Il cambiamento climatico stravolgerà le proiezioni della futura crescita delle foreste?

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In una foresta di eucalipti appena ad ovest di Sydney, in Australia, sei torri aperte fatte di tubi bianchi alti 25 metri spuntano dalle cime degli alberi. Nel 2012, il gas di anidride carbonica ha iniziato a fluire dai tubi, aumentando i livelli all'interno degli anelli fino a quasi il 40% al di sopra della concentrazione media globale di CO2 di circa 405 parti per milione. Per quattro anni, gli alberi sono stati immersi nel bagno di carbonio, trasformandone parte in foglie, radici e legno e respirando il resto. Quando l'ecologista Mingkai Jiang della Western Sydney University e colleghi hanno misurato i risultati di tutta questa attività, sono rimasti scioccati. Nonostante si rimpinzassero di cibo vegetale sotto forma di CO2, gli alberi non erano riusciti a diventare più grandi, hanno riferito i ricercatori ad aprile su Nature.

Quasi dall'altra parte del mondo, fili serpeggiano nel terreno disseminato di foglie dell'isola di Barro Colorado, Panama. L'elettricità ha attraversato i cavi per due anni, aumentando la temperatura del suolo di 4 gradi Celsius, imitando il possibile futuro. I risultati sono stati, ancora una volta, che fanno riflettere: il suolo riscaldato eruttava il 55% in più di carbonio rispetto a un appezzamento di controllo che non era riscaldato, suggerendo che i suoli tropicali potrebbero diventare una potente fonte di anidride carbonica in un futuro più caldo.

Da quando il cambiamento climatico globale è stato riconosciuto come una delle principali minacce, gli scienziati hanno lottato per determinare quanto gli ecosistemi di carbonio, e le foreste in particolare, possono assorbire dall'atmosfera quando i livelli di anidride carbonica e le temperature aumentano. La fisiologia vegetale di base e gli esperimenti su piccola scala con le piantine degli alberi indicano che all'aumentare del biossido di carbonio, aumenta anche la fotosintesi, a parità di tutte le altre condizioni. E fino a un certo punto il calore stimola anche la crescita delle piante, come sa chiunque abbia coltivato piante in serra. Le foreste oggi assorbono più di un quarto delle emissioni di CO2 degli esseri umani e più di un trilione di tonnellate di carbonio risiedono negli alberi e nel suolo delle foreste, più del doppio del carbonio emesso dagli esseri umani dall'inizio della rivoluzione industriale.

"Sembra che le conseguenze della temperatura superino i benefici della CO2", afferma un esperto.

Ma cosa accadrà a quel carbonio negli ecosistemi reali nei prossimi decenni – con il peggioramento del caldo, della siccità, degli incendi, delle tempeste e delle epidemie di insetti e malattie – è molto più complicato. Una nuova generazione di esperimenti sul campo e modelli informatici sta affrontando alcune delle più grandi questioni aperte sul futuro delle foreste.

I loro risultati sembrano convergere su cattive notizie: concentrazioni più elevate di CO2 non accelerano necessariamente la crescita delle foreste, il riscaldamento dei suoli sembra emettere sostanzialmente più CO2 di quanto si credesse in precedenza e le piaghe provocate dal clima minacciano di uccidere gli alberi più velocemente di quanto possano crescere, trasformando le foreste a livello globale in fonti, non pozzi, di carbonio. La cosa più preoccupante è che le temperature più elevate potrebbero causare cambiamenti fisiologici nelle piante che riducono la loro capacità di fotosintetizzare e crescere. "Sembra che la conseguenza della temperatura superi i vantaggi della CO2", afferma Nate McDowell, scienziato della terra presso il Pacific Northwest National Laboratory di Richland, Washington.

La conclusione è che il clima che cambia sta già martellando le foreste di tutto il mondo e gli impatti futuri potrebbero diventare abbastanza gravi da negare la capacità delle foreste di sequestrare del tutto il carbonio.

Ma alcuni scienziati temono che i loro colleghi perdano gli enormi benefici climatici che persino le foreste compromesse possono fornire. "Temo che la nostra ossessione accademica per il pozzo in declino sarà interpretata erroneamente dal pubblico", nel senso che mantenere le foreste in piedi non è importante, afferma Peter Ellis, uno scienziato del carbonio forestale con The Nature Conservancy. "Una tonnellata di carbonio in una foresta è sempre una tonnellata di carbonio in una foresta."

