Un compromesso tra aria e terra
Il clima e il suolo si influenzano l’un l’altro in molti modi: il clima contribuisce a formare il suolo e il suolo, a sua volta, influenza la composizione dell’atmosfera – in particolare la quantità di anidride carbonica e altri gas che provocano l’aumento dell’effetto serra.
Il clima, un fattore attivo di formazione del suolo, è intrinsecamente legato al suolo e alle sue caratteristiche. In qualsiasi momento, i terreni sono in equilibrio dinamico con il clima. Prendete una vanga e scavate un fosso nel terreno di circa 50 cm di profondità, frantumate le pareti e vedrete una serie di strati: probabilmente marrone scuro/neri in cima, ma poi sempre più sbiaditi, tendenti al marrone o al grigio, a volte con fasce nere o rosse, man mano che scavate verso il basso. Quegli strati sono chiamati “orizzonti” e sono caratteristici per ogni particolare clima. Le foreste di conifere, che si estendono a latitudini nordiche, hanno suoli con una tipica fascia grigia che sembra cenere; sono chiamati “podzols“. Molti terreni tropicali umidi sono rossi o gialli a causa del ferro e dell’alluminio che contengono; sono difatti chiamati “ferralsols”. La tipologia e lo spessore degli strati sono determinati dal clima: la pioggia scioglie certi minerali e sali e li sposta verso il basso (lisciviazione); l’evaporazione e l’azione capillare li riportano invece verso l’alto, depositandoli in strati distinti o addirittura sulla superficie; le particelle sottili possono accumularsi ad una particolare profondità, formando una specie di crosta; l’acqua e gli acidi in essa disciolti “digeriscono” le rocce, spezzettandole e formando così lo scheletro per un terreno nuovo (materiale parentale).
Distribuzione del carbonio organico nei suoli europei. In Europa, è immagazzinato più carbonio nel suolo che nella vegetazione – al contrario di quanto avviene in Africa (fonte: CCR).
L’interazione del clima, del materiale parentale e della topografia, così come le attività umane, come l’aratura e l’irrigazione, producono terreni sabbiosi, limosi o argillosi, acidi o alcalini, inondati o ben drenati, fertili o di bassa qualità. Il clima influenza anche il suolo attraverso la vegetazione che cresce su di esso e gli animali e i microrganismi che ci vivono. Le radici delle piante e i miceli fungini legano e cementano il terreno, e estraggono acqua e sostanze nutritive; i lombrichi e gli insetti scavano e costruiscono tane. Quando muoiono, le piante si decompongono in humus – lo strato nero vicino alla superficie di molti suoli. Questa materia organica è fondamentale per la fertilità del suolo: lega le particelle del terreno e cattura acqua e sostanze nutritive, dove le radici possono trovarle. La mancanza di vegetazione – ad esempio, dopo l’aratura o nelle aree aride – lascia il terreno esposto agli agenti atmosferici. Le gocce di pioggia rompono gli aggregati del suolo e dilavano le particelle che lo compongono. La pioggia pesante che colpisce la superficie può formare una specie di crosta, che impedisce all’acqua di infiltrarsi rapidamente. Il dilavamento porta con sé un prezioso strato di terriccio e cambia il colore dei fiumi in marrone. Durante i periodi asciutti, il vento può trasportare polvere e sabbia, che viaggiano per centinaia di chilometri.
Il clima influenza il terreno, ma è anche vero che il suolo influenza il clima. Particolarmente importanti sono il biossido di carbonio (anidride carbonica, CO2) e altri gas a effetto serra. Il suolo è un’enorme riserva di carbonio: contiene più carbonio rispetto all’atmosfera e tutta la vegetazione terrestre messe insieme. Piccoli cambiamenti nella quantità di materia organica nel terreno possono avere quindi un effetto importante sull’atmosfera – e di conseguenza sul riscaldamento globale. I terreni coltivati tendono ad avere solitamente meno materia organica rispetto ai terreni che si avvicinano ad una vegetazione naturale. Questo perché l’aratura e la raccolta delle colture accelerano il rilascio di CO2 in atmosfera. Ad esempio, coltivare riso rilascia metano (CH4), un gas a effetto serra 25 volte più potente della CO2. L’applicazione di fertilizzanti a base di azoto produce emissioni di ossido di azoto (N2O), 310 volte più potente della CO2 come gas serra. Una migliore gestione del suolo può aumentare le risorse di carbonio nel terreno. Queste tecniche, come esposto tempo fa in un altro articolo di questo blog, comprendono l’aratura ridotta, la prevenzione dell’erosione, la piantagione di colture di copertura e l’applicazione di compost e letame. Le terre coltivate coprono circa 3.5 miliardi di ettari in tutto il mondo. I bovini e altri ruminanti sono una delle principali fonti di gas serra: flatulenze e letame emettono sia metano che ossido di azoto. Le terre coltivate in zone secche possono assorbire relativamente poco carbonio per ettaro ma coprono ampi spazi, e così collettivamente possono assorbire grandi quantità di carbonio se ben gestite, ad esempio con pascoli controllati, impedendo incendi, piantando alberi, conservando il suolo e l’acqua, ripristinando terreni erosi e salini, e riabilitando le zone umide.
