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Piante e Clima Globale – Premessa e Parte I

[blockquote cite=”Anonimo del XXI secolo”]

Molte cose sono aumentate in modo relativamente monotono negli ultimi due secoli: non solo la CO2 ma anche la popolazione mondiale, la produzione agricola globale, l’attività solare, la biomassa vegetale globale, il numero globale di bovini e di animali domestici, la percentuale della popolazione alfabetizzata ed il livello di dettaglio delle carte geografiche.

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[blockquote cite=”Suarez Miranda, Viaggi di uomini prudenti, libro quarto, cap. XLVI, Lérida, 1658″]

In quell’Impero l’arte divinatoria raggiunse una tale perfezione che i collegi degli auguri giunsero a partorire un macchinario di dimensioni ciclopiche e in grado di produrre previsioni meteorologiche per i successivi cent’anni. Dedite allo studio della divinazione, le generazioni successive compresero che quell’opera era del tutto inutile e non senza empietà l’abbandonarono all’inclemenza del sole e degli inverni. Nei deserti dell’ovest rimangono lacere rovine di quell’antico macchinario, abitate da lemuri e mendichi; in tutto il Paese non vi è altra traccia delle discipline divinatorie.

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Premessa

In genere si è abituati a pensare alle piante come vittime dei capricci del tempo atmosferico e della variabilità del clima. A questa visione ci portano sia la nostra immagine delle piante viste come esseri indifesi perché non in grado di muoversi e dunque di sfuggire alle intemperie, sia le notizie che fluiscono sui nostri mezzi di comunicazione e che sono ricchissime di veri o presunti effetti catastrofici del maltempo sulle produzioni agrarie.

Quel che sfugge ai più è che le piante sono soggetti attivi del clima su cui agiscono con mano potente per modificarlo a proprio favore. Certo, direte voi, chi non conosce l’effetto mitigante sull’afa estiva esercitato da un’area a verde ben irrigata, effetto che è ovviamente di microscala. Tuttavia qui non si parlerà di micro ma di macroscala perchè lo scopo del post (organizzato in quattro parti) è quello di valutare fin dove possibile il ruolo della vegetazione terreste nel determinare il clima globale e gli effetti che possono derivare dal sensibile aumento della biomassa vegetale terrestre attualmente in atto.

Verso una tale valutazione si spinse già nel 1966 un pionieristico lavoro di Priestley (1966) nel quale si sosteneva che un mondo interamente coperto di vegetazione ben irrigata non avrebbe potuto eccedere i 33/34°C di temperatura massima mentre un mondo interamente coperto da oceani non avrebbe potuto eccedere i 30°C.

Un Ticket per Daisyworld 

La colonizzazione di ambienti terrestri da parte delle piante vascolari ebbe inizio durante il periodo Cambriano, circa 500 milioni di anni fa e nella sua fase iniziale ebbe luogo con livelli di CO2 pari a 20-30 volte quelli attuali. Le prime piante vascolari, simili agli attuali muschi che sono caratteristiche specie pioniere, non disponevano di stomi per cui la loro resistenza alla carenza idrica era assai scarsa. Tali vegetali primordiali furono le avanguardie di associazioni di piante che modificarono l’ambiente allo scopo di affermare la loro presenza in un numero crescente di habitat, fino ad ottenere la copertura di gran parte del pianet a nelle fasi caldo-umide (fasi greenhouse).

Per interpretare una tale espansione è essenziale prendere in considerazione la legge del minimo di Liebig secondo la quale la crescita di un organismo non è controllata dalla quantità totale delle risorse disponibili, ma dalla risorsa più scarsa (fattore limitante). Su tale base è possibile pensare che la marcia delle piante negli ambienti terrestri sia stata localmente limitata dalla disponibilità di elementi chimici (in primo luogo azoto e fosforo). E’ tuttavia probabile che l’unico vincolo globale reale contro l’espansione della vegetazione sia stato rappresentato dalle basse temperature proprie dei periodi glaciali, dalla remota glaciazione Carbonifera (380 milioni di anni fa) alle 15 glaciazioni del Pleistocene (ultimi 2,5 milioni di anni).

Al fine di interpretare l’espansione della vegetazione terrestre un elemento chiave è rappresentato dalla capacità dei vegetali di regolare l’ambiente esterno onde mantenere su livelli compatibili con la vita dei vegetali stessi una serie di fattori come la temperatura e il pH. Tale capacità (per la quale si può parlare di omeostasi estesa all’ambiente esterno ai vegetali) è fondamentale perché la vegetazione naturale e coltivata possa raggiungere il suo scopo finale che è la riproduzione. Chiaramente omeostatici sono per esempio la capacità delle chiome dei vegetali di schermare il suolo mantenendo da un lato stabili i valori di temperatura del terreno (evitando gli eccessi, negativi per le radici e le attività microbiche) e dall’altro esercitando un effetto stabilizzante sullo strato atmosferico interno alla chioma stessa, limitando così le perdite evapotraspirative e favorendo l’assorbimento da parte degli stomi della CO2, che viene incessantemente liberata dalle attività microbiche del suolo e che in assenza di un tale effetto verrebbe in gran parte dispersa nell’atmosfera al di sopra delle chiome.

