Che gli alberi possano crescere così alti è un piccolo miracolo che ancora oggi non siamo sicuri di aver capito del tutto. La teoria generalmente accettata su come l'acqua può essere pompata a tali altezze è chiamata "teoria della coesione-tensione" [8]. In breve, l'acqua si comporta, entro certi limiti, come un solido nella parte viva di un tronco d'albero, lo “ xilema". I condotti non contengono aria e l'acqua viene tirata su da un meccanismo che coinvolge ogni molecola per tirare tutte le molecole vicine. La storia è complicata e non si sa tutto al riguardo. Il punto è che gli alberi riescono a pompare acqua ad altezze fino a circa 100 metri e anche di più. C'è un albero di sequoia (Sequoia sempervirens), in California, che raggiunge un'altezza di 380 piedi (116 m). È un albero così eccezionale, che ha un nome specifico "Hyperion".
Gli alberi potrebbero crescere ancora più in alto? Apparentemente no, almeno non su questo pianeta. Non siamo sicuri di quale sia il principale fattore limitante. È possibile che il meccanismo di pompaggio che porta l'acqua alle foglie smetta di funzionare oltre una certa altezza. Oppure potrebbe essere il problema opposto: il floema non riesce a trasportare i carboidrati fino alle radici. O, forse, ci sono limiti meccanici alle dimensioni del tronco che possono sostenere una chioma abbastanza grande da nutrire l'intero albero.
Tuttavia, alcune opere di narrativa immaginano alberi così enormi che gli esseri umani possono costruire intere città all'interno o attorno al tronco. Il primo potrebbe essere stato Edgar Rice Burroughs, noto per i suoi romanzi di Tarzan
. In una serie ambientata sul pianeta Venere, nel 1932, immaginò alberi così grandi che un'intera civiltà si era rifugiata in essi. Solo un paio d'anni dopo, Alex Raymond ha creato il personaggio del principe Barin di Arboria per la sua serie " Flash Gordon ". Arboria, come dice il nome, è una regione boscosa e, ancora una volta, gli alberi sono così grandi che le persone possono viverci dentro. Più recentemente, possiamo ricordare i giganteschi "hometree" dei Na'vi del pianeta Pandora nel film "Avatar" (2009). Nel mondo reale, alcune persone costruiscono le loro case sugli alberi - sembra essere popolare in California. Questi alloggi devono essere angusti, per non parlare dei problemi con la stabilità statica dell'intero aggeggio. Ma, a quanto pare, una parte della nostra sfera fantastica sogna ancora i tempi in cui i nostri remoti antenati vivevano sugli alberi. Ma perché gli alberi fanno un tale sforzo per diventare alti? Se l'idea è quella di raccogliere la luce solare, che è l'attività in cui sono impegnate tutte le piante, ce n'è tanta a livello del suolo quanta ce n'è a 100 metri di altezza. Richard Dawkins era perplesso su questo punto nel suo libro " The Greatest Show on Earth " (2009), dove ha detto:“Guarda un unico albero alto che si erge fiero in mezzo a un'area aperta. Perché è così alto? Non per non essere più vicino al sole! Quel lungo tronco poteva essere accorciato fino a che la chioma dell'albero non fosse sparpagliata sul terreno, senza alcuna perdita di fotoni e un enorme risparmio sui costi. Allora perché spendere tutta quella energia per spingere la chioma dell'albero verso il cielo? La risposta ci sfugge finché non ci rendiamo conto che l'habitat naturale di un tale albero è una foresta. Gli alberi sono alti per superare gli alberi rivali - della stessa specie e di altre specie. ... Un esempio familiare è un accordo suggerito per sedersi, piuttosto che stare in piedi, quando si guarda uno spettacolo come una corsa di cavalli. Se tutti si sedessero, le persone alte avrebbero comunque una visuale migliore rispetto alle persone basse, proprio come farebbero se tutti si alzassero, ma con il vantaggio che stare seduti è più comodo per tutti. I problemi iniziano quando una persona bassa seduta dietro una persona alta sta in piedi, per avere una visuale migliore. Immediatamente, la persona seduta dietro di lui si alza, in modo da vedere qualcosa. Un'ondata di persone che si alzano percorre la platea, finché tutti sono in piedi. Alla fine, tutti stanno peggio di come sarebbero se fossero rimasti tutti seduti".