Anelli di tubi bianchi pompano livelli elevati di CO2 sugli alberi di eucalipto in un sito di ricerca vicino a Sydney, in Australia.
Cortese concessione di Belinda Medlyn

Molti scienziati hanno affermato che le foreste possono mantenere o addirittura aumentare il sequestro del carbonio immagazzinando il carbonio in legno e radici a lunga vita, il che, nei prossimi decenni, potrebbe fornire un freno sostanziale al cambiamento climatico. Nessuno scienziato serio ha sostenuto che tali "soluzioni climatiche naturali" assolvono i paesi dal taglio delle emissioni di combustibili fossili, ma alcuni hanno sperato che potessero almeno fornire un respiro cruciale per evitare i peggiori impatti del cambiamento climatico.

Diverse linee di prova hanno supportato questa visione. Negli esperimenti di arricchimento di CO2 in aria libera (FACE) che hanno inondato le giovani foreste negli Stati Uniti sudorientali con alte concentrazioni di CO2, gli alberi hanno accelerato la loro crescita, almeno fino a quando hanno raggiunto un altro limite di crescita, come i nutrienti del suolo. Un importante studio del 2011 ha rilevato "un serbatoio di carbonio ampio e persistente nelle foreste del mondo" e ha attribuito gran parte del pozzo a foreste tropicali e boreali mature. E gli studi basati sulle misurazioni effettuate dai satelliti hanno rivelato un importante inverdimento della superficie terrestre dal 1980, che alcuni scienziati hanno interpretato come un'indicazione che le foreste stavano assorbendo grandi quantità di carbonio dall'atmosfera. Gli scettici climatici a volte sono saltati su questi risultati per mettere in dubbio il consenso scientifico sul fatto che il riscaldamento globale sia una grave minaccia.

Mentre gli scienziati del clima rifiutano categoricamente questa visione, molti hanno promosso con entusiasmo la capacità delle foreste di assorbire il carbonio. La scorsa estate, l'autore principale di un articolo molto celebrato chiamato piantagione di alberi "la migliore soluzione climatica disponibile oggi", sebbene gli autori abbiano successivamente chiarito che non può sostituire la riduzione delle emissioni.

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Ora gran parte dell'ottimismo sembra svanire, poiché una serie crescente di studi documenta aumenti allarmanti della morte degli alberi per cause quali deforestazione, incendi, siccità e epidemie di insetti. Negli ultimi due anni, due documenti basati su dati sul campo a lungo termine hanno rilevato che la morte degli alberi stava raggiungendo un aumento della crescita in tutte le Americhe. E un recente studio su 300.000 alberi, condotto da ricercatori dell'Università di Leeds nel Regno Unito e del Royal Museum for Central Africa, ha stimato che la capacità delle foreste africane intatte di rimuovere il carbonio diminuirà del 14% entro il 2030. L'Amazzonia, nel frattempo , potrebbe smettere del tutto di rimuovere l'anidride carbonica già nel 2035, poiché gli alberi iniziano a morire così rapidamente che le foreste iniziano a perdere carbonio alla stessa velocità con cui lo imballano. Altri hanno trovato prove che parti della foresta pluviale amazzonica stanno già passando dall'essere pozzi di carbonio a fonti di carbonio.

Uno studio recente ha scoperto che gli alberi nelle foreste intatte di tutto il mondo stanno morendo due volte più velocemente che in passato.

Nel frattempo, un'analisi più attenta dei dati satellitari da parte dello scienziato della terra della Boston University Ranga Myneni e colleghi ha rivelato che gran parte dell'inverdimento osservato negli studi precedenti non era dovuto alla crescita accelerata delle foreste, ma piuttosto a una vasta iniziativa decennale di piantagione di alberi in Cina. , insieme alla rapida intensificazione dell'agricoltura in Cina e in India, poiché i coltivatori hanno avuto accesso al capitale e hanno adottato fertilizzanti e irrigazione su vasta scala.

In uno studio pubblicato a maggio su un server di prestampa e ancora in attesa di revisione tra pari, il team di Myneni si è spinto oltre, segnalando che la tendenza all'inverdimento a lungo termine dei dati satellitari potrebbe iniziare a diminuire, in linea con gli studi sulle foreste in loco. "Stiamo già cominciando a vedere che c'è un segnale di imbrunimento emergente", dice Myneni.

Due articoli pubblicati su Science, uno a maggio e uno a giugno, hanno cercato di dare un senso alle varie e talvolta contraddittorie prove. Entrambi hanno trovato motivi di allarme.

Gli autori del documento di maggio, che hanno analizzato studi precedenti e set di dati demografici sugli alberi, hanno riferito che gli alberi nelle foreste intatte di tutto il mondo stanno morendo due volte più velocemente rispetto al passato, riducendo sia la quantità di carbonio che tali foreste possono assorbire sia la durata di tale carbonio. rimane rinchiuso.

