Biodiversità vegetale e cambiamenti climatici, prof: Cannone

Biodiversità vegetale e cambiamenti climatici

Climate change

Il cambiamento climatico implica la presenza di una serie di dati della durata di almeno 10 anni e che sia presente uno scostamento dalla media significativamente significativo. Questo cambiamento può riguardare diversi elementi, come la temperatura, le precipitazioni, il vento e la neve. Il riscaldamento globale si riferisce invece all’aumento della temperatura dell’aria e degli oceani, la quale negli ultimi 150 anni ha avuto un aumento e le previsioni lo prevedono anche per il futuro. Questi due termini si riferiscono principalmente al clima, ma possono essere riferiti anche ad altri processi.

Eventi antropici possono cambiare su scala locale alcuni fenomeni, come ad esempio le precipitazioni regionali dopo la costruzione della diga di Assuan (Nilo) e le continue deforestazioni in Amazzonia. Il mondo è un ambiente dinamico e molto complesso e tutti i cambiamenti che sono avvenuti storicamente in modo naturale hanno avuto luogo su scale temporali molto ampie, da migliaia a milioni di anni, dando quindi il tempo al biota di adattarsi. Gli impatti indotti dall’uomo sulla composizione atmosferica, sul clima, sugli oceani e sulla biodiversità marina e terrestre stanno avendo luogo in tempi molto più ristretti, troppo brevi per permettere un eventuale adattamento. Questi cambiamenti causano una degradazione degli ambienti terrestri, ma non è detto che queste conseguenze si manifestino in tempi brevi, l’inerzia dei processi naturali tende a compensare il danno ricevuto. L’unità sulla quale basarsi per valutare gli effetti è la specie. Non è da escludere però che questi eventi potrebbero essere ciclici, già avvenuti in passato (anche se con velocità sicuramente inferiori).

Secondo i dati dell’IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change):

• La temperatura media globale della superficie è aumentata di 0.85°C dal 1880 al 2012. Questo aumento è avvenuto però con una elevata eterogeneità spaziale e bisogna anche considerare come questo riscaldamento si “distribuisce” lungo l’anno per valutare gli effetti (es. se durante l’inverno potrebbe anche avere un effetto positivo).
• Il pattern delle precipitazioni è cambiato con una frequenza maggiore degli eventi eccezionali di precipitazione, soprattutto nell’emisfero nord.
• Il fenomeno del El-Nino è diventato più frequente, persistente ed intensivo.
• Il livello del mare è aumentato di 10-20 cm dal 1900 al 2000.
• Le attività umane hanno aumentato la concentrazione dei gas serra in atmosfera (CO₂ e CH₄ in primis) principalmente dovuti ad opere di combustione e cementificazione di ampie aree.

Tutti i fattori che possono modificare le condizioni climatiche sono definiti “forzanti climatici” e sono divisi in interni (variabilità oceanica) ed esterni (variazioni dell’orbita, vulcanismo, movimenti tettonici ed altri fattori antropici come il PM, variazione dell’albedo a causa di costruzioni, alterazione strati alti dell’atmosfera per CFC) e agiscono su scala regionale oppure locale.

Ci sono alcuni fenomeni che vengono analizzati per determinare i cambiamenti rispetto al passato:

• Ghiacciai e perdita di ghiaccio dal pack;
• Vegetazione;
• Analisi del polline (permette la ricostruzione delle comunità vegetali);
• Dendroclimatologia (analisi degli anelli degli alberi per determinare i cambiamenti climatici del passato);
• Carotaggi nel ghiaccio (fino a 4 km; l’aria incorporata viene analizzata isotopicamente e permette la ricostruzione delle temperature);
• Livello del mare.

Biodiversità

Nel passato i grandi cambiamenti sono stati causati da fenomeni di grande entità e catastrofici, ma anche da alcuni ciclici, come la precessione degli equinozi, variazioni dell’orbita e ciclo di Milankovitch. In passato ci sono stati anche periodi ben più caldi di quello attuale, ma il cambiamento è avvenuto molto più lentamente (in Antartide trovarono fossili di dinosauri e piante perché prima era molto più a nord).