L’obiettivo che le piante si pongono con tali adattamenti è chiaramente un obiettivo di microscala e che si gioca tutto all’interno del canopy layer e del boundary layer. Tuttavia le strettissime connessioni fra le diverse scale fanno sì che i risultati di ciò possano apprezzarsi anche a macroscala, il che può essere messo in luce tramite gli esempi seguenti:

  1. L’esempio del tutto ipotetico ma tutt’altro che banale costituito dal modello daisyworld, parte della più complessiva ipotesi Gaia. Secondo tale modello un pianeta potrebbe arrivare a governare il proprio albedo modificando la percentuale di margherite bianche e nere.
  2. L’esempio assai più realistico secondo cui l’attività temporalesca (convezione profonda) sulle terre emerse viene innescata dall’energia presente nel boundary layer, energia che è in massima parte in forma di vapore e che deriva soprattutto dall’attività traspirativa dei vegetali. La convezione profonda è un canale preferenziale per il trasferimento di energia dal boundary layer alla libera atmosfera (Riehl e Malkus, 1958) e genera un importante segnale globale: un cumulonembo è alto 10-15 km e si estende dal suolo fino al confine delle troposfera per cui “parla” con tutto il globo ricaricando ad esempio di energia lo strato emittente.

Bibliografia

  • Priestley, C.H.B., 1966. The limitation of temperature by evaporation in a hot climate. Agricultural Meteorology, 3, 241-246.
  • Riehl, H., and J. S. Malkus, 1958. On the heat balance in the equatorial trough zone. Geophysica, 6, 503–538.
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NB: Le parti II, III e IV saranno pubblicate rispettivamente nei giorni 21, 23 e 26 marzo. Al termine del ciclo sarà disponibile un download pdf dell’intero lavoro.

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Published inAmbienteAttualitàClimatologia

5 Comments

  1. Maurizio Rovati

    Voglio solo aggiungere che se fermate il filmato in qualsiasi punto, potete accorgervi facilmente del fatto che la realtà (parte superiore) e la simulazione (parte inferiore) non sono affatto uguali.
    Io interpreterei la cosa come un’evidente dissociazione tra realtà e modello, ma non ho vinto il nobel e quindi mi astengo (a stento) dall’annuire soddisfatto.

  2. Maurizio Rovati

    Mi sono imbattuto in un documentario BBC riguardante i rapporti tra la Scienza, o meglio, gli scienziati, e la gente comune, intitolato Scienza sotto attacco (Science under attack) e che trattava per il 99,9% di clima e di consenso scientifico contro scetticismo nazional-popolare.
    Ho avuto l’impressione di riconoscere il “macchinario ciclopico” nel dipartimento climatico della NASA.
    Qui il macchinario esibisce tutta la sua potenza:

    http://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&list=PL9E3E94654D8FDC40&v=Ue1Qh3zLKd8#t=454s

    Francamente mi pareva che il “macchinario ciclopico” della NASA producesse un output visibilmente più meteorologico che climatico ma Sir Paul Nurse, pres. Royal Society e Nobel Winner per la Medicina nonchè conduttore del documentario, sembrava non curarsene troppo, mentre annuiva soddisfatto.

    Per chi volesse godersi tutto il doc, caratterizzato da un’assoluta mancanza di equilibrio, onestà intellettuale e rispetto umano, ecco i link:

    http://www.youtube.com/watch?v=GqyEkXzaXIQ&feature=results_main&playnext=1&list=PL9E3E94654D8FDC40

    http://www.youtube.com/watch?v=ab9EiJpCaR4&feature=autoplay&list=PL9E3E94654D8FDC40&lf=results_main&playnext=2

  3. donato

    Caro Luigi, io ho apprezzato molto (fortunatamente da casa mia e non dal cielo 🙂 ). In particolare la sostituzione del Macchinario Ciclopico per le previsioni meteorologiche alla Grande Mappa della versione originaria e dei climatologi ai cartografi non ha fatto assolutamente perdere l’atmosfera creata dall’autore.
    Ad ogni buon conto ciò che importa è il concetto di regressione infinita che viene applicato al modo in cui oggi è intesa la scienza del clima (e non solo): un piccolo nucleo di dati contiene informazioni che, opportunamente sviluppate, consentono di rappresentare la realtà futura non nel periodo immediatamente a ridosso di quello a cui i dati si riferiscono, ma a decenni, anzi secoli, di distanza. Esempio efficace dei concetti filosofici enunciati da Bradley e da Royce, in altre parole.
    Ciao, Donato.

  4. donato

    La citazione di Suarez Miranda è stupenda. Per il resto mi astengo da ogni considerazione: aspetto di leggere tutto il lavoro.
    Ciao, Donato.

    • luigi mariani

      Caro Donato, la citazione di Suarez Miranda è per la verità una dedica al grande scrittore e maestro di vita Jorge Luis Borges.
      Lui si divertiva a creare citazioni immaginifiche ed io, da oscuro epigono, ho solo voluto imitarlo.
      Mi auguro che dal “cielo dei poeti” abbia apprezzato.
      Luigi

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