ecologia - Dipartimento di Scienze Umane per la Formazione

ECOLOGIA:
la scienza dell’Antropocene
ANTROPOCENE
Per la prima volta nella storia della terra una sola
specie biologica, l’uomo è in grado di modificare
radicalmente gli equilibri che regolano la terra:
• modifica il clima (il cambiamento climatico non è un
invenzione);
• altera la chimica dell’atmosfera (i.e. ozono e gas a
effetto serra), delle acque (i.e. eutrofizzazione e
inquinamento), dei suoli (i.e. pesticidi e perdita di
fertilità);
• muove le terre (ogni anno l’uomo muove 30-35
Gigatoni [miliardi di tonnellate] di terra solo per
scavi edili, costruzione di strade e produzione
mineraria mentre i sedimenti erosi dai fiumi sono
pari a 10 Gt annui);
• estingue le specie (27.000 specie estinte all’anno,
circa una ogni venti minuti)
1
Etimologia della parola ecologia
Il termine “Ecologia” è la composizione di due vocaboli
greci:
Οικοσ + λογοσ
Letteralmente significa discorso sulla casa, o
studio sulla casa
Questa etimologia è quasi del tutto
complementare ad un altro termine molto
diffuso:
Economia
Ecologia
Οικοσ + νοµοσ
Οικοσ + λογοσ
Gestione della casa
Discorso sulla casa
2
Definizioni esistenti di ecologia
• Studio della struttura e del funzionamento degli
ecosistemi (Odum, 1971).
• Studio delle interazioni tra gli organismi ed il
loro ambiente (Bullini, Pignatti, Virzo de Santo,
1998).
• Studio
scientifico
delle
interazioni
che
determinano la distribuzione e l’abbondanza
degli organismi (Krebs, 1972).
L’ecologia all’interno delle altre
discipline scientifiche
• “Se per ecologia si intende lo studio scientifico
delle interazioni che determinano la
distribuzione e l’abbondanza degli organismi
bisognerebbe chiedersi che cosa non è ecologia.”
(Krebs, 1972)
3
L’ecologia all’interno delle altre
discipline scientifiche
• Di fatto l’ecologia
richiede l’integrazione
di diverse discipline
Agraria,
scienze
forestali
Medicina
Scienze
biologiche
Ecologia
Scienze
della terra
Fisica
Matematica
Sociologia
Economia
e
statistica
Campi di indagine dell’ecologia
• Ecologia animale, vegetale, microbica e umana.
• Autoecologia: studio delle relazioni tra un dato
organismo (specie o popolazione) e i fattori abiotici
in cui esso vive.
• Sinecologia: studio della maniera in cui organismi
omo- ed etero specifici costituiscono popolazioni e
comunità, di come queste si evolvano nel tempo e
interagiscano
con
le
componenti
abiotiche
dell’ambiente.
• Ecologia di popolazioni: studio dell’adattamento
delle popolazioni all’ambiente.
4
Campi di indagine dell’ecologia
• Ecologia ecosistemica: studio del funzionamento dei
sistemi ecologici (ecosistemi).
• Ecologia comportamentale (eco-etologia): studio del
valore adattativo del comportamento.
• Ecologia di base, teorica e applicata.
Esistono “leggi” in ecologia?
Nella scienza, una “legge” è una formulazione generale
che esprime i risultati dell’evidenza sperimentale. I
fondamenti della fisica e della chimica possono essere
spiegati da leggi esprimibili in modo univoco con
formulazioni matematiche che, salvo eccezioni,
possono essere considerate di validità generale (Legge
di Newton, Legge di Henry, Legge di Boyle, ecc.).
Questo principio è difficilmente applicabile in modo
rigoroso all’ecologia.
“Ecology indeed has few laws, although there are
numerous patterns and rules of thumb.” (Lawton,
1999)
5
Esistono “leggi” in ecologia?
