La belle verte » La Gaia scienza (seconda parte)
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Ott
24
2012

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La Gaia scienza (seconda parte)

 

[…segue]

 

James Lovelock concentra l’attenzione sul concetto che sul pianeta Terra le condizioni chimico-fisiche rimangono tali da consentire la presenza della vita proprio grazie alla vita stessa. Avviene quindi un processo di autoregolazione (omeostasi) che si svolge mediante processi di feedback, ossia di retroazione, svolto in maniera spontanea dal biota (gli esseri viventi di un’area). Dunque, si tratta di un processo che considera l’aspetto evoluzionistico dell’intero. La retroazione è la capacità dei sistemi dinamici, dove dinamico indica che evolve nel tempo, di modificare le proprie caratteristiche in base ai risultati espressi dal sistema. A tale proposito, è importante sottolineare il concetto di sistema fisico, esso è un essere che risponde ad un ingresso mediante un’uscita. Nella Teoria di Gaia, riprendendo tale concetto, è chiaramente espresso che anche in natura avviene il processo di retroazione, al quale in tal caso si preferisce accordare il nome di feedback.

Un sistema in natura, quindi anche il sistema di Gaia, modifica le proprie caratteristiche in relazione agli effetti scaturiti dalle modifiche stesse. Ad esempio, un organismo vivente, ma allo stesso modo la biosfera, ha dei parametri caratteristici che vengono tenuti sotto controllo. Questi parametri devono mantenersi all’interno di una gamma di valori ben determinata al fine di garantire il benessere dell’organismo stesso. Nei sistemi biologici sono possibili due tipi di retroazione: la retroazione positiva e la retroazione negativa. La retroazione positiva tende ad accelerare un processo, quella negativa tende a rallentarlo. Quindi, in termini di feedback, quello negativo tende a mantenere la stabilità di un sistema, contrastando i cambiamenti dell’ambiente esterno, mentre quello positivo tende a modificare le condizioni del sistema per portarlo in un nuovo stato di equilibrio. Nella Teoria di Gaia la vita e la parte inanimata del pianeta, insieme, attraverso molti anelli di retroazione stabilizzano la Terra a condizioni fisico-chimiche tali da consentire la presenza della vita. Quindi, nonostante le variazioni dell’ambiente esterno gli organismi viventi e, più in generale, Gaia, mantengono costante il loro ambiente interno grazie, appunto, ai meccanismi di retroazione messi in atto dal sistema nervoso, ormonale e dal complesso sistema di flussi e cicli del pianeta. Il fisiologo americano Walter B. Cannon ebbe a dire: “I processi fisiologici coordinati che mantengono gran parte dello stato stazionario dell’organismo sono così complessi e peculiari delle creature viventi, coinvolgendone, all’occorrenza, cervello e nervi, cuore, polmoni, reni e milza, i quali lavorano insieme armoniosamente, che ho suggerito uno speciale termine per questi stati: omeostasi”.

Sulla Terra prevalgono meccanismi di retroazione negativa, ossia strategie messe a punto per contrastare o ridurre lo spostamento in una determinata direzione. I meccanismi di retroazione positiva, tipici dei sistemi instabili, ma presenti comunque anche su Gaia, invece, determinano un ulteriore incremento del processo già in atto. Un esempio di retroazione negativa preso dalla vita quotidiana è, senz’altro, il funzionamento del ferro da stiro che, grazie ad una lametta bimetallica che funge da sensore, a seconda del caldo o del freddo, chiude o apre il circuito mantenendo la temperatura intorno ad un valore prefissato. Un esempio relativo all’Ipotesi di Gaia riguarda il comportamento di un gas tipico della nostra atmosfera: l’anidride carbonica. Il suo aumento nell’atmosfera provoca un aumento di temperatura in conseguenza dell’effetto serra, ma un aumento di temperatura provoca una diminuzione di anidride carbonica. Viceversa, quando la temperatura diminuisce, tale gas torna ad aumentare (in conseguenza del fatto che con una temperatura minore diminuisce l’attività fotosintetica e prevale quella respiratoria). Un esempio relativo alla retroazione positiva si può trovare alla fine delle ere glaciali dove un temporaneo e consistente aumento delle temperature determina lo scioglimento di una parte della superficie ricoperta da ghiacci ai Poli. I ghiacci dei Poli, grazie al fatto che sono bianchi, riflettono i raggi solari . L’aumento della temperatura globale fa sciogliere i ghiacci, questo comporta l’aumento della quantità dei raggi solari assorbiti dalla Terra per diminuzione dell’effetto albedo (l’albedo è la quantità di radiazione riflessa), il che fa aumentare ulteriormente la temperatura globale e sciogliere altri ghiacci e così via. Questo sistema è sicuramente instabile e porta allo scioglimento completo dei ghiacci. Lo stesso meccanismo o processo può anche agire al contrario, sempre in retroazione positiva, portando all’espansione dei ghiacci del Polo. Le retroazioni, ove l’effetto interagisce con la causa, sono dei modelli semplificati per capire le risposte che mette in atto Gaia.

