Variazioni climatiche interannuali e dinamica stagionale del ... - CNR

Variazioni climatiche interannuali e dinamica
stagionale del fitoplancton nel Lago Maggiore
G. Morabito
Istituto per lo Studio degli Ecosistemi, CNR, Verbania, Italia
g.morabito@ise.cnr.it
SOMMARIO: In molti laghi del Centro e Nord Europa sono state osservate strette relazioni tra l’Oscillazione
Nord Atlantica (NAO) e la dinamica del fitoplancton. Tuttavia mancano studi analoghi per il bacini del
Sud Europa, sebbene le serie storiche del Lago Maggiore sembrino indicare che l’effetto della NAO possa
farsi sentire anche alle nostre latitudini. In particolare, è emersa una relazione tra l’indice NAO invernale
e la profondità di mescolamento nel Lago Maggiore, che a sua volta regola lo sviluppo primaverile
delle diatomee. Esiste, inoltre, una relazione inversa tra la biomassa di diatomee in primavera e quella di
cianobatteri in estate, a sua volta mediata dagli effetti del clima. Tenendo in considerazione queste relazioni
e considerando lo spostamento della NAO a seