giovedì 6 luglio 2023

Il nostro futuro fotovoltaico: le rivoluzioni metaboliche della storia della Terra.



Illustrazione tratta da un articolo di Olivia Judson su " Nature Ecology & Evolution (2017)  "The Energy Expansions of Evolution". 

Questo è un post che ho pubblicato su " Cassandra's Legacy " nel 2017. Penso abbia anticipato lo spirito del nuovo blog " The Sunflower Paradigm ", quindi vale la pena ripubblicarlo qui con alcune modifiche. 


Olivia Judson ha pubblicato un interessante articolo su " Nature Ecology & Evolution ". È una cavalcata lungo 4 miliardi di anni di storia della Terra, vista in termini di cinque "rivoluzioni metaboliche". Cioè, il sistema complesso che è l'ecosistema terrestre (il grande olobionte ) si è evoluto sfruttando e dissipando potenziali sempre più alti.

È un approccio che va in parallelo con un articolo che ho scritto qualche anno fa su BERQ; anche se mi sono concentrato sul futuro piuttosto che sul passato. Ma il mio articolo era più o meno sulla stessa linea, osservando come alcune delle principali discontinuità nella documentazione geologica della Terra siano causate da cambiamenti metabolici. Cioè, la Terra cambia man mano che la vita che la abita "impara" a sfruttare i potenziali gradienti offerti dall'ambiente: energia geochimica all'inizio e, successivamente, energia solare.

Visto in questi termini, il sistema Terra è una gigantesca reazione autocatalitica che si è innescata circa quattro miliardi di anni fa quando il pianeta è diventato abbastanza freddo da avere acqua liquida sulla sua superficie. Da allora, ha visto un'esplosione al rallentatore che è andata sempre più veloce per miliardi di anni, fino a inghiottire letteralmente l'intero pianeta, inviando propaggini ad altri pianeti del sistema solare e anche al di fuori di esso.

Partendo dalla debole energia geochimica nelle profondità degli oceani, l'ecosistema si è spostato in superficie per utilizzare la luce molto più energetica del sole. Ha intensificato la sua capacità di elaborare la luce solare sviluppando un metabolismo alimentato dall'ossigeno, quindi si è trasferito sulla superficie terrestre sotto forma di organismi complessi. Circa 500 milioni di anni fa apparve il fuoco, sebbene giocasse solo un ruolo marginale nella macchina metabolica dell'ecosistema. Solo nelle ultime decine di migliaia di anni, una specie, gli esseri umani, è riuscita a utilizzare il fuoco per integrare il proprio processo energetico metabolico.

Judson identifica correttamente la capacità di controllare il fuoco come l'ultima caratteristica di questa esplosione in corso. Il fuoco è un'abilità caratteristica degli esseri umani e si può sostenere che sia la caratteristica distintiva dell'ultima suddivisione temporale della storia del pianeta: l'Antropocene.

Judson si ferma al fuoco, definendolo "una fonte di energia" e proponendo che "La tecnologia del fuoco può anche, forse, segnare un punto di svolta per il Sistema Solare e oltre. I veicoli spaziali dalla Terra possono, intenzionalmente o meno, portare la vita terrestre a altri oggetti celesti." Qui, penso che l'articolo vada un po' fuori strada. Definire il fuoco una "fonte" di energia non è sbagliato, ma occorre distinguere se per fuoco si intende la combustione del legno, di cui l'uomo fa uso da più di un milione di anni, o la combustione di idrocarburi fossili, utilizzati solo durante la ultimi secoli. C'è una grande differenza: i fuochi di legna non potrebbero mai portare gli umani a contemplare l'idea di espandersi oltre i loro confini planetari. Ma l'energia fossile potrebbe alimentare questa espansione al massimo per qualche secolo, e questo grande incendio è già in via di esaurimento. Se l'Antropocene deve basarsi sui combustibili fossili, è destinato a svanire piuttosto rapidamente .

Questo significa che abbiamo raggiunto l'apice del grande ciclo metabolico del pianeta Terra? Non necessariamente così. Judson sembra non notare nel suo articolo che la prossima rivoluzione metabolica è già iniziata: si chiama conversione fotovoltaica, ed è un modo per trasformare l'energia solare in un potenziale elettrico unito alla capacità di controllare il moto degli elettroni nei conduttori a stato solido . È un grande passo oltre il fuoco e le macchine termiche (*). È, in ogni caso, una nuova forma di metabolismo (**). Sta generando una nuova ecologia di forme di vita basate sul silicio, come ho discusso in un post precedente che ho intitolato "Cinque miliardi di anni di energia fotovoltaica".





Quindi, stiamo vivendo in tempi interessanti, qualcosa che potremmo prendere come una maledizione. Ma non è una scelta quella che stiamo affrontando: stiamo entrando in una nuova era, non necessariamente una buona cosa per l'uomo, ma molto probabilmente un cambiamento inevitabile; che ci piaccia o meno può avere poca importanza. Si tratta di una nuova discontinuità nella storia lunga miliardi di anni del pianeta Terra che porterà ad una maggiore capacità di catturare e dissipare l'energia proveniente dal sole.

La grande reazione chimica sta ancora divampando, e la sua espansione ci porterà da qualche parte molto lontano, anche se, al momento, non possiamo dire dove. Una nuova forma di vita è appena apparsa nell'ecosistema terrestre: si chiama "cella fotovoltaica". Dove ci porterà, o qualunque cosa verrà dopo di noi, è impossibile dirlo, ma potrebbe portarci in regni che, in questo momento, non possiamo nemmeno immaginare.



(*) Gli ebrei discutono da circa un secolo se l'elettricità debba essere considerata una forma di fuoco e quindi proibita durante il sabato . È sicuramente una discussione teologica interessante, ma per quello che posso dire (la teologia non è il mio campo), il fuoco (un plasma caldo acceso nell'aria) non è la stessa cosa dell'elettricità (movimento controllato di elettroni nei solidi)

(**) I sostenitori dell'energia nucleare potrebbero obiettare che la prossima rivoluzione metabolica dovrebbe essere vista come la produzione di energia dalla fissione o fusione nucleare. Il problema è che le risorse di materiale fissile nell'intero sistema solare sono piccole e difficilmente potrebbero alimentare una vera nuova epoca geologica. Per quanto riguarda la fusione, non abbiamo trovato una tecnologia in grado di controllarla in modo tale da renderla una fonte di energia terrestre, e può benissimo essere che tale tecnologia non esista. Ma la fusione funziona molto bene se ci limitiamo a raccogliere l'energia che ci arriva dal sole, quindi perché preoccuparsi?