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Piantare nuovi alberi serve a contrastare i cambiamenti climatici?

27 gennaio 2020

Esiste una relazione tra aumento della concentrazione di CO2, riscaldamento globale e risposta della vegetazione. Vediamo quali sono gli impatti ecosistemici.

By Tommaso Turbati

Dove finisce l’anidride carbonica nell’ecosistema?

L’ecosistema è l’unità funzionale naturale che comprende il comparto biotico, costituito dagli organismi viventi e il comparto abiotico, formato essenzialmente da aria, acqua e suolo. I due comparti sono legati tra loro da un punto di vista funzionale e le loro proprietà si influenzano reciprocamente, essendo entrambi necessari per mantenere la vita sulla terra (E. P. Odum, 1988). Gli elementi chimici presenti in natura tendono a circolare nella biosfera seguendo principalmente due percorsi: dall’ambiente agli organismi e dagli organismi all’ambiente. Questi percorsi sono detti cicli biogeochimici e uno dei cicli Biogeochimici è il ciclo del Carbonio (C). Il carbonio è il principale costituente della sostanza organica e la sua circolazione nella biosfera avviene attraverso due cicli distinti, uno sulla terra ferma e l’altro nel mare. Questi due cicli si collegano dinamicamente lungo la superficie di separazione tra mare e atmosfera. Per essere “recuperato” il carbonio deve passare dalla forma molecolare di anidride carbonica (CO2), composto che è assorbito con tempi specifici dettati dalle condizioni dell’ecosistema. L’uomo negli ultimi due secoli ha estratto grande quantità di carbonio dal sottosuolo (utilizzando fonti fossili) con il conseguente effetto di un surplus dell’elemento stesso in atmosfera. Questo surplus ha determinato una perturbazione dello stato di equilibrio dei cicli biogeochimici, che ha generato a sua volta una variazione nei tempi e negli spazi di “recupero” del carbonio, cambiando di fatto la capacità di assorbimento della CO2 su larga scala. Le superfici che assorbono anidride carbonica, permettendo così il suo accumulo, sono dette sink ovvero serbatoi; tra questi vi sono i suoli, gli ecosistemi terresti, i mari e gli oceani. Provando ad analizzare la situazione del nostro decennio il dato relativo alle emissioni del 2017 è allarmante: globalmente queste sono incrementate circa del 3%, raggiungendo la cifra più alta sin qui prodotta di quasi 36 miliardi di tonnellate. In risposta all’aumento delle concentrazioni atmosferiche di CO2, i sink tendono in una prima fase ad aumentare l’assorbimento di anidride carbonica nonostante questo processo non prosegua mai all’infinito. Una volta raggiunti determinati valori di concentrazione di CO2 in atmosfera, la capacità di sequestro del carbonio da parte dei sink diminuisce fino al punto in cui da assorbitori si trasformano in emettitori.