Dawkins è un pensatore acuto, ma a volte prende la strada sbagliata. Qui ragiona come un primate, in realtà un primate maschio (non sorprende, perché è quello che è). L'idea che gli alberi “ competono con alberi rivali – della stessa specie e di altre specie" semplicemente non funziona. Gli alberi possono essere maschi e femmine, anche se in modi che i primati troverebbero strani, ad esempio con organi maschili e femminili sulla stessa pianta. Ma gli alberi maschi non combattono per gli alberi femminili, come fanno i primati maschi con i primati femmine. Un albero non avrebbe alcun vantaggio nell'uccidere i suoi vicini oscurandoli - ciò non fornirebbe a "lui" o "lei" più cibo o più partner sessuali. Uccidere i vicini forse permetterebbe a un albero di di diventare un po' più grande, ma, in cambio, sarebbe più esposto alle raffiche di vento che potrebbero farlo cadere. Nel mondo reale, gli alberi si proteggono a vicenda rimanendo uniti ed evitando il pieno impatto delle raffiche di vento.
Non sempre funziona e se il vento riesce a far cadere alcuni alberi, potrebbe verificarsi un effetto domino e un'intera foresta potrebbe essere abbattuta. Nel 2018, circa 14 milioni di alberi sono stati distrutti nel Nord Italia da forti tempeste. Il disastro è stato probabilmente il risultato di più di una singola causa: il riscaldamento globale ha creato venti di una forza sconosciuta in passato. Ma è anche vero che la maggior parte dei boschi distrutti erano monocolture di abete rosso, piantagioni destinate alla produzione del legno. Nel mondo naturale, le foreste non sono fatte di alberi identici, distanziati l'uno dall'altro come soldati in parata. Sono un mix di specie diverse, alcune più alte, altre meno alte. L'interazione tra le diverse specie di alberi dipende da una serie di fattori differenti e vi è evidenza di complementarità tra le diverse specie di alberi in una foresta mista [9], [10]. La disponibilità di luce solare diretta non è l'unico parametro che influenza la crescita degli alberi e le chiome miste sembrano adattarsi meglio alle condizioni variabili.
Come ulteriore vantaggio dell'essere alto, una fitta chioma che si erge in alto protegge il terreno dai raggi solari ed evita l'evaporazione dell'umidità dal suolo, conservando l'acqua per gli alberi. Quando il sole rende la chioma più calda del suolo, il risultato è che l'aria diventa più calda più in alto, tecnicamente si parla di "lapse rate negativo" [11]. Poiché l'aria fredda è al di sotto dell'aria calda, la convezione è molto ridotta, l'aria rimane ferma e l'acqua rimane nel terreno. Se non vi è del tutto chiaro, provate questo esperimento: in una giornata calda, se possibile torrida, mettitevi al sole mentre indossate un cappello invernale di lana spessa per diversi minuti. Poi indossate un sombrero. Confrontate gli effetti.
Quindi, vedete che avere una chioma ben separata dal suolo è un altro effetto collettivo generato dagli alberi che formano una foresta. Non aiuta molto i singoli alberi, ma aiuta la foresta a conservare l'acqua generando qualcosa che potremmo chiamare un "olobionte delle ombre". Ogni albero aiuta gli altri ombreggiando una frazione del terreno, sotto. E questo crea, per inciso, l'"effetto cattedrale" che sperimentiamo quando camminiamo attraverso una foresta. Ancora una volta, vediamo che questo punto è sfuggito a Dawkins quando ha detto che " Quel lungo tronco potrebbe essere accorciato fino a quando la chioma dell'albero non è stata appoggiata al terreno , senza perdita di fotoni ed enormi risparmi sui costi". Un'altra conferma di quanto sia difficile per i primati pensare come gli alberi.
Ciò non significa che gli alberi non competano con altri alberi o altri tipi di piante. Lo fanno, certamente. È tipico di una foresta soprattutto dopo che un'area è stata danneggiata, ad esempio da un incendio. In quella zona, vedi prima crescere le piante che crescono più velocemente, tipicamente erbe. Quindi, vengono sostituiti da arbusti e infine da alberi. Il meccanismo è generato dall'ombreggiatura delle specie più basse creata da quelle più alte. È un processo chiamato "ricolonizzazione" che può richiedere decenni, o addirittura secoli, prima che la zona bruciata diventi indistinguibile dal resto della foresta.
Questi sono processi dinamici: gli incendi sono parte integrante dell'ecosistema, non dei disastri. Alcuni alberi, come gli eucalipti australiani e le palme africane, sembrano essersi evoluti con lo scopo specifico di bruciare il più velocemente possibile e diffondere fiamme e scintille intorno. Avete notato come le palme siano "pelose"? Sono progettate in modo tale da prendere fuoco facilmente. Tanto che può essere pericoloso potare una palma usando una motosega mentre ci si arrampica. Una scintilla del motore può dare fuoco ai filamenti di legno secco e ciò può essere molto dannoso per la persona legata al tronco. Non è che le palme abbiano sviluppato questa caratteristica per difendersi dalle scimmie armate di motosega, ma sono piante a crescita rapida che possono trarre vantaggio dal modo in cui un fuoco ripulisce una fetta di terreno, permettendo loro di ricolonizzarlo più velocemente di altre specie. Notate come le palme si comportano come kamikaze: singole piante si sacrificano per la sopravvivenza del loro seme. È un'altra caratteristica degli olobionti. Alcuni primati fanno lo stesso, ma è raro.
Altri tipi di alberi adottano l'approccio opposto. Ottimizzano le loro possibilità di sopravvivenza quando sono esposti al fuoco per mezzo della loro spessa corteccia. Il pino giallo ( Pinus ponderosa) è un esempio di pianta che adotta questa strategia. Poi ci sono altri trucchi: vi siete mai chiesti perché alcune pigne sono così appiccicose e resinose? L'idea è che la resina incolla il cono su un ramo o sulla corteccia dell'albero e mantiene i semi all'interno. Se un fuoco brucia l'albero, la resina si scioglie e i semi all'interno vengono lasciati liberi di germogliare. Ulteriori prove che gli incendi non sono un difetto ma una caratteristica del sistema.
Alla fine, una foresta, come abbiamo visto, è un tipico olobionte. Gli olobionti non si evolvono attraverso la lotta per la sopravvivenza che alcune interpretazioni della teoria di Darwin avevano immaginato essere la regola nell'ecosistema. Gli olobionti possono essere spietati quando è necessario eliminare gli inadatti, ma mirano a una convivenza amichevole delle creature che sono fanno quello che devono fare.
La caratteristica di "olobionti" delle foreste è meglio evidenziata dal concetto di "pompa biotica", un esempio di come gli organismi traggano beneficio dall'olobionte di cui fanno parte senza la necessità di gerarchie e pianificazione.
Il concetto di pompa biotica [11] è stato proposto da Viktor Gorshkov, Anastasia Makarieva e altri, come parte del più ampio concetto di regolazione biotica [12]. È una sintesi profonda di come funziona l'ecosfera: ne sottolinea il potere regolatore che impedisce all'ecosistema di allontanarsi dalle condizioni che rendono possibile l'esistenza della vita biologica. Da questo lavoro nasce l'idea che lo squilibrio ecosistemico che chiamiamo "cambiamento climatico" sia causato solo in parte dalle emissioni di CO2. Un altro fattore importante è la deforestazione in corso.
Questa è, ovviamente, una posizione controversa. L'opinione generale tra i climatologi occidentali è che la coltivazione di una foresta abbia un effetto rinfrescante perché rimuove un po' di CO2 dall'atmosfera. Ma, una volta che una foresta ha raggiunto il suo stato stabile, ha un effetto riscaldante sul clima terrestre perché la sua albedo (la luce riflessa nello spazio) è inferiore a quella del suolo nudo. Ma esistono studi [13] che mostrano come le foreste raffreddano la Terra non solo sequestrando il carbonio sotto forma di biomassa ma anche a causa di un effetto biofisico legato all'evapotraspirazione. L'acqua evapora a bassa quota dalle foglie, provocando il raffreddamento. Restituisce il calore quando condensa sotto forma di nuvole, ma le emissioni di calore ad alta quota si disperdono più facilmente verso lo spazio perché il principale gas serra, l'acqua, esiste in concentrazioni molto piccole. Può essere un effetto minore rispetto a quello dell'albedo, ma è un punto non molto ben quantificato.