Conservare e ripristinare le brughiere e le paludi sono pratiche particolarmente utili, ma nessun ecosistema dovrebbe essere trascurato.
Le foreste coprono circa 4 miliardi di ettari a livello mondiale. I suoli che sostengono le foreste pluviali tropicali sono sorprendentemente infertili e la pioggia dilava e liscivia rapidamente i nutrienti del suolo. La maggior parte delle sostanze nutritive vegetali e del carbonio nelle foreste pluviali sono contenute nella vegetazione stessa. Quando gli organismi muoiono, si decompongono rapidamente nel clima caldo e umido, e le sostanze nutritive vengono immediatamente riciclate per la crescita di nuove piante. In questi ambienti, tagliare o bruciare gli alberi libera grandi quantità di carbonio nell’atmosfera, senza possibilità di recupero dei suoli disboscati. D’altra parte, i terreni sotto i vasti boschi boreali del Nord America, della Scandinavia e della Russia settentrionale, contengono grandi quantità di carbonio, soprattutto nelle torbiere. Con la giusta gestione, il terreno ha il potenziale di assorbire grandi quantità di carbonio. Ripristinare la capacità del terreno di immagazzinare il carbonio è quindi fondamentale per mitigare l’impatto dei cambiamenti climatici, riducendo così il riscaldamento globale conseguente.
L’Europa emette più gas a effetto serra rispetto a quelli che immagazzina. La qualità dei suoi suoli è in declino e le riserve di carbonio presenti in essi si assottigliano.
L’impatto del cambiamento climatico sulla biodiversità del suolo
Quantificare i possibili effetti del cambiamento climatico sulla biodiversità del suolo è estremamente problematico. È probabile che questo sia il motivo della valutazione relativamente bassa della minaccia attribuita al cambiamento climatico. Ciò dipende dal fatto che i modelli attuali di cambiamento climatico non sono in grado di prevedere i cambiamenti climatici con precisione sufficiente, a scale sufficientemente piccole, per poter determinare i possibili effetti sul biota – cioè, tutti gli organismi viventi – del suolo. Sembra probabile che i cambiamenti climatici, in particolare i cambiamenti delle piovosità, e le relative variazioni dei regimi di umidità del suolo e di temperature medie, potrebbero avere un forte impatto. Ad esempio, ci sono già prove preliminari che le specie migrano verso i poli a causa di temperature oggi più calde che in passato, e che la primavera inizia sempre più in anticipo. Il riscaldamento globale causa la migrazione degli organismi verso climi in passato più freddi, come si verifica per il cambio di altitudine nelle regioni montuose. Anche gli alberi tendono a vivere in zone di montagna sempre più alte proprio perché sotto “la linea di sopravvivenza” le condizioni climatiche più calde non ne favoriscono più la crescita.
Poiché esistono legami chiari tra la specie e la diversità sulla terra (epigea) e sotto terra (ipogea), se le eco-regioni montane stanno migrando verso l’alto, possiamo assumere che avvenga lo stesso anche per le eco-regioni ipogee, e questo potrebbe portare alla perdita di biodiversità. Anche sopra le linee altitudinali in cui crescono gli alberi c’è ancora la vita: arbusti e prati ad alta quota ospitano un’enorme varietà di specie vegetali e animali. Più su, i licheni possono essere trovati sulle rocce, i microrganismi nel suolo e gli invertebrati – come i collemboli – sono ancora presenti. Tutti gli organismi che vivono sopra la linea altitudinale degli alberi sono particolarmente adattati ad un ambiente che è generalmente freddo, spesso molto ventoso e con livelli relativamente elevati di radiazioni solari. Mentre la linea degli alberi si muove sul fianco delle montagne, la quantità di habitat per quelle specie adattate a vivere al di sopra di questa linea è necessariamente ridotta. Questo perché i picchi di montagna forniscono un limite superiore per quanto riguarda la quantità di migrazione verticale che può verificarsi (figura qui in basso).