400 milioni di anni fa compaiono le prime piante sulla terraferma, un ambiente ostile data la variabilità delle condizioni nel tempo. Le prime piante sono state i muschi, le briofite e le antocerota. Compaiono poi le forme arboree e nel carbonifero le pteridofite, dove dominano le foreste anche con piante di 10 m. Durante il carbonifero (300 milioni di anni fa) accade qualcosa che cambiò notevolmente la composizione vegetale di allora e permise la formazione di tutto il combustibile fossile petrolifero che usiamo tutt’ora (le foreste sono morte e “sedimentate”). Questo evento ha permesso lo sviluppo di una nuova categoria sistematica, le gimnosperme.

Biologia della conservazione

Cambiamenti climatici recenti (attuali). Il riscaldamento è inequivocabile e sta avvenendo con una velocità ed una magnitudo mai osservate in passato, sia per quanto riguarda la temperatura media dell’aria, sia quella degli oceani. Lo scioglimento dei ghiacci e della neve ha causato un innalzamento del livello del mare (IPCC 2007).

• La temperatura media globale è aumentata negli ultimi 140 anni, così come la concentrazione del monossido di carbonio e di altri gas serra;
• La magnitudo di questa variabilità non eccede la variabilità naturale;
• Le proiezioni future incontrano grandi incertezze nello stimare le emissioni e quindi prevedere futuri impatti; Il riscaldamento globale è confermato e molti cambiamenti non hanno precedente negli ultimi decenni fino a migliaia di anni fa.

Confermato anche l’incremento dei gas serra, il riscaldamento dell’atmosfera e l’innalzamento del livello del mare (IPCC 2013).

• Tutte le decadi dal 1850 in poi sono caratterizzate da un aumento della temperatura degli strati bassi dell’atmosfera (nell’emisfero nord, il 1983-2012 sono stati i 30 anni più caldi degli ultimi 1400 anni) combinando gli oceani e le terre emerse abbiamo un riscaldamento di 0.85°C dal 1880 al 2012 (considerando il 1850 l’incremento è di 0.78°C). Questo incremento non è però uniforme, alcune aree infatti sono più soggette al riscaldamento di altre, come la Siberia e la porzione ovest del nord America (anche le Alpi hanno avuto uno dei più intensi aumenti della temperatura tra tutte le aree del mondo, con effetti rilevanti sugli ecosistemi).
• Associate alle temperature ci sono le precipitazioni, soggette anche loro ad un aumento. Per tutto l’emisfero nord è possibile affermare questo aumento con un livello di confidenza da medio ad alto, mentre per altre aree l’incertezza è più elevata. Nel grafico è mostrato il cambiamento delle precipitazioni nelle Alpi centrali dal 1953 al 2003.
• Associate alle precipitazioni abbiamo anche un aumento degli eventi climatici estremi, quali ondate di calore, gelate ed acquazzoni (questi cambiamenti sono analizzati dal 1950), in particolare:
  • Diminuzione del numero di giornate (e notti) fredde ed aumento di giornate calde;
  • Aumento della frequenza delle ondate di calore in buona parte dell’Europa, Asia ed Australia;
  • Ci sono più regioni che hanno visto un aumento della frequenze di eventi di precipitazioni intensi rispetto a quelle che hanno visto una diminuzione (la frequenza di questi eventi è aumentata principalmente in nord America ed Europa).
• Data l’elevata capacità termica dell’acqua, gli oceani dominano l’accumulo dell’energia disponibile dal sistema terra, la quale ammonta al 90% dell’energia accumulata dal 1971 al 2010. Il riscaldamento degli oceani non è uniforme, è più intenso infatti negli strati superficiali (da 0 a 700 m) e varia in funzione della latitudine. Rispetto al riscaldamento globale l’aumento è solo di 0.11°C, molto meno rispetto a quello medio ma l’energia accumulata è molto maggiore e questo nel tempo può causare cambiamenti alle correnti marine (moto e temperatura). L’aumento delle temperature è anche testimoniato dal fatto che le regioni con una concentrazione di sale elevata dell’acqua e soggette ad alta evaporazione sono diventate più salate.
• I ghiacciai si stanno ritirando già dal 2007, con variazioni massime nei ghiacciai di montagna, a differenza delle grandi calotte i primi sono i più sensibili avendo una minore inerzia nei confronti dei cambiamenti. Una delle conseguenze più problematiche è la fornitura di acqua potabile a milioni di persone, in particolare in Kenya/Tanzania ed il nord dell’India. Assieme ai ghiacciai anche il sea-ice (pack) sta subendo una diminuzione della sua estensione, conseguenze negative a numerose specie tipiche di questo habitat. Inoltre, lo scioglimento del pack è la principale causa dell’innalzamento del livello del mare, ad esempio la Groenlandia è responsabile del 10% dell’innalzamento ed il tasso di scioglimento del ghiaccio sta aumentando (complessivamente, questo continente detiene l’equivalente di 7 metri del livello del mare).
• Complessivamente, la criosfera è soggetta ad una diminuzione di massa ed i ghiacciai stanno continuando a ritirarsi in tutto il mondo, così come il pack (anche la copertura nevosa primaverile è diminuita di durata, soprattutto nell’emisfero nord). Il permafrost, così come le regioni artiche sono soggette ad un aumento sostanziale della temperatura dal 1980.