Il concetto di pompa biotica afferma che le foreste agiscono come "sistemi di pompaggio planetari", trasportando l'acqua dall'atmosfera sopra gli oceani fino a migliaia di chilometri nell'entroterra. È il meccanismo che genera i “fiumi atmosferici” che forniscono acqua a terre lontane dai mari [14]. Il meccanismo della pompa biotica dipende da fattori quantitativi ancora poco conosciuti. Ma sembra che l'acqua traspirata dagli alberi si condensi sopra la volta della foresta e il passaggio di fase da gas a liquido generi una caduta di pressione. Questa caduta aspira l'aria dall'ambiente circostante, fino all'aria umida sopra il mare. Questo meccanismo è ciò che consente alle aree interne dei continenti di ricevere pioggia sufficiente per essere ricoperta di foreste. Non funziona ovunque, in Nord Africa, per esempio, non ci sono foreste che portano l'acqua nell'entroterra, e il risultato è la regione desertica che chiamiamo Sahara. Ma la pompa biotica opera in Eurasia settentrionale, Africa centrale, India, Indonesia, Sud e Nord America.
Il concetto di pompa biotica è un esempio particolarmente chiaro di come operano gli olobionti. I singoli alberi non fanno evaporare l'acqua nell'aria perché in qualche modo "sanno" che questa evaporazione andrà a beneficio degli altri alberi. Lo fanno perché hanno bisogno di generare la differenza di pressione di cui hanno bisogno per estrarre acqua e sostanze nutritive dalle loro radici. In un certo senso l'evapotraspirazione è un processo inefficiente perché, dal punto di vista di un singolo albero, molta acqua (forse più del 95%) viene "sprecata" sotto forma di vapore acqueo e non utilizzata per la fotosintesi. Ma, dal punto di vista di un bosco, l'inefficienza dei singoli alberi è ciò che genera quella spinta di umidità del mare che permette alla foresta di sopravvivere. Senza la pompa biotica, la foresta finirebbe rapidamente l'acqua e morirebbe.
Notate un'altra caratteristica olobiontica degli alberi nelle foreste: immagazzinano pochissima acqua, individualmente. Si basano quasi totalmente sull'effetto collettivo del pompaggio biotico per l'acqua di cui hanno bisogno: questo perché sono buoni olobionti! Non tutti gli alberi sono strutturati in questo modo. Un esempio diverso è il baobab africano, che ha un tipico tronco a botte, dove immagazzina l'acqua più o meno allo stesso modo delle piante succulente (cactus). Ma i baobab sono alberi solitari,
Per inciso, l'evapotraspirazione è uno dei pochi punti che gli alberi hanno in comune con i primati chiamati "homo sapiens". Anche i sapiens "evapotranspirano" molta acqua dalla loro pelle - si chiama "sudorazione". Ma il metabolismo dei primati è completamente diverso: gli alberi sono eterotermici, cioè la loro temperatura segue quella del loro ambiente. I primati, invece, sono omeotermici e controllano la loro temperatura con vari meccanismi, tra cui la sudorazione. Ma questo non crea una pompa biotica!
Il concetto di "pompa biotica" generato dall'olobionte forestale è cruciale quello correlato di "regolazione biotica", [12] l'idea che l'intero ecosistema sia strettamente regolato dagli organismi che lo abitano. La selezione naturale ha funzionato a livello di olobionte per favorire quelle foreste che funzionavano in modo più efficiente come pompe biotiche. Piante diverse dagli alberi, e anche animali, beneficiano dei fiumi d'acqua generati dalla foresta anche se potrebbero non evotraspirare nulla. Sono altri elementi dell'olobionte forestale, un'entità incredibilmente complessa dove non necessariamente tutto è ottimizzato, ma dove, nel complesso, le cose si muovono in concerto.