Mentre incendi, siccità e altri fattori stanno giocando un ruolo, anche le foreste sembrano passare da un periodo dominato dalla fertilizzazione del carbonio a uno dominato da un fenomeno noto come deficit di pressione di vapore, afferma McDowell del Pacific Northwest National Lab, che ha guidato lo studio. Il deficit di pressione del vapore quantifica la differenza tra quanta acqua può contenere l'aria e quanta ne trattiene in un dato luogo e tempo. Quando il deficit di pressione del vapore aumenta – ad esempio, quando la temperatura aumenta senza un concomitante urto di umidità – le piante evitano la perdita d'acqua chiudendo i loro stomi, le cellule della bocca nelle foglie che lasciano uscire l'acqua e l'anidride carbonica. Ciò rallenta la fotosintesi e, oltre a lungo termine, crescita e assorbimento di CO2.

Gli scienziati Bruno Portela e Iain Hartley estraggono i dati da una sonda per l'umidità del suolo nell'ambito del progetto AmazonFACE.
João M. Rosa / AmazonFACE

Il deficit di pressione del vapore "è ciò a cui le piante stanno realmente rispondendo", afferma McDowell. "È senza dubbio la variabile più importante che sta guidando, a livello globale, una tendenza della mortalità".

L'altro documento di Science, pubblicato a giugno, aggiunge un avvertimento esplicito ai governi e ad altre entità che sperano di combattere il cambiamento climatico attraverso programmi per piantare alberi o ripristinare le foreste. "I rischi legati al clima possono compromettere fondamentalmente i serbatoi di carbonio delle foreste nel 21 ° secolo", scrivono gli autori.

"Se ignorassimo completamente i rischi per le foreste derivanti da questi disturbi causati dal clima", afferma William Anderegg, un biologo dell'Università dello Utah che ha condotto lo studio, "potrebbero più che annullare gli effetti di sequestro del carbonio di una determinata politica".

Tuttavia, nonostante i recenti progressi con i set di dati sulle foreste e gli studi satellitari, gli scienziati hanno scoperto che le loro previsioni sono ostacolate da una carenza di esperimenti che possono mostrare come le foreste del mondo reale reagiranno alle condizioni future. Tali esperimenti sono costosi, dispendiosi in termini di tempo e logisticamente impegnativi, specialmente ai tropici, dove l'umidità e le piogge intense possono danneggiare le attrezzature, così come gli animali. "Tutto sta lavorando contro di te lì", dice Katrin Fleischer, ecologa presso l'Università tecnica di Monaco, in Germania.

Lo sforzo per riscaldare i suoli tropicali illustra le sfide. Andrew Nottingham, un ecologo dell'Università di Edimburgo nel Regno Unito, ha lanciato lo studio di Panama per colmare una grave lacuna nella letteratura scientifica: dozzine di esperimenti sul riscaldamento del suolo nelle foreste temperate e boreali avevano riscontrato perdite di carbonio crescenti, ma circa un terzo di tutte il carbonio del suolo della foresta si trova nei tropici già caldi. Nottingham ha ottenuto il permesso di cablare un pezzo di terreno presso il venerabile Smithsonian Tropical Research Institute, che si trova nella zona del Canale di Panama. Dopo aver raccolto e analizzato due anni di dati, ha scoperto che le emissioni del suolo erano aumentate di oltre la metà, un effetto non previsto dalla teoria. Il suo studio sarà presto pubblicato. "[Climate] ai modelli manca una grande fonte di CO2 sotto il riscaldamento dei suoli tropicali ", dice Nottingham.

Indipendentemente da quanto le foreste di carbonio assorbono in futuro, il mantenimento delle foreste è fondamentale per la stabilizzazione del clima.

Lo studio fuori Sydney è stato uno dei primi esperimenti di fertilizzazione del carbonio condotti ovunque in una foresta matura. Tre anelli di tubi pompavano anidride carbonica mentre altri tre no, servendo da controllo; altre tre aree di controllo non avevano affatto anelli. Per quattro anni, gli scienziati hanno monitorato il carbonio mentre si muoveva attraverso le foglie, i gambi e le radici degli alberi. Circa la metà del carbonio in più è penetrato nel suolo ed è stato respinto nell'atmosfera dai microbi; la maggior parte del resto è stata respirata dagli alberi stessi, in modo simile a come le nostre esalazioni rilasciano CO2. Gli alberi non crescevano più negli appezzamenti sperimentali che in quelli di controllo.