Impatti sugli ecosistemi

I sistemi fisici e biologici di tutti i continenti e nella maggior parte degli oceani hanno già risentito dei cambiamenti climatici, in particolare dell’aumento della temperatura. Questi cambiamenti influenzano molti aspetti dei sistemi, in particolare quelli legati allo scioglimento della neve, del ghiaccio e del permafrost. Evidenze dimostrano notevoli cambiamenti nel regime idrogeologico delle acqua e la disponibilità di acqua in molte aree del mondo. Analogamente, anche la componente biotica degli ecosistemi risente notevolmente di questi cambiamenti.

La documentazione è tuttavia non uniforme, le misurazioni derivano principalmente dall’emisfero nord, dalle medie alle alte latitudine, mentre la documentazione delle regioni tropicali e dell’emisfero sud è molto rarefatta. A livello internazionale alcune conseguenze nei confronti della fauna e della flora sono accettate:

• Alterazione (shifting) degli eventi del ciclo vitale delle piante (fioritura – con analisi satellitari dagli anni 80’ si è dimostrato che in molte regioni la vegetazione sviluppa le foglie molto prima) o degli animali (migrazioni);
• Alterazione (shifting) degli areali di numerose specie, che si spostano a latitudini più elevate per compensare l’aumento della temperatura;
• Cambiamenti nella morfologia (massa corporea o dimensione delle uova) e nella riproduzione;
• Estinzione e diminuzione dell’areale di distribuzione.

Alterazioni del clima possono alterare anche l’interazione di alcune specie con le funzioni ecosistemiche e/o rapporti preda/predatore. Tutti questi problemi sono riferiti alle specie terrestri ma anche quelle marine sono comunque a rischio, principalmente i complessi ecosistemi delle barriere coralline. Un aumento della temperatura causa una maggiore evaporazione con conseguente aumento di salinità ed alterazione del pH. Più di 29.000 serie di dati da 75 studi hanno dimostrato cambiamenti significativi in molti sistemi fisici e biologici terrestri e c’è un accordo del 90% che questi cambiamenti sono avvenuti in risposta ai cambiamenti climatici (dall’IPCC 2007).

Prima di affermare che gli ecosistemi sono stati modificati profondamente dai cambiamenti climatici, è opportuno tenere a mente che tutti gli ecosistemi sono soggetti a variazioni naturali sia spaziali che temporali (es. successioni), le quali sono registrate in letteratura, assieme ai tempi necessari per il loro avvenimento (es. la colonizzazione di un substrato). Quindi, per capire se gli eventi attuali influiscono è possibile fare dei monitoraggi a lungo periodo di osservazione per valutare se le variazioni attuali sono conformi ai cambiamenti, questa è la conferma dell’ipotesi nulla. Per definire un fingerprint climatico è necessario che esso sia costante nel tempo e duraturo, poco influenzabile dall’intervento antropico o cambiamenti a breve termine.