È una storia che noi scimmie abbiamo difficoltà a capire: con la massima buona volontà, è difficile per noi pensare come alberi. Probabilmente, è vero anche il contrario e il comportamento delle scimmie deve essere difficile da capire per la rete cerebrale del sistema di radici degli alberi della foresta. Non importa, siamo tutti olobionti e parte dello stesso olobionte. Alla fine, il grande olobionte terrestre che chiamiamo "foreste" si fonde nel più vasto ecosistema planetario che include tutti i biomi, dal mare alla terraferma. Sono i grandi olobionti che chiamiamo "Gaia".
Riferimenti
[
[1] S. W. Simard, D. A. Perry, M. D. Jones, D. D. Myrold, D. M. Durall, and R. Molina, “Net transfer of carbon between ectomycorrhizal tree species in the field,” Nature, vol. 388, no. 6642, pp. 579–582, Aug. 1997, doi: 10.1038/41557.
[2] T. Browne, “Hydriotaphia,” in Sir Thomas Browne’s works, volume 3 (1835), S. Wilkin, Ed. W. Pickering, 1835.
[3] Shilong Piao et al., “Characteristics, drivers and feedbacks of global greening,” | Nature Reviews Earth & Environment, vol. 1, pp. 14–27.
[4] D. Reay, Nitrogen and Climate Change: An Explosive Story. Palgrave Macmillan UK, 2015. doi: 10.1057/9781137286963.
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[6] S. Hoffman, “Ape Fracture Patterns Show Higher Incidence in More Arboreal Species,” Discussions, vol. 8, no. 2, 2012, Accessed: Jun. 26, 2021. [Online]. Available: http://www.inquiriesjournal.com/articles/799/ape-fracture-patterns-show-higher-incidence-in-more-arboreal-species
[7] C. Bulstrode, J. King, and B. Roper, “What happens to wild animals with broken bones?,” Lancet, vol. 1, no. 8471, pp. 29–31, Jan. 1986, doi: 10.1016/s0140-6736(86)91905-7.
[8] Pi. Cruiziat, “Plant Physiology and Development, Sixth Edition,” in Plant Physiology and Development, Oxfprd University Press, 2006. Accessed: Jun. 24, 2021. [Online]. Available: http://6e.plantphys.net/essay04.03.html
[9] L. J. Williams, A. Paquette, J. Cavender-Bares, C. Messier, and P. B. Reich, “Spatial complementarity in tree crowns explains overyielding in species mixtures,” Nat Ecol Evol, vol. 1, no. 4, pp. 1–7, Mar. 2017, doi: 10.1038/s41559-016-0063.
[10] S. Kothari, R. A. Montgomery, and J. Cavender-Bares, “Physiological responses to light explain competition and facilitation in a tree diversity experiment,” Journal of Ecology, vol. 109, no. 5, pp. 2000–2018, 2021, doi: 10.1111/1365-2745.13637.
[11] Gorshkov, V.G and Makarieva, A.M., “Biotic pump of atmospheric moisture as driver of the hydrological cycle on land,” Hydrology and Earth System Sciences Discussions, vol. 3, pp. 2621–2673, 2006.
[12] V. G. Gorshkov, A. Mikhaĭlovna. Makarʹeva, and V. V. Gorshkov, Biotic regulation of the environment : key issue of global change. Springer-Verlag, 2000. Accessed: Sep. 24, 2017. [Online]. Available: http://www.springer.com/it/book/9781852331818
[13] R. Alkama and A. Cescatti, “Biophysical climate impacts of recent changes in global forest cover,” Science, vol. 351, no. 6273, pp. 600–604, Feb. 2016, doi: 10.1126/science.aac8083.
[14] F. Pearce, “A controversial Russian theory claims forests don’t just make rain—they make wind,” Science | AAAS, Jun. 18, 2020. https://www.sciencemag.org/news/2020/06/controversial-russian-theory-claims-forests-don-t-just-make-rain-they-make-wind (accessed Jun. 25, 2021).
