ² contro 0,5 W/m ² ). Questo rende i grandi mammiferi potenziali distruttori dell'intero ecosistema, se il loro numero non è controllato. In una foresta naturale stabile, i grandi animali non dovrebbero consumare più dell'1% della produttività totale (Makarieva et al. 2020).

Il problema è che la megafauna può distruggere le foreste e che questa potrebbe essere la ragione per lo sviluppo delle erbe nella seconda metà dell’Era Cenozoica (Sage 2001), nonché dello sviluppo di praterie e deserti, come pure della più recente diffusione delle piante C ₄ "idroefficienti" che traspirano relativamente poco (es. Sage 2001; Osborne e Sack 2012). Tutti questi fenomeni si possono spiegare con il danneggiamento di alcune aree dove esistevano meccanismi estesi di pompaggio biotico.

Notiamo di passaggio che la grande estinzione avvenuta alla fine dell'Eocene nell'oceano che ha colpito specie microscopiche (Prothero 1994a) potrebbe avere a che fare anche con l'aspetto evolutivo dei primi mammiferi oceanici (cetacei e altri). Gli esseri umani hanno fatto la loro parte in quanto anche loro si possono definire come “megafauna” (Bardi and Perissi 2021). E’ possibile che con l’avvento della megafauna (incluso gli esseri umani) il pianeta Terra ha visto un danneggiamento e un declino dell’ecosistema. fatta eccezione per le restanti foreste che erano ingombrate in regioni con condizioni geofisiche più favorevoli, è caduta nella "trappola del pascolo (“browse trap”) della navigazione" (Staver et al. 2014). Il concetto di trappola ecologica” (trappola paesaggistica, trappola antincendio ecc.) descrive come ripetute perturbazioni della successione naturale della vegetazione (combustione, pascolo o, in ambito industriale, taglio) impediscano il ripristino dell'ecosistema e lo inserisce sulla traiettoria di degrado (Lindenmayer et al. 2022). 

Implicazioni: superiamo gli istinti del grande animale prima che sia troppo tardi

Fatta eccezione per le dimensioni, ciò che la nostra specie ha fatto alle foreste, sterminandole, non è una cosa nuova nell’ecosistema terrestre. La crescita della popolazione umana ha continuato la devastazione delle foreste iniziata con la comparsa dei primi grandi mammiferi erbivori quaranta milioni di anni fa nell'Eocene. Se gli esseri umani fossero stati un primate arboricolo, forse avremmo percepito le foreste e avremmo agito in modo diverso.

Il problema è che la perturbazione umana agisce sull’intero ecosistema. Le foreste sono cruciali per il trasporto continentale dell'umidità che attualmente sostiene le principali regioni agricole del mondo. Cosa ancora più importante, le foreste naturali (e gli ecosistemi naturali oceanici) stabilizzano il clima mantenendolo umido. La narrativa contemporanea del cambiamento climatico enfatizza la dinamica della temperatura media (riscaldamento/raffreddamento). Tuttavia, le principali sofferenze odierne legate al clima sono legate a eventi estremi come siccità, inondazioni, ondate di calore piuttosto che alle variazioni medie a lungo termine di precipitazioni, vento e temperatura. “Paradiso perduto” – è così che Prothero (1994a, b) ha caratterizzato la transizione Eocene-Oligocene dal clima caldo, umido e stabile della Terra dominata dalle foreste al clima più freddo, più secco e fortemente fluttuante di tipo modernocon una percentuale maggiore di terra coperta da praterie. Oggi, le restanti foreste su larga scala, le frontiere della stabilità climatica, sono ancora in grado di tamponare gli estremi climatici (O'Connor et al. 2021), probabilmente evitando il temuto “tipping point” che porterebbe il clima terrestre verso uno stato completamente inospitale nei riguardi della vita biologica (Gorshkov et al. 2000).

Ci manca, evidentemente, la capacità genetica di rispettare le foreste, ma potremmo tuttavia apprezzarne l'importanza e prevenirne la distruzione sulla base di argomenti scientifici razionali. Per molto tempo le foreste sono state valutate soltanto in base al costo di mercato del legno che producevano. Negli ultimi decenni si è cercato di applicare il termine economico di "servizi" agli ecosistemi forestali e di valutare il valore economico di tali "servizi naturali" che riceviamo "gratuitamente" dalle foreste. Il prossimo passo dovrebbe essere il riconoscimento degli impatti climatici drasticamente diversi degli ecosistemi naturali disturbati rispetto a quelli indisturbati. Attualmente, tale distinzione non è visibile nel dibattito. Di conseguenza, le foreste incontaminate continuano a essere rapidamente distrutte.

Le foreste sono ecosistemi che hanno la funzione di regolare il clima e sono in grado di mantenere l'ambiente in uno stato favorevole per la vita. Le foreste fortemente disturbate (piantagioni artificiali, popolamenti forestali di pari età, specie forestali precoci) non hanno una tale funzione di regolazione del clima. Tenendo conto del fatto che l'ulteriore distruzione degli ecosistemi naturali porterà al degrado irreversibile del clima globale e renderà impossibile la vita della nostra civiltà sulla Terra, il costo degli ecosistemi naturali si riduce al costo della vita umana stessa come fenomeno unico. Tale costo va oltre l'applicabilità della teoria economica tradizionale e tende a un valore infinito.

Poiché la civiltà umana non può esistere senza la trasformazione (distruzione) del biota naturale (siamo grandi animali geneticamente codificati per distruggere la vita vegetale), la risoluzione della contraddizione consiste nel limitare il consumo totale, compreso il numero della nostra popolazione. Nel frattempo, le funzioni economiche ed ecologiche delle foreste devono essere quantificate e comprese (Makarieva et al. 2020, Cary et al. 2021, Betts et al. 2021). Lo sfruttamento della foresta dovrebbe essere consentito solo in aree rigorosamente prescritte, dove segue il reimpianto dopo l'abbattimento sotto forma di piantagioni. Gli ecosistemi forestali intatti dovrebbero essere protetti dall'abbattimento su scala industriale e ripristinati su vaste aree al fine di svolgere le loro funzioni di regolazione del clima. Tali territori non devono essere di proprietà privata (avendo un prezzo infinito, non possono essere acquistati) o affittati. Nel contesto dei progressivi cambiamenti del clima globale, i governi nazionali devono assumersi l'obbligo di rivedere il quadro giuridico per la regolamentazione economica del fondo forestale, tenendo conto di queste restrizioni. Poiché è difficile attuare rapidamente riforme così significative a causa della naturale inerzia di pensiero, è necessario introdurre una moratoria urgente sull'abbattimento industriale delle aree forestali intatte. Solo così possiamo sperare di evitare un degrado irreversibile dell’ecosistema, perlomeno nel tempo di vita della civiltà umana.