L'esperimento ha prodotto una delle prove più evidenti finora contro un effetto di fertilizzazione del carbonio nelle foreste mature. (Un precedente studio condotto in una foresta decidua matura in Svizzera è arrivato a un risultato simile, ma quell'esperimento ha convogliato l'anidride carbonica solo sui fusti degli alberi, non su un'intera foresta). Un terzo esperimento di arricchimento del carbonio vicino a Birmingham nel Regno Unito è in corso da più di tre anni e aggiungerà dati aggiuntivi.

Tuttavia, anche questi esperimenti non risponderanno a tutte le domande. Le foreste studiate finora sono relativamente monotone – la foresta di Sydney è dominata da una sola specie, l'eucalipto – mentre in alcune foreste tropicali più di 200 specie di alberi possono mescolarsi in un singolo ettaro. Queste foreste sono anche calde e soleggiate tutto l'anno, aumentando i tassi di crescita.

Per questo motivo, un gruppo di ricercatori ha cercato per anni di costruire un esperimento FACE vicino a Manaus, in Brasile, nel cuore dell'Amazzonia, per esaminare come cresceranno foreste tropicali mature e mega-diverse in un futuro ricco di carbonio. Tra le domande importanti c'è quale ruolo svolgono i suoli impoveriti di fosforo – comune nelle foreste tropicali ma non altrove – nella regolazione della crescita delle foreste.

Il ricercatore Andrew Nottingham in un sito di studio sull'isola di Barro Colorado, Panama. L'esperimento ha aumentato la temperatura del suolo di 4 gradi C per imitare le condizioni future e monitorare la produzione di carbonio.
Per gentile concessione di Smithsonian Archives

"Finché non sperimentiamo le foreste in modo sistematico e controllato, non credo che saremo in grado di ridurre l'incertezza", afferma David Lapola, scienziato del clima presso l'Università di Campinas in Brasile, guidando lo sforzo Amazon FACE. I finanziamenti incerti e il regime anti-scientifico del presidente brasiliano Jair Bolsonaro hanno complicato lo sforzo, ma una potenziale partnership tra finanziatori brasiliani e tedeschi, con dettagli ancora da definire, ha dato nuova vita al progetto multimilionario, afferma Lapola. .

In definitiva, le intuizioni provenienti da esperimenti, studi satellitari e reti di appezzamenti forestali confluiscono in modelli del sistema terrestre enormemente complessi che gruppi come l'Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) utilizzano per prevedere i futuri cambiamenti climatici. La generazione di modelli attualmente in corso di valutazione per il prossimo rapporto IPCC, previsto per il prossimo anno, è migliorata notevolmente nel corso di diversi decenni. Ora rappresentano esplicitamente numerosi tipi di foresta e molti includono cicli dinamici dell'azoto e statistiche migliorate sulla mortalità degli alberi.

Come risultato delle incertezze rimanenti, tuttavia, alcuni modelli del sistema terrestre prevedono che nel 2100 gli ecosistemi terrestri potrebbero sequestrare fino a 36,7 miliardi di tonnellate di anidride carbonica all'anno, circa quattro volte di più rispetto a oggi, mentre altri prevedono un rilascio fino a 22 miliardi di tonnellate. Questa vasta gamma di 59 miliardi di tonnellate supera di gran lunga le emissioni globali annuali di oggi da tutte le fonti e potrebbe fare la differenza tra un clima disastroso ma gestibile e una catastrofe globale.

Indipendentemente da quanto le foreste di carbonio assorbiranno in futuro, mantenere le foreste in piedi e in crescita rimane fondamentale per la stabilizzazione del clima, afferma Ellis di The Nature Conservancy, che ha fortemente promosso soluzioni climatiche naturali per immagazzinare carbonio nelle foreste, nei terreni agricoli e in altri ecosistemi. Il suo team ha limitato le sue stime del potenziale di tali soluzioni per il carbonio che ritengono sia ragionevolmente certo che rimarrà bloccato e non ha contato su carbonio aggiuntivo dalla fertilizzazione con CO2. Teme che ulteriori contrasti sui dettagli scientifici possano ritardare l'attuazione di soluzioni comprovate.

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Ma Anderegg dell'Università dello Utah avverte che se le organizzazioni che promuovono soluzioni climatiche naturali non tengono conto meglio dei rischi futuri per le foreste permanenti, i loro sforzi potrebbero finire per fare poco o nulla per combattere il cambiamento climatico.

"Sono diffidente nel fatto che entriamo troppo in fretta senza la migliore scienza per guidare le nostre politiche e le nostre azioni", afferma Anderegg. "Preferirei di gran lunga vederci fare questo bene e un po 'più lentamente, piuttosto che farlo velocemente e farlo male."

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