Lawton individua cinque punti che possono essere considerati leggi
di base dell’ecologia:
• 1° e 2° legge della termodinamica;
• le regole della chimica e della fisica secondo le quali la materia
non può essere creata o distrutta (per cui l’alchimia è una
professione morta);
• la legge di Darwin della selezione naturale, come principale
spiegazione dell’evoluzione;
• il set delle leggi fisiche che riguardano la diffusione dei gas e
dei liquidi, le proprietà fisiche e meccaniche di dei tessuti e
degli apparati anatomici ecc., che singolarmente o in
associazione definiscono i limiti delle performance dei singoli
individui;
• l’osservazione (triviale ma da non dimenticare) che gli
organismi interagiscono tra loro e con l’ambiente che li
circonda.
Regole da considerare in ecologia
• L’ecologia è una scienza
• L’ecologia assume un senso solo alla luce
dell’evoluzione
• Nulla accade per il bene delle specie
• I geni e l’ambiente sono entrambi importanti
• Lo studio della complessità richiede dei modelli
• Occorre cautela nell’estrapolare regole generali da
storie locali
• Esistono gerarchie di spiegazioni
• Vi sono diversi vincoli per i vari organismi
• Il caso è importante
• I confini dell’ecologia sono nella mente dell’ecologo
6
L’ecologia è una scienza
L’ecologia è una disciplina scientifica che intende studiare i
fattori che determinano la distribuzione e l’abbondanza degli
organismi. Come in ogni scienza, i risultati degli studi
ecologici non obbediscono ad imperativi politici o etici e non
dovrebbero fornire indicazioni di carattere politico. Ciò non
toglie che alcuni risultati che emergono da uno studio di
carattere ecologico possano spingere a riflessioni politiche e
contribuiscano a indirizzare le scelte degli amministratori
pubblici e le scelte etiche di ogni singola persona. I
movimenti
ambientalisti
hanno
spesso
utilizzato
propriamente e impropriamente il termine “ecologia” con
connotazioni di carattere politico.
La ricerca ecologica va però affrontata con la neutralità che
caratterizza il metodo scientifico.
L’ecologia assume un senso solo
alla luce dell’evoluzione
La diversità degli organismi, la varietà nella loro morfologia, fisiologia,
comportamento sono il risultato di molti milioni di anni di evoluzione.
La storia evolutiva marchia in maniera indelebile ogni singolo
individuo. Ai modelli attuali si può attribuire un significato solo
considerando l’eredità evoluzionistica. Ad esempio se si vuole
considerare per quale motivo lo struzzo, l’emù, il nandù e il kiwi sono
uccelli inetti al volo (condizione senz’altro non comune tra gli uccelli),
è fondamentale sapere che queste quattro specie condividevano un
antenato comune privo di ali, e che le specie si sono formate dopo la
separazione della terra di Gondwana in diversi continenti. Il
tentativo di trovare una differente spiegazione adattativa
all’inattitudine al volo, per ogni singola specie sarebbe fuorviante.
7
Impatto del cambiamento
climatico sui sistemi
ecologici
I cambiamenti climatici fanno parte del cosiddetto
“cambiamento globale”
O3
CO2
NOX
Altri gas a effetto serra
Polveri
Cambiamento globale
Chimica
atmosfera
Clima
Temperatura
Umidità
Copertura di nuvole
Precipitazioni
Eventi estremi (cicloni …)
Uso del suolo
Inverni
ed estati
estreme
Aumento
eventi
estremi
Effetti a tutti i livelli
dello spettro biologico:
individui,
popolazioni,
comunità,
ecosistemi,
paesaggi,
ecoregioni
Distruzione della vegetazione
Conversione dei suoli
Erosione dei suoli
Frammentazione degli habitat
8
Definizione di cambiamento
climatico
A partire dalla
rivoluzione industriale le
emissioni antropiche di
gas ad effetto serra
sono aumentate e stanno
causando alcuni
cambiamenti nelle
dinamiche climatiche
della biosfera.
Anomalie nella temperatura
Gas a effetto serra
• CO2 (Anidride carbonica/Diossido di carbonio) –
Energia fossile, combustione
• Aumenta sensibilmente
• Metano - Ruminanti
• Assorbe più radiazione infrarossa della CO2.