Da assorbitori a emettitori di CO2

Uno dei più importanti processi di recupero di CO2 è la fotosintesi clorofilliana che utilizza il carbonio emesso in atmosfera e lo fissa (fotoassimilazione della CO2) nei tessuti vegetali. La quantità di CO2  prodotta con questo processo è detta primaria netta. L’assorbimento globale di CO2 è dato dal bilancio tra produzione primaria netta e perdite globali di CO2 dovute alla respirazione delle piante, alla decomposizione organica e alla combustione. All’aumentare della concentrazione di CO2 aumenta (se c’è disponibilità di acqua e nutrienti nel suolo) anche la produzione primaria netta; questa non è altro che la produzione di nuova biomassa (massa vegetale nel caso che stiamo trattando) all'interno dell'ecosistema trasformando l’energia solare. L’aumento di produzione primaria netta non segue però linearmente l’incremento della concentrazione di CO2, ma ha una dinamica più lenta. Si arriva perciò ad un certo valore limite oltre il quale la biomassa vegetale non cresce più anche se la CO2 continua ad aumentare ed oltre ad aumentare la concentrazione di CO2 aumenta anche la temperatura (effetto correlato). Proviamo ad immaginare in modo molto molto semplicistico un secchio di plastica che serve a contenere una perdita d’acqua. Fino a quando la perdita sarà costante e l’ambiente intorno al secchio non varierà si riuscirà sempre a svuotarlo e permettere all’acqua accumulata di non fuoriuscire; ma se ad un certo punto l’ambiente intorno al secchio iniziasse a scaldarsi troppo e il materiale di cui è fatto il secchio cominciasse a deformarsi e modificare la sua capacità di contenere la perdita riducendo il volume di accumulo? A questo punto ci sarebbe costantemente una minor capacità di accumulare la perdita d’acqua rischiando piano piano l’allagamento. In questo caso si innesca un processo contrapposto: l’aumento della temperatura fa aumentare i processi di respirazione delle piante e dei suoli (eliminazione dell’ossigeno in eccesso in favore dell’accumulo di acqua) e accelera il ritmo di decomposizione della materia organica. Analogamente accade negli oceani: se la temperatura supera una certa soglia i sistemi vegetali da assorbitori diventano emettitori e la biomassa si degrada senza accrescere. Sempre più spesso oggi tra gli effetti del cambiamento climatico si inserisce anche la problematica della diminuzione della superficie della vegetazione sul pianeta, ovviamente una componente fondamentale per gli equilibri ecosistemici. L’aumento delle temperature ha infatti accentuato i processi di respirazione (meccanismo che in ecofisiologia identifica la perdita di CO2) rispetto a quelli di fotosintesi (assorbimento e fissazione di CO2) delle piante e degli ecosistemi vegetali; inoltre, la diminuzione delle precipitazioni ha modificato le caratteristiche chimiche, biogeochimiche e di evapotraspirazione dei suoli (passaggio di acqua tra suoli e aria), sfavorendo i processi vitali delle piante stesse e favorendo, viceversa, i processi di decomposizione organica, con ulteriore emissione di CO2. Da una parte è come se ci fosse sempre più “nutrimento” per la vegetazione ma lo stesso nutrimento diventa anche causa del suo stesso accumulo. Inoltre quello che succede oggi è una deforestazione massiccia per cause naturali e antropiche, come per la foresta amazzonica, uno dei polmoni verdi più grandi del pianeta, riducendo di continuo le aree in cui l’assorbimento di CO2 raggiungeva i quantitativi più alti.

Piantare nuovi alberi può aiutare ad assorbire CO2?

Proviamo ad analizzare meglio questo fenomeno, soprattutto in un’epoca in cui una delle risposte che la popolazione sta dando al problema del cambiamento climatico è la possibilità di piantare nuovi alberi, al fine di rendere la vegetazione e la fotosintesi dei processi ben integrati negli ecosistemi e concretamente utili alla riduzione della concentrazione dell’anidride carbonica. L’ecofisiologia studia la risposta fisiologica delle piante ai fattori ambientali, oggigiorno anche in relazione al riscaldamento globale. Una delle domande a cui si sta cercando di rispondere è la seguente:  l’aumento della CO2 porta all’aumento diretto di fotosintesi?

L’aumento della CO2, certificato dall’osservatorio di Mauna Loa, è sia una manifestazione del riscaldamento globale che una causa.  L’uomo, come già detto, ha modificato in misura piccola ma inesorabile, il ciclo del carbonio nell’atmosfera, nel terreno e nelle acque. Ogni anno vengono fissate migliaia di tonnellate di carbonio da parte delle piante ed ogni anno gli oceani si arricchiscono di carbonio trasformandolo in composti inorganici. I sistemi naturali assorbono infatti 4,9 miliardi di tonnellate di carbonio ogni anno corrispondenti circa al 54% delle emissioni del periodo 2000-2007, di cui il suolo assorbe il 29% (2,6 Pg l’anno) e gli oceani il 25% (2,3 Pg l’anno); misure in Peta grammi Pg corrispondenti a 1015 grammi. Il resto (il 45%, ben 4,1 Pg l’anno) rimane nell’atmosfera e va accumulandosi con i quantitativi degli anni precedenti. (Fonte: WWF)