Questi schemi mostrano gli effetti del riscaldamento locale sulla distribuzione verticale di diverse zone ecologiche altitudinali. Quando la temperatura aumenta, avviene una migrazione verticale del biota. Ciò porta ad una riduzione dello spazio disponibile per la zona ecologica tipo C, causando alla fine l’estinzione locale a causa dell’insediamento della zona ecologica B e della mancanza di spazio più elevato per migrare. Il riscaldamento continuo ha il potenziale di condurre all’estinzione globale di molte specie (fonte: CCR).
Le osservazioni e le quantificazioni di questa migrazione verticale hanno mostrato che la migrazione avviene ad un tasso compreso tra 1 e 4 metri ogni 10 anni. D’altra parte, un aumento di altitudine di 100 m dalla normalità equivale a una diminuzione della temperatura di 0,5°C. Ciò significa che il riscaldamento che si è verificato negli ultimi decenni dovrebbe avere portato ad un cambiamento di altitudini di circa 8-10 m per decennio. Il fatto che lo spostamento osservato sia più lento è una preoccupazione poiché significa che il biota che vive nelle eco-zone non è in grado di adattarsi abbastanza velocemente alle crescenti temperature e quindi aumenta il rischio di estinzioni locali. Tali zone ecologiche chiaramente definite non sono di solito facilmente visibili nel piano latitudinale e quindi la quantificazione di qualsiasi migrazione delle specie verso i poli è più problematica da individuare. Tuttavia, il fatto che si verifichi una migrazione verticale, guidata da temperature crescenti, significa che è quasi certo che lo stesso processo debba avvenire sul piano orizzontale, con le comunità del suolo che si spostano verso i poli. Alcune prove di questo sono già evidenti. Quando si verifica questo tipo di migrazione, lo spostamento dei nemici naturali può talvolta essere più lenta o può non essere presente nelle aree più settentrionali, il che significa ridurre il controllo delle specie vegetali in espansione. Inoltre, le comunità biologiche che migrano in verticale su una montagna in risposta alle temperature elevate possono “esaurire” la montagna in cui migrare, una volta che il regime medio di temperatura sul punto più alto della montagna sia troppo caldo. Lo stesso è possibile per le comunità che si spostano verso i poli. Le migrazioni verso nord e verso sud, inoltre, possono essere eventualmente fermate sia dall’Oceano Artico che dall’Oceano Meridionale, il che potrebbe provocare altre estinzioni locali.
Biodiversità del suolo e cambiamenti climatici Il ciclo del carbonio
I processi del suolo hanno un grande effetto sul ciclo globale del carbonio. Questo perché i terreni attualmente contengono circa il doppio della quantità di carbonio dell’atmosfera. I flussi di CO2, che raggiungono le centinaia di miliardi di tonnellate (Gt) carbonio, si verificano tra il suolo e l’atmosfera su base annuale (figura in basso).
Schema che mostra il ciclo del carbonio. I numeri neri indicano quanto carbonio viene immagazzinato in diversi serbatoi, in miliardi di tonnellate (“GtC” indica giga-tonnellate di carbonio). I numeri viola indicano il flusso di carbonio annuo tra i serbatoi. I sedimenti, come definiti in questo diagramma, non includono il circa 70 milioni di GtC di rocce carbonatiche e di cherogeniche (fonte: NASA).
Una comprensione completa del ciclo del carbonio è vitale per aumentare la nostra comprensione degli scambi di carbonio tra il suolo e l’atmosfera, e se o come questi possano essere controllati o utilizzati per mitigare i cambiamenti climatici. La figura in questione è uno schema semplificato del ciclo del carbonio, ma le figure presentate in esso sono tutte ben consolidate. La figura mostra che se vengono considerate tutte le emissioni di carbonio, la quantità totale di carbonio che entra in atmosfera ammonta a 213,35 Gt all’anno. Al contrario, quando si aggiunge tutto il carbonio emesso nell’atmosfera da fonti non antropogeniche, le emissioni in atmosfera ammontano complessivamente a 211,6 Gt/anno. Ciò equivale a una perdita netta di carbonio dall’atmosfera di 1,75 Gt di carbonio. È per questo che il flusso relativamente piccolo di CO2 proveniente da fonti antropiche (5,5 Gt/anno) ha una conseguenza così grande ed è in grado di trasformare il flusso globale del carbonio dall’atmosfera da una perdita di 1,75 Gt/anno a un guadagno netto di 3.75 Gt/anno!