• Clorofluorocarburi (CFC) - Refrigeranti
• Diminuiti negli ultimi anni (tratt. Montreal)
• Protossido di azoto
• Esafluoruro di zolfo
9
E’ corretto parlare di
cambiamenti climatici
e di “effetto serra”?
Per quanto molte dinamiche siano ancora poco comprese la
maggioranza della comunità scientifica concorda nel ritenere che:
1) la temperatura media della terra sia in aumento;
2) le cause di questo aumento vadano ricercate nelle emissioni di gas
ad effetto serra da parte delle attività antropiche;
3) l’aumento della temperatura apporterà profonde modifiche alla
biosfera (sono stati misurati e modellizzati impatti su specie,
comunità, paesaggi ed ecoregioni)
Alcuni dati
360
CO2 (ppm)
350
340
330
320
310
1960
1965
1970
1975
1980
1985
1990
1995
Anno
10
Alcuni dati
Alcuni dati
Variazioni di temperatura (°C) a partire dal 1976
(rispetto alle medie decennali 1961-1991)
[dati da Whalter et al. 2002]
11
Alcuni dati
Variazioni di precipitazioni (%) a partire dal 1976
(rispetto alle medie decennali 1961-1991)
[dati da Whalter et al. 2002]
Il cambiamento climatico
causato dall’uomo
• IPCC stima un aumento della
temperatura nel prossimo secolo di circa
1.4 - 5.8o C
– La differenza di temperatura tra ora e
l’ultima glaciazione è di soli 5o C.
• Ogni anno a partire dal 1990 è stato tra i 15 più
caldi dell’ultimo millennio(fino al 2002).
– Le temperature notturne aumentano più di quelle
diurne.
• Anche le precipitazioni aumentano
12
Fisiologia degli organismi
Modificazioni nei cicli fenologici di piante
e animali:
• Anticipo della fioritura e della comparsa
di gemme in primavera e ritardo della
caduta delle foglie in autunno
13
19-mag
29-apr
09-apr
20-mar
28-feb
08-feb
19-gen
1997
1995
1993
1991
1989
1987
1985
1983
1981
1979
1977
1975
1973
1971
1969
1967
1965
1963
1961
1959
1957
1955
1953
1951
30-dic
Fenologia delle piante: inizio della fioritura dell’anemone
selvatico (Anemone nemorosa) a Ennetbuehl (CH; 900 m slm)
[Dati ricavati da Defila & Clot, 2002]
15-nov
26-ott
06-ott
16-set
27-ago
07-ago
18-lug
1998
1996
1994
1992
1990
1988
1986
1984
1982
1980
1978
1976
1974
1972
1970
1968
1966
1964
1962
1960
1958
1956
1954
1952
28-giu
Fenologia delle piante: inizio della colorazione autunnale del
faggio (Fagus sylvatica) a Wilberg (CH; 650 m slm)
[Dati ricavati da Defila & Clot, 2002]
14
Distribuzione di specie e comunità
15
• Crocothemis eritrea è una specie a distribuzione
mediterranea.
• La specie si ritrova in acque stagnanti di vario
tipo (profonde o poco profonde, di origine
naturale o antropica).
• La larva viene considerata termofila, anche se è
in grado di superare inverni rigidi.
• In Germania è stata documentata con chiarezza
la sua espansione negli ultimi 20 anni
SITUAZIONE ANTECEDENTE AL 1980
Unico
avvistamento
Assenza di
riproduzione
Nessuna
segnalazione
Osservazioni di
individui singoli
Assenza di
riproduzione
Considerata
assente
Piccoli nuclei
riproduttivi
16
Prima segnalazione
nel 1997
SITUAZIONE ATTUALE
Segnalazioni di
individui singoli tra
il 1997 e il 2000.
Siti riproduttivi
vicino a Colonia, a
Dortmund e nella
Westfalia orientale.
Probabilmente
presente
Popolazioni
riproduttive nella
valle del Reno,
vicino a
Francoforte
Popolazioni
riproduttive nella
valle del Reno e nel
Palatinato. In
espansione altrove.