Qui "locale" (linea rossa) significa l'effetto che tutti conosciamo: quando le piante cessano di esistere, la superficie LOCALMENTE si riscalda, anche se riflette di più (es. una foresta in un deserto) (nota di UB: questo è perché scompare l'effetto raffreddante locale della traspirazione). Tuttavia, come ho detto nel mio post originale, ci sono anche effetti non locali: poiché il pianeta cattura meno energia a causa di una superficie più riflettete durante la deforestazione, si raffredda. Questo effetto NON è evidente a livello locale, perché localmente viene superato dal riscaldamento causato dalla perdita di traspirazione.
Ma a livello globale l'effetto diventa pronunciato. Quindi, secondo la Figura 2b, nei modelli globali l'effetto netto dell'illuminazione del pianeta dovuto alla perdita della copertura vegetale è MAGGIORE di qualsiasi traspirazione di raffreddamento possa indurre.
La barra grigia nella Figura 2b è il riscaldamento dovuto alle emissioni di carbonio indotte dalla deforestazione. Quindi questa immagine dice essenzialmente che (quasi) tutta l'influenza della vegetazione sul clima è dovuta all'emissione/cattura di carbonio. Il raffreddamento della traspirazione è negato dal riscaldamento correlato all'albedo.
Tenete presente che dire che i GCM NON tengono conto del raffreddamento della traspirazione non è corretto e minerà la credibilità di chi lo sta dicendo. Gli scienziati SONO molto preoccupati per la valutazione di questo effetto. Ciò che è possibile sostenere è che i modelli potrebbero tenere conto di questo effetto IN MODO ERRATO. Ma per argomentare questo, bisogna avere almeno alcune prove indipendenti.
Ora, date un'occhiata alla Figura 2c. È la più interessante. Mostra separatamente come (la simulazione indica che) il pianeta si è RAFFREDDATO (di quasi 1 grado K) dopo che la vegetazione primaria è stata distrutta e la superficie del pianeta è diventata più luminosa. Questo calcolo basato sull'albedo è molto semplice e quindi robusto.
Quindi, il fatto che l'effetto netto sia molto più piccolo, circa -0,05 K, significa che nei GCM il raffreddamento della traspirazione GLOBALE, in primo luogo, esiste e, in secondo luogo, è molto sostanziale.
La perdita di raffreddamento della traspirazione ha portato a un riscaldamento di circa 1 grado. Nella mia nota originale, ho discusso di come non sia possibile su basi qualitative dire se la traspirazione raffredderà o riscalderà globalmente la Terra.
Ora arriva la domanda principale. Albedo e traspirazione sono grandezze fisiche indipendenti. Com'è possibile che questi effetti indipendenti negli attuali GCM si compensino a vicenda in modo così preciso, in modo tale che l'effetto netto sia più di un ordine di grandezza inferiore a entrambi i due?
È una domanda molto importante, perché influenza la nostra comprensione dei cambiamenti storici della copertura del suolo sul clima. Dato che il processo di traspirazione ha molte incognite(**) e quindi fortemente parametrizzato, la mia ipotesi è che il principale vincolo che ne regola la parametrizzazione (quando i modelli erano sintonizzati sui cambiamenti storici) fosse proprio quello di compensare ampiamente l'influenza reciproca di albedo e traspirazione tale che il segnale climatico potrebbe essere attribuito alla sola CO2.
Se è così, significa che il raffreddamento della traspirazione è l'ELEFANTE sotto mentite spoglie che viene mascherato nei GCM dalle parametrizzazioni. Ciò significa che, a condizione che vi sia la volontà politica (e quindi i finanziamenti), i modelli possono essere riparametrizzati in modo relativamente semplice per informarci che QUASI tutto il riscaldamento osservato è dovuto alla perdita del raffreddamento della traspirazione. Le incertezze possono facilmente accogliere una tale opportunità.
(**) Per darvi solo un esempio di quanto sia scarsamente nota la traspirazione, posso rimandarvi a questo lavoro (Teulling 2018 https://doi.org/10.2136/vzj2017.01.0031) che discute il seguente enigma: le foreste traspirano più delle erbe? Anche le osservazioni raccontano storie diverse.