Nel corso di centinaia di milioni di anni, la Terra ha vissuto una serie di cambiamenti climatici, modellando il pianeta come lo conosciamo oggi. Cambiamenti passati in CO₂ i livelli e la temperatura possono aiutarci a comprendere la risposta del pianeta al riscaldamento globale oggi.

Nell’ambito di un campo in crescita chiamato biogeodinamica, i ricercatori stanno cercando di capire come tali cambiamenti abbiano influenzato la vita sul pianeta in passato. "Stiamo cercando di comprendere i processi rilevanti per il presente utilizzando il passato geologico", afferma Julian Rogger, che si occupa di biogeodinamica presso l'Istituto di geofisica dell'ETH di Zurigo.

Rogger è affascinato dall'interazione tra la vita vegetale e il clima. Finora il nostro pianeta è l'unico che conosciamo nell'universo adatto a sostenere gli organismi viventi. Le sue condizioni climatiche consentono la presenza di abbastanza acqua liquida per consentire alle piante e ad altri organismi complessi di prosperare o almeno sopravvivere.

Quando il clima del pianeta cambia, ha un impatto sulla vita vegetale, costringendo gli ecosistemi a evolversi e ad adattarsi alle mutevoli condizioni. "Mi interessa il ruolo della vita stessa nell'intero sistema", afferma Rogger. "Trovo davvero affascinante ricostruire il mondo com'era milioni di anni fa."

Le piante modellano attivamente il ciclo climatico

In un articolo pubblicato di recente sulla rivista Science Advances , Rogger e colleghi dell'ETH e dell'Università di Leeds sostengono che queste piante non sono solo partecipanti passivi al ciclo climatico della Terra, ma possono svolgere un ruolo importante nel modellarlo. "Potremmo supporre che la vita stia semplicemente reagendo ai cambiamenti, ma è anche possibile che interagisca con il sistema e lo regoli", afferma Rogger.

Per mostrare come, Rogger ha utilizzato modelli computerizzati che simulano l’interazione tra cambiamento climatico, movimento dei continenti e vita vegetale nel profondo passato. I modelli indicano che le piante probabilmente aiutano a regolare la composizione dell'atmosfera del pianeta intrappolando il carbonio ed emettendo ossigeno, contribuendo a controllare la CO₂ livelli.

Inoltre accelerano il processo di alterazione dei minerali nel suolo, un processo che consuma CO₂ . I modelli di Rogger suggeriscono che il clima e l'atmosfera del pianeta fanno parte di un ciclo di feedback:la vita stessa svolge un ruolo nel regolare o accelerare i cambiamenti climatici.

Ricostruire 390 milioni di anni di storia della Terra

Quando il cambiamento è lento – abbastanza lento da consentire alle piante di evolversi o diffondersi in nuove nicchie nel corso di milioni di anni – l’attività delle piante può fungere da cuscinetto, impedendo che le temperature si spostino troppo rapidamente. Ma la geologia e i reperti fossili mostrano che ci sono stati anche cambiamenti avvenuti troppo velocemente, che hanno provocato gravi interruzioni della vegetazione e persino estinzioni di massa.

"Quello che vogliamo sapere è quanto velocemente la vegetazione è in grado di cambiare le sue caratteristiche quando il mondo diventa improvvisamente 5 o 6 gradi più caldo", dice Rogger. "L'obiettivo generale è comprendere la coevoluzione del clima, della vegetazione e della tettonica."

Rogger e i suoi coautori, un team interdisciplinare di geologi, informatici e scienziati della terra, hanno creato un modello computerizzato degli ultimi 390 milioni di anni che teneva conto dello spostamento dei continenti e del clima e della risposta della vegetazione a questi cambiamenti. L'esecuzione di simulazioni su potenti supercomputer può richiedere fino a un mese, data la complessità del problema e il tempo che dovrebbero rappresentare.

Quando possibile, il team utilizza dati geologici per rendere i modelli il più realistici possibile:l’analisi chimica dei sedimenti, ad esempio, può essere un indicatore dei livelli di anidride carbonica nel passato. I fossili possono mostrare quando i drammatici cambiamenti climatici hanno portato a estinzioni di massa o all'evoluzione di nuovi ecosistemi in risposta a condizioni mutevoli.

I modelli mostrano che lunghi periodi di stabilità consentono alla vegetazione di prosperare, assorbendo CO₂ e stabilizzare il clima della Terra nel tempo. Nei loro modelli, il team ha visto che le piante erano in grado di evolversi abbastanza velocemente da adattarsi ai cambiamenti graduali del clima e del paesaggio dovuti, ad esempio, alla deriva dei continenti.

Ma quando il sistema climatico viene sconvolto e cambia troppo rapidamente perché la vegetazione possa adattarsi, accade il contrario:le piante vengono spazzate via e non possono fungere da cuscinetto per rallentare i cambiamenti climatici. Senza le piante a fungere da freno, i cambiamenti ambientali avvengono ancora più velocemente e si spingono ulteriormente verso l'estremo.

"È come un effetto di feedback", spiega Rogger. "Poiché la regolamentazione viene meno, si potrebbe avere un aumento più forte di CO₂ e un cambiamento climatico maggiore di quanto previsto in precedenza."

Resilienza messa alla prova

Nella documentazione geologica, i cambiamenti climatici improvvisi sono spesso accompagnati da eventi di estinzione di massa. "Ci sono forti cambiamenti nella vegetazione in cui ci sono voluti migliaia o milioni di anni perché la vegetazione si adattasse e si riprendesse", dice Rogger, "e ciò che si riprende può essere molto diverso da quello che c'era prima."

Non è una buona notizia. "Si ritiene che il tasso di cambiamento attuale non abbia precedenti negli ultimi 400 milioni di anni", afferma Rogger. "Se si verificasse un forte cambiamento, come quello che stiamo vivendo ora, potrebbe verificarsi una riduzione della capacità della vegetazione di regolare il clima."

In un momento in cui il clima della Terra sta cambiando più velocemente che mai, la ricerca di Rogger ha implicazioni pratiche:le informazioni del passato possono aiutare le persone di oggi a capire quanto siano resilienti i sistemi di interconnessione della Terra.

"Quanto velocemente gli ecosistemi sono in grado di rispondere ai cambiamenti del clima e del paesaggio? Questa è una delle maggiori incognite", afferma. "La domanda è acuta:quanto è resiliente la Terra?"