Numerosi
avvistamenti tra il
1992 e il 2000.
Evidenzia una
chiara tendenza a
diffondersi anche
alle quote più
elevate
Popolazioni
riproduttive e in
espansione
Popolazioni sempre
più numerose e
diffuse anche alle
quote più elevate
Altri odonati mediterranei che si
stanno diffondendo in Germania
•
•
•
•
•
•
•
•
Aeshna affinis
Hemianax ephipigger
Anax partenope
Orthetrum brunneum
Sympetrum fonscombei
Sympetrum meridionale
Cercion lindenii
Eryhromma viridulum
Orthetrum brunneum
Aeshna affinis
Cercion lindenii
Sympetrum meridionale
17
Trasformazioni nella comunità di odonati in Westpfalz,
una regione della Renania Palatinato
(D - dati da Ott, 2002)
80
35
70
30
60
% specie
50
20
40
15
30
n° di specie
25
% di specie di origine
mediterranea
% di specie di origine
eurosiberiana
numero di specie
10
20
5
10
0
0
1965
1995
Lepidotteri
• Evidenze nella spostamento a nord, in numerose
parti dell’emisfero
18
Periodo 1955 - 1970 Periodo 1995 - 1999
Espansione in Inghilterra dell'areale
di Thymelicus sylvestris
(dati da Hill et al. 2002)
Thymelicus sylvestris
in Inghilterra
1600
2
(Rad. Quadr. Area - Km )
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
2010
Scioglimento della calotta artica
(effetto a feed-back positivo)
Il riscaldamento globale sembra far ritirare i banchi di
ghiaccio, che oltre ad essere diminuiti del 5% in termine
di superficie rispetto al 1996 hanno anche uno spessore
minore. Il ghiaccio assorbe meno della metà della
radiazione luminosa che lo investe, mentre l’oceano aperto
assorbe circa il 90%. Così man mano che il ghiaccio
diminuisce, gli oceani si scaldano più velocemente,
accelerando l’ulteriore scioglimento dei ghiacci. Se la
calotta ghiacciata continua a sciogliersi si profila una
grave discontinuità: un Mare Artico privo di ghiaccio
(almeno in larga parte) durante l’estate, con l’effetto di
rendere più rapido ancore il riscaldamento degli oceani.
19
Barriera corallina
• La barriera corallina è uno dei sistemi ecologici a
maggior diversità specifica della biosfera: pur
occupando circa il 3% della superficie marina vi si
trova il 50% delle specie di pesci marini
• Vi sono evidenze che i coralli soffrono per il
riscaldamento degli oceani
• Finora l’ambiente sembra essere rimasto assai
costante
sia
nelle
sue
escursioni
termche
giornaliere (+- 0,5 °C), sia nelle tempo (2 °C negli
ultimi 18.000 anni)
Sbiancamento dei coralli
• Lo sbiancamento dei coralli dipende dalla perdita
rapida delle cellule e/o dei pigmenti dele
zooxantelle che popolano i tessuti.
• Questi fenomeni sono correlati positivamente con
aumenti contenuti di temperatura marina.
• Non vi sono dati che testimonino eventi di
sbiancamento di massa prima del 1979
• Dal 1979 ad oggi se ne registrano 6
20
Effetti
• Riduzione fino all’80% delle comunità coralline.
• Il solo anno 1998 ha visto la morte del 10-16% delle
barriere coralline
• I coralli non si adattano al cambiamento climatico
Effetti del “Climate Change”
• Il ghiaccio artico diminuisce di spessore
• Ghiacciai alpini si ritirano
• Le popolazioni animali e vegetali sono
costrette a migrazioni
21
Vincitori e perdenti
• Chi abita a nord aprrezzerà le stagioni più tiepide e il
periodo vegetativo più lungo.
• La crescita delle piante può essere alterata.
• 1/3 della popolazione vive in aree che possono essere
inondate dall’innalzarsi del mare.
• Un maggior livello di evaporazione può causare
tempeste più severe.
– Malattie infettive si diffondono più facilmente.