Tuttavia, la realtà è probabilmente più complessa e per avvicinarsi ad essa è meglio pensare all’idea di sinergia. Nelle sinergie sono contenute le varie retroazioni positive e negative ma, l’effetto risultante finale risulta essere maggiore della somma degli effetti che si ottengono agendo separatamente. Esistono sinergie positive e negative: – il rimboschimento dei tropici: rimuove anidride carbonica dall’aria, quindi riduce l’effetto serra, ma protegge anche il suolo dall’erosione, fornisce legname e contribuisce alla conservazione della diversità biologica; – i gas che distruggono l’ozono: aumento delle radiazioni ultraviolette e quindi aumento di temperatura, distruzione delle alghe marine che fissano anidride carbonica, e quindi ulteriore aumento di gas serra e temperatura.

Lovelock, per dimostrare questo tipo di controllo a retroazione e quindi convincere la comunità scientifica della sua nuova Teoria di Gaia, che in realtà era stata accolta molto freddamente al momento della sua pubblicazione, elaborò nel 1983 un modellino che simulasse la capacità di autoregolazione di un pianeta che avrebbe le stesse dimensioni della Terra e che orbiterebbe intorno ad una stella che si trova alla stessa distanza che separa il sole dalla Terra, ovvero un modello semplificato di Gaia in cui gli anelli di retroazione permettono l’autoregolazione del sistema. Questo modello prende il nome di “pianeta delle margherite”, in inglese “Daisyworld”. Su tale pianeta immaginario sono presenti solo due tipi di popolazione: margherite bianche e margherite nere, ovvero un pianeta completamente ricoperto da semi di margherite dai petali bianchi o neri. Le margherite bianche si adattano bene ai climi caldi, in quanto il loro colore chiaro riflette in parte la luce solare; le margherite nere sono ben adattate ai climi freddi, in quanto il loro colore scuro trattiene gran parte dei raggi solari. Il pianeta e le sue margherite formano un ecosistema (come Gaia) in grado di autoregolarsi per resistere a limitate variazioni di calore emesso dalla stella (il Sole).

 

Figura. La Teoria del Controllo e il Pianeta delle Margherite.

 

Su Daysilandia la temperatura cresce progressivamente per l’aumento dell’insolazione fino a rendere possibile la germinazione dei fiori che sopravvivono in un range dai 5 ai 40°C. Inizialmente crescono quindi sia le margherite bianche che nere; in seguito prevalgono le margherite nere, grazie al loro colore che garantisce l’assorbimento della luce e quindi una migliore fotosintesi rispetto alle altre (figura sopra). Man mano che le margherite nere si diffondono, aumenta la temperatura del pianeta, finché queste non sono più in grado di sopravvivere per l’eccessivo calore accumulato. Ecco allora che subentrano le margherite bianche che, grazie al loro colore, hanno la capacità di riflettere la luce solare (le margherite chiare, inoltre, “soffrendo” meno il caldo di quelle scure, prendono il sopravvento), adattandosi meglio all’aumento di temperatura (figura sopra). Ma, la riflessione dell’energia solare da parte di tutte le margherite bianche fa di nuovo abbassare la temperatura , e quindi finiscono per prevalere di nuovo le margherite nere.

L’idea che ne deriva è che il sistema funziona come un gigantesco termostato. Difatti, le margherite bianche e nere, grazie al diverso albedo, sono in grado di rendere stabile la temperatura di un intero pianeta semplicemente crescendo (la sola presenza di due varietà di margherite basta a regolare il clima). Tale fenomeno non è altro che il risultato inatteso di un sistema complesso. Questo semplice modello può essere complicato ulteriormente inserendo più fiori (ci sono modellini che considerano gli effetti dell’azione combinata di margherite con trenta colori diversi), fiori che si evolvono cambiando colore, conigli che nascono, si diffondono e mangiano margherite, e così via. E, il dato fondamentale è che più il modello di simulazione è complesso più la temperatura del pianeta tende ad essere mantenuta costante. Obiettivo del modello è studiare come il sistema risponde a variazioni di energia solare in arrivo, in modo da mantenere le proprie condizioni di equilibrio. Il modello dimostrerebbe come il sistema Gaia sia costituito da elementi che interagiscono tra di loro in modo complesso, quasi un superorganismo che funziona come un unico sistema autoregolante. Tutto ciò significa che la vita tende a mantenere costanti il più possibile le condizioni adatte a se stessa, in modo spontaneo, emergente e auto-organizzato in una sorta di equilibrio dinamico.

Nel caso specifico dell’atmosfera terrestre, questa è costituita da ossigeno, anidride carbonica e azoto in grandi quantità: gas che hanno una fortissima probabilità di creare molte reazioni chimiche e di combinarsi tra di loro. Su Gaia l’atmosfera è costante e tali reazioni chimiche non si esauriscono (come è avvenuto miliardi di anni fa nell’atmosfera marziana) perché la forme di vita sulla Terra mantiene l’equilibrio mediante processi inorganici e organici (ad es. attraverso i processi fotosintetici). Il significato di tutto questo è molto semplice: animali, piante, terreno, gas nell’atmosfera, calcare nel fondo dei mari, batteri che fungono da catalizzatori, movimenti delle piattaforme oceaniche e attività sismica, vulcanica e meteorica fanno tutti parte di un immenso sistema che funziona con la perfezione di un orologio, proprio come accade in un organismo vivente. E così, come un orologio o un organismo deve controllare tutte le sue parti per garantire lo stato ottimale dell’intero, così deve fare Gaia per tenersi lontana dall’equilibrio chimico che, come già detto, Lovelock spiega attraverso il concetto di omeostasi.

Ma questa è un’altra storia…

 

[continua…]

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