Milestones

• Grabherr 1994 – Effetti sulle piante di montagna. È stato il primo report di migrazione a quote maggiori di alcune specie montane. Rivisitò alcune aree montane per valutare la biodiversità attuale e confrontarla con i dati di 100 anni prima e notò che le specie erano maggiori a quote più elevate rispetto al passato, per ritrovare l’optimum.
• Walther 2002 – Risposte ecologiche a cambiamenti climatici recenti. È una review che elenca quali sono i principali cambiamenti nei tempi recenti, sia per la flora che la fauna, analizzando le risposte relative alla fenologia e fisiologia degli organismi, distribuzione delle specie, composizione ed interazioni delle comunità e struttura e dinamica degli ecosistemi. Riportò in grafico le anomalie della temperatura VS le variazioni fenologiche di diverse specie e verificò che erano correlate (es. le attività delle piante in primavera hanno continuato ad avvenire prima a partire dagli anni 60’). Le variazioni spaziali degli areali riguardavano la quota della treeline, la distribuzione vegetale in particolare delle regioni artiche e la quota delle piante e le prove indicarono un progressivo spostamento verso latitudini e altitudini maggiori. Le variazioni spaziali sono comunque indotte anche dalla capacità di dispersione delle specie, che avviene normalmente ed è specie specifica. Oltre allo spostamento degli areali delle specie, i cambiamenti climatici hanno favorito la dispersione di diverse specie alloctone animali e vegetali (es. alle nostre latitudini avviene il fenomeno della laurofillizzazione del bosco). L’indicatore della treeline da solo può essere fallace, perché in passato l’uomo ha comunque gestito le foreste interferendo; l’analisi invece della vegetazione delle zone artiche è ottima perché l’impatto antropico è minimo.
• Root 2003 – Impronta del cambiamento climatico sulla fauna e flora. Confrontò i cambiamenti delle specie (areali, fisiologia, ecc.) con i cambiamenti climatici (in particolare la temperatura) e verificò che nell’80% delle specie la direzione di questi cambiamenti era nella stessa direzione.
• Parmesan 2003 – Impatti sui sistemi naturali. Analizzò più di 1700 specie e verificò che i cambiamenti biologici erano correlati con i cambiamenti climatici. I dati mostrarono uno spostamento verso i poli pari a 6 km per decade, assieme all’avanzamento della primavera di 2 giorni per decade.
• Chapin 2000 – Conseguenze sulla biodiversità. Mise in luce le modificazioni degli ecosistemi per mano dell’uomo con le estinzioni storiche e distribuzione degli organismi. L’uso del suolo è l’attività che causa l’impatto più forte sulla biodiversità secondo i modelli predittivi, seguito dai cambiamenti climatici, deposizione di N, introduzione delle specie alloctone e cambiamenti della concentrazione di anidride carbonica. L’uso del suolo è particolarmente inteso nei tropici, mentre gli impatti del cambiamento climatico sono importanti alle alte latitudini.
• Thuiller 2005 – Cambiamenti climatici minacciano la diversità delle piante in Europa. Modelli di previsione su questo secolo mostrarono che molte specie di piante europee potrebbero essere severamente minacciate e che sarà molto probabile l’estinzione di alcune specie, con percentuali che vanno dal 20% all’80% a seconda della regione e dello scenario (le specie di montagna sono le più minacciate e questo porterà/potrebbe portare ad invasione di specie alloctone con cambiamento delle associazioni vegetali e quindi delle condizioni ecosistemiche e cicli geochimici).
• Lenoir 2008 – Spostamenti di latitudine durante il 20° secolo. Confrontò la distribuzione di diverse specie con i rilievi del passato (1900) e verificò un aumento della quota di 30 metri ogni decade. Confrontando tutte le specie (distribuzione gaussiana) ha verificato uno spostamento verso quote maggiori pari a 60 metri.
• Kelly 2008 – Rapidi cambiamenti della distribuzione delle piante. Svolse le analisi nel sud della California e verificò un costante aumento della temperatura di quelle zone associata ad un aumento della precipitazioni, che ha causato uno spostamento delle specie dominanti di 65 metri. Tuttavia questa zona ha avuto anche altri impatti notevoli, quali gli incendi e l’inquinamento.

Fattori scatenanti il climate change

Sono molteplici, alcuni sono in diminuzione (uso di fertilizzanti) molti invece continuano a crescere. Molte delle perdite si hanno nei confronti della biodiversità, che causa in seguito una scomparsa/diminuzione delle funzione ecosistemiche, come la produzione di legno e fibra, provviste di acqua potabile, aria pulita, controllo di temporali ed inondazioni ed i processi di impollinazione. I modelli prevedono una perdita di habitat per la vegetazione molto variabile nei vari continenti, simulando un raddoppio della concentrazione di CO₂; la % indica quanti modelli prevedono cambiamenti del bioma in quella determinata area. L’impatto più evidente è uno shifting entro la fine di questo secolo dei principali biomi, che migreranno verso latitudini maggiori, entro la fine di questo secolo (con una perdita dal 10-15% delle specie entro 30 anni). Il cambiamento climatico influenzerà negativamente i diversi livelli della biodiversità, sia direttamente a causa delle variazioni di temperatura, precipitazioni, ecc.