Proprio grazie ai 2 miliardi di CO2 che finiscono nella biomassa vegetale è possibile considerare la fotosintesi uno dei sink terrestri più importanti. La fotosintesi può essere valutata come un sistema “produttivo” nella misura in cui consideriamo l’assorbimento e la fissazione dell’anidride carbonica un vantaggio per l’ecosistema. Ma è possibile che questo meccanismo di fissazione possa essere ridotto proprio a causa dell’eccessiva quantità di CO2 presente in atmosfera? Grazie agli studi sulla fisiologia vegetale sappiamo che la temperatura atmosferica è uno dei fattori che influenza maggiormente il comportamento delle piante, ed è ormai noto a tutti come già riportato precedentemente che la CO2 è anche la causa delle evidenze di innalzamento della temperatura media globale. Il meccanismo fisiologico per cui la temperatura è un parametro importante è operato dagli Stomi, pori presenti in tutti i vegetali e luogo di contatto/scambio tra pianta e atmosfera che si aprono/chiudono al variare delle condizioni meteo e dello stato idrico della pianta. Infatti lo scambio di CO2 e H2O con l’atmosfera, chiamato conduttanza stomatica avviene attraverso le stesse aperture, gli stomi, la cui apertura è prevalentemente dipendente dallo stato idrico della pianta; questo comporta che potenzialmente un aumento della temperatura nelle ore centrali della giornata determina l’abbassamento della suddetta conduttanza stomatica: il consumo di CO2 è forte (nelle ore centrali c’è un maggior irraggiamento e quindi assorbimento di luce) ma può essere limitato il rifornimento di CO2. Quello che avviene è una chiusura degli stomi, che per mantenere la quantità di acqua necessaria alla fisiologia della pianta a causa della temperatura riducono gli scambi con l’atmosfera e di conseguenza anche l’accumulo e fissazione di anidride carbonica. Il risultato è l’innesco di un meccanismo per cui la CO2, gas che provoca innalzamento della temperatura globale media, causa il suo stesso accumulo in atmosfera riducendo la capacità di assorbimento delle piante a causa proprio dell’innalzamento della temperatura. Il funzionamento degli stomi non è lontano dal funzionamento dei pori della nostra pelle che scambiano continuamente aria e liquidi tra l’interno e l’esterno del nostro organismo a seconda degli stimoli ambientali (temperatura, umidità ecc…).

Ci sono alcuni effetti del surriscaldamento che risultano molto importanti sul lungo periodo legati proprio all’acclimatazione della vegetazione rispetto all’innalzamento delle temperature medie. Infatti l’aumento della concentrazione di anidride carbonica porta ad effetti negativi per la vegetazione stessa. Gli effetti più evidenti sono effetti fisiologici e con un significato evolutivo ben preciso, il più importante è la riduzione della conduttanza stomatica (della capacità di scambio CO2/H2O): sia nel breve che nel lungo periodo che tenderà a limitare l’accelerazione della fotosintesi. Una riduzione della conduttanza stomatica può manifestarsi con la minor apertura degli stomi o con la produzione di foglie più piccole e con una minore densità stomatica; una minor densità e conducibilità stomatica rallenta la traspirazione (termoregolazione della foglia) e a cascata tutto il processo di fissazione e conseguente sequestro della CO2 descritto. Le piante che subiscono maggiormente questi fenomeni sono quelle che vivono ad esempio nei centri maggiormente urbanizzati e con concentrazioni più alte di CO2, che sono paradossalmente i luoghi in cui ci sarebbe un maggior bisogno di assorbimento.

In Figura1 e Figura 2, analisi del NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) viene rappresentano l’andamento stagionale della concentrazione di CO2. Quello che si può notare è l’indipendenza dell’andamento stagionale (linea rossa) con i picchi di assorbimento nelle stagioni vegetative rispetto alla costante crescita della concentrazione assoluta di CO2  atmosferica (linea nera) che risulta aver avuto un picco di crescita dal 1960 a oggi.

Conclusioni

Questo purtroppo mostra come la riflessione sull’importanza di trattare il problema del sequestro della CO2  atmosferica attraverso il ciclo fotosintetico risulti un tema molto complesso, non risolutivo rispetto ai fenomeni di riscaldamento globale ormai in atto, ma sicuramente fondamentale se trattato in relazione ai processi ecosistemici innescati. È chiaro dunque che i cambiamenti che abbiamo già innescato hanno intaccato la capacità degli ecosistemi di tamponare in modo massiccio il problema dell’innalzamento della concentrazione della CO2 in atmosfera e dunque una risposta politica, economica e sociale non può limitarsi ad azioni d’immagine o semplicistiche.  Per quanto evidenti i benefici della riforestazione anche in ambienti urbanizzati per il miglioramento della qualità dell’aria ed abbassamento delle temperature medie, è fondamentale approfondire e valutare attentamente dove, quando e con quali specie intervenire per rendere la risposta ecosistemica efficace. Il rischio è di concentrarsi principalmente su soluzioni di riforestazione in ambienti dove le piante non sono più in grado di assorbire CO2 o le specie scelte sono quelle che subiscono maggiormente l’innalzamento delle temperature risultando inefficaci da un punto di vista ambientale ed economico. Occorrerebbe concentrarsi su politiche di abbassamento della temperatura e implementare in modo massiccio la riduzione delle emissioni in atmosfera.

 

Bibliografia:

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