Trattati internazionali sul
clima
• Protocollo di Kyoto (1997)
– 160 nationi si sono accordate per diminuire
le emissioni di gas a effetto serra del 5%
sotto ai livelli del 1990 entro il 2012.
• Vi sono limiti diversi per i vari paesi.
– I paesi in via di sviluppo (ma anche Cina e India) sono
esentati.
– Gli USA (5% della popolazione, 25% di produzione di
gas a effetto serra) non hanno sottoscritto il trattato
22
10 errori comuni sul climate change
• Il clima cambia nel tempo: quindi ogni cambiamento che vediamo adesso
è solo parte di un ciclo naturale
• Le temperature in alcune zone stanno aumentando, quindi il
riscaldamento globale è un mito
• Gli strati di ghiaccio nell’Antardide stanno crescendo, quindi non è vero
che il riscaldamento globale fa ritirare i ghiacciai
• Gli scienziati non concordano sul fatto che il clima sta cambiando a
causa dell’uomo (spiegazioni alternative: il surriscaldamento registrato
è dovuto all’effetto “isola di calore” delle città e/o il surriscaldamento
globale è dovuto a una meteora)
• Noi non possiamo fare più nulla per il cambiamento del clima. E’ già
troppo tardi
• Molti elementi influiscono sul clima: perché preoccuparsi della CO2 ?
• I costi del protocollo di Kyoto sono eccessivi, meglio coesistere col
cambiamento climatico
• Il surriscaldamento della terra è un’ottima cosa perché non avremo
inverni troppo rigidi e le piante cresceranno più in fretta
• Finchè tutti non hanno sottoscritto il protocollo di Kyoto è inutile agire
• Il climate change è l’allarmismo degli ambientalisti, e Kyoto è la vittoria
delle lobby dell’energia eolica e solare
Il clima cambia nel tempo: quindi ogni
cambiamento che vediamo adesso è solo
parte di un ciclo naturale
TEMPO
23
Il clima cambia nel tempo: quindi ogni
cambiamento che vediamo adesso è solo
parte di un ciclo naturale
Il clima cambia nel tempo: quindi ogni
cambiamento che vediamo adesso è solo
parte di un ciclo naturale
300
280
260
240
220
200
180
650
600
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
24
Il clima cambia nel tempo: quindi ogni
cambiamento che vediamo adesso è solo parte
di un ciclo naturale
Ricostruzioni
del passato
+
Dati attuali
600
Proiezioni massime per il 2050 (600 ppm; modello BAU)
580
560
540
520
500
480
460
440
CO2 (ppm)
420
400
381 ppm (Mauna Loa,
2005)
380
360
340
320
300
280
260
240
220
200
180
650
600
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
Anni (migliaia)
25
Gli scienziati non concordano sul
fatto che il clima sta cambiando a
causa dell’uomo
• Esiste una campagna di
disinformazione
1000
60%
53%
900
800
700
50%
40%
600
500
30%
400
n° articoli selezionati
percentuale in disaccordo
20%
300
200
10%
0%
100
0
0%
Giornali scientifici (10% degli articoli) 4 principali quotidiani USA (100% degli
articoli)
I costi del protocollo di Kyoto sono
eccessivi, meglio coesistere col
cambiamento climatico
• “Kyoto costa troppo, meglio spendere quei soldi per la cura
dell’AIDS e/o la fame nel mondo e coesistere con il
climate change” (Crichton …)
• In queste affermazioni nessuno considera il costo della non
azione.
25
20
% PIL Mondiale
•Stern review
Non agire
sull’arco di 50
anni costerà
molto di più
che agire
subito
15
10
5
0
Azione immediata
Non fare nulla
26
Uso più
efficiente
dell’elettricità ...
Che cosa si può fare?
Efficienza
totale...
3
Efficienza delle
automobili...
Gigatons di emissioni di carbone
2,5
Efficienza del
sistema dei
trasporti...
Energie
rinnovabili già
esistenti
2
1,5
1
Stoccaggio di C
prodotto da
centrali e industrie
0,5
0
1970
1990
2010
2030
2050
27