Come il mondo vegetale influenza il ciclo climatico

Nel corso di centinaia di milioni di anni, la Terra ha sperimentato ripetutamente cambiamenti climatici che hanno plasmato il pianeta come lo conosciamo oggi. I cambiamenti di temperatura e le variazioni di CO₂-Il contenuto di anidride carbonica nell'atmosfera durante questo periodo può aiutarci a capire come la Terra reagisce 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 capire processi importanti nel presente guardando al passato geologico", afferma Julian Rogger, che si occupa principalmente di biogeodinamica presso l'Istituto di geofisica dell'ETH 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 acqua liquida sufficiente per 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 nel sistema complessivo", afferma Rogger.

Le piante influenzano attivamente il ciclo climatico

Insieme ai colleghi dell'ETH di Zurigo e dell'Università di Leeds, Rogger ha pubblicato uno studio scientifico nella rivista pagina esternaAvanzamenti scientifici pubblicato. 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 reagiscano solo ai cambiamenti - ma è anche possibile che interagiscano con l'ecosistema e lo controllino in questo modo".

Per dimostrarlo, il dottorando ha utilizzato dei modelli al computer per simulare l'interazione tra cambiamenti climatici, deriva dei continenti e 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 - e quindi contribuendo a ridurre le emissioni di CO₂-per stabilizzare il contenuto dell'atmosfera. Inoltre, le piante accelerano il processo di degradazione dei minerali nel suolo, che rilascia anche CO₂ è vincolato. 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 delle 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.

390 milioni di anni di storia della Terra ricostruiti

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: Ad 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 mostrano: Lunghi periodi di stabilità permettono alla vegetazione di prosperare con piante che assorbono la CO₂ e quindi stabilizzare 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 climatici e paesaggistici, 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 rallentatore delle piante, i cambiamenti ambientali vengono addirittura accelerati e diventano più estremi. "? come un effetto di retroazione", spiega Rogger. "Se la regolazione viene eliminata, può portare a un aumento maggiore delle emissioni di CO₂-e cambiamenti climatici maggiori di quanto previsto in precedenza".

La resilienza sul banco di 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 dei cambiamenti 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 velocemente che mai, dalla ricerca di Rogger si possono trarre anche conseguenze pratiche: Le informazioni del passato possono ora aiutarci 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?".