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.