L’impatto degli organismi del suolo sulla CO2
È stato stimato che circa 13 milioni di tonnellate di carbonio sono perdute ogni anno da suoli solo nel Regno Unito. Questo equivale all’8% delle emissioni totali di carbonio nel Regno Unito. L’evidenza suggerisce che le perdite di carbonio organico del suolo (SOC) sono risultate indipendenti dalle proprietà del suolo. Ciò avvalora la tesi secondo cui la stabilità della SOC dipende dall’attività e dalla diversità degli organismi del suolo. Mentre sembra che i suoli del Regno Unito siano stati funzionanti come fonte (source) di CO2, vi è la prova che alcuni altri suoli funzionano immagazzinando (sink) CO2.
Studi su latitudini differenti hanno dimostrato che la velocità di decomposizione della materia organica del suolo si raddoppia per ogni aumento di temperatura media annuale di 8-9°C. Aumentando le temperature globali, i tassi di decomposizione della materia organica del suolo accelererà e, di conseguenza, si possono verificare perdite ancora maggiori di CO2 dal suolo. Tuttavia, è importante notare che studi di campo e di laboratorio hanno prodotto risultati contraddittori. In condizioni di laboratorio, è stato dimostrato un aumento a lungo termine della temperatura può aumentare la respirazione microbica dal suolo, uno dei meccanismi principali per cui la materia organica viene rilasciata dal suolo sotto forma di CO2. Ciò è però in contrasto con studi che hanno esaminato la respirazione microbica dei suoli forestali a diverse latitudini, dove ci sono differenze nelle temperature medie, nei quali è stato messo in evidenza che la respirazione microbica, e quindi la decomposizione della materia organica, è più o meno costante a diverse latitudini.
La biodiversità del suolo può anche avere effetti indiretti rispetto al fatto che il suolo perda o immagazzini carbonio: è stato dimostrato ripetutamente che la biodiversità del suolo influenza l’erodibilità di un terreno a causa di un certo numero di meccanismi, tra cui l’influenza di essudati extracellulari e il legame fisico delle particelle di terreno con i filamenti fungini. È stato dimostrato che l’erosione del suolo, da sola, può essere sufficiente per trasformare il terreno da fonte a immagazzinatore di carbonio. Tuttavia, non è ancora stato determinato quanto sia grande questo effetto protettivo.
L’impatto degli organismi del suolo su altri gas serra
Il metabolismo del biota del suolo è responsabile della produzione di diversi gas serra. La produzione di metano è anche parte del ciclo del carbonio, dal momento che viene prodotto dal microbiota del suolo in condizioni anaerobiche, attraverso un processo noto come metanogenesi. Condizioni anaerobiche si verificano generalmente nei suoli sommersi dall’acqua per lunghi periodi di tempo (stagni, paludi, risaie, ecc.). Queste aree hanno generalmente una maggiore emissione di metano, un potentissimo gas serra, rispetto a foreste o campi coltivati. Di conseguenza, trovare modi per limitare le emissioni di carbonio dai suoli attraverso pratiche di gestione del suolo è una priorità. Ad esempio, i microrganismi del suolo sono in grado di consumare metano e in tal modo possono funzionare per ridurre le emissioni di metano dai suoli. L’ossido di azoto viene prodotto come parte del ciclo dell’azoto attraverso processi, come la nitrificazione e la denitrificazione, anch’essi ad opera del microbiota del suolo.
Del totale emesso, l’80% di N2O e il 50% di CH4 sono prodotti da processi biogeochimici che avvengono in suoli coltivati. Questo aumento delle emissioni rispetto agli ecosistemi naturali mette in evidenza l’influenza delle tecniche di gestione del suolo sui gas serra. Mentre questi metano e ossido di azoto sono gas a effetto serra più potente rispetto alla CO2, solo circa l’8% dei gas serra emessi è CH4 e solo il 5% è N2O, con la CO2 che quindi rappresenta circa l’83% dei gas serra emessi. Quando la potenza di ciascun gas come gas serra viene normalizzata per rappresentare l’ammontare di ciascun gas emesso, è possibile quindi calcolare il contributo di ciascun gas a effetto serra al cambiamento climatico globale.
Contributo dei gas serra al cambiamento climatico (da fonti naturali e antropiche: escludendo il vapore acqueo) (fonte: CCR).
Grazie a loro, ho scritto:
European Atlas of Soil Biodiversity. European Commission, Publications Office of the European Union, Luxembourg. European Union, 2010. https://esdac.jrc.ec.europa.eu/content/atlas-soil-biodiversity
Guidelines for soil description. Fourth edition. Food and Agriculture Organization of the United Nations. Rome, 2006. http://www.fao.org/publications/card/en/c/903943c7-f56a-521a-8d32-459e7e0cdae9/
Soil Atlas 2015. Heinrich Böll Foundation, Berlin, Germany, and the Institute for Advanced Sustainability Studies, Potsdam, Germany. www.iass-potsdam.de/en/publications/soilatlas
