Nel corso di centinaia di milioni di anni, la Terra ha sperimentato ripetutamente cambiamenti climatici che hanno plasmato il pianeta come lo conosciamo oggi. Le variazioni della temperatura e dei livelli di CO2 nell’atmosfera nel corso di questo tempo possono aiutarci a capire come la Terra risponde oggi ai cambiamenti climatici.
Nell’ambito di un campo di ricerca in crescita - la biogeodinamica - gli scienziati stanno lavorando duramente per scoprire come i cambiamenti climatici abbiano influenzato la vita sulla Terra nel passato. "Stiamo cercando di comprendere importanti processi del presente guardando al passato geologico", spiega Julian Rogger, che si occupa principalmente di biogeodinamica presso l’Istituto di Geofisica del Politecnico di Zurigo.
Rogger è affascinato dall’interazione tra clima e vita vegetale. Ad oggi, l’umanità non conosce nessun altro pianeta nell’universo su cui possano svilupparsi organismi viventi. Le particolari condizioni climatiche della Terra forniscono una quantità di acqua liquida sufficiente a consentire alle piante e ad altri organismi complessi di prosperare o almeno di sopravvivere. Quando il clima terrestre cambia, ciò si ripercuote anche sul mondo vegetale. L’ecosistema è quindi costretto a evolversi e ad adattarsi alle mutate condizioni. "Sono interessato al ruolo che gli stessi organismi viventi svolgono nell’intero sistema", afferma Rogger.
Le piante plasmano attivamente il ciclo climatico
Insieme ai colleghi del Politecnico di Zurigo e dell’Università di Leeds, Rogger ha pubblicato uno studio scientifico sulla rivista Science Advances call_made. In esso si dimostra che le piante non si limitano a partecipare passivamente al ciclo climatico, ma possono addirittura svolgere un ruolo significativo nel plasmarlo. "Si potrebbe pensare che gli organismi viventi si limitino a reagire ai cambiamenti, ma è anche possibile che interagiscano con l’ecosistema e lo controllino in questo modo".Per dimostrarlo, il dottorando dell’ETH ha utilizzato dei modelli al computer per simulare l’interazione tra i cambiamenti climatici, la deriva dei continenti e la vita vegetale nel passato. I modelli mostrano come le piante possano aver contribuito a regolare la composizione dell’atmosfera. In particolare, legando il carbonio ed emettendo ossigeno, contribuendo così a stabilizzare il contenuto di CO2 dell’atmosfera. Inoltre, le piante accelerano il processo di degradazione dei minerali nel suolo, che lega anch’esso la CO2. Il modello di Rogger dimostra che le piante sono una parte importante del ciclo di controllo del clima e del carbonio della Terra: La reattività della vegetazione gioca un ruolo importante nel rallentare o addirittura accelerare i cambiamenti climatici.
Cambiamenti climatici tamponati
L’attività delle piante può agire come un cuscinetto che impedisce alla temperatura di cambiare troppo rapidamente in diverse parti del mondo. Tuttavia, il tampone funziona solo se il clima cambia lentamente. Così lentamente che le piante possono evolversi nel corso di milioni di anni e adattarsi alle nuove condizioni causate dai cambiamenti climatici, ma anche allo spostamento delle placche continentali dovuto alla tettonica a placche. Tuttavia, le analisi geologiche e i reperti fossili dimostrano che ci sono stati cambiamenti troppo rapidi che hanno portato a estinzioni di massa. "Vogliamo sapere quanto velocemente la vegetazione può adattarsi quando improvvisamente il clima diventa più caldo di cinque o sei gradi. Il nostro grande obiettivo è capire la co-evoluzione di clima, vegetazione e tettonica", dice Rogger.Ricostruire 390 milioni di anni di storia della Terra
Insieme ai suoi coautori - un team interdisciplinare di geologi, informatici e geoscienziati - Rogger ha creato un modello al computer degli ultimi 390 milioni di anni. Nei suoi calcoli include lo spostamento dei continenti, i cambiamenti climatici e le rispettive reazioni della vegetazione. L’esecuzione di una simulazione di questo tipo su computer potenti può richiedere fino a un mese. Ciò è dovuto alla complessità del problema e al lungo periodo di tempo che la simulazione deve coprire.Quando possibile, il team utilizza dati geologici per rendere i modelli il più realistici possibile: Per esempio, le analisi chimiche dei sedimenti possono essere un indicatore di quanto fosse alto il contenuto di anidride carbonica in passato. I fossili possono fornire informazioni su quando i cambiamenti climatici drammatici hanno portato a estinzioni di massa. Possono anche rivelare lo sviluppo di nuovi ecosistemi, che a loro volta sono stati una reazione al cambiamento delle condizioni.
I modelli lo dimostrano: Lunghi periodi di stabilità permettono alla vegetazione di fiorire con piante che assorbono CO2 e quindi stabilizzano nuovamente il clima terrestre nel tempo. Nel loro modello, il team ha osservato che le piante possono svilupparsi abbastanza rapidamente da adattarsi ai successivi cambiamenti del clima e del paesaggio, ad esempio a causa della deriva dei continenti.
Il contrario avviene quando il sistema climatico è disturbato e cambia troppo rapidamente perché la vegetazione possa adattarsi: Le piante non possono più svolgere la loro funzione di tampone per rallentare i cambiamenti climatici. Senza l’effetto rallentante delle piante, i cambiamenti ambientali vengono addirittura accelerati e diventano più estremi. "È come un effetto di retroazione", spiega Rogger. "Se la regolazione viene eliminata, è possibile che si verifichi un aumento maggiore dei livelli di CO2 e che si verifichino cambiamenti climatici maggiori di quanto previsto in precedenza".
La resilienza messa alla prova
Gli studi geologici dimostrano che i cambiamenti climatici improvvisi sono spesso accompagnati da estinzioni di massa. "Questo ha comportato anche grandi cambiamenti nella vegetazione e a volte ci sono voluti migliaia o addirittura milioni di anni perché la vegetazione si riprendesse e si adattasse e la parte che ritorna può essere molto diversa da quella che c’era prima", dice Rogger.Non è una buona notizia. "La velocità del cambiamento che stiamo osservando non ha precedenti negli ultimi 400 milioni di anni", afferma il ricercatore. "Cambiamenti così forti come quelli che stiamo vivendo potrebbero compromettere la capacità della vegetazione di regolare il clima".
In un momento in cui il clima sta cambiando più rapidamente che mai, dalla ricerca di Rogger si possono trarre anche conseguenze pratiche: Le informazioni del passato possono ora aiutare a capire quanto siano resistenti i sistemi interconnessi della Terra. "Quanto velocemente gli ecosistemi possono reagire ai cambiamenti del clima e del paesaggio? Questa è una delle maggiori incognite", afferma. "La domanda urgente è: quanto è resiliente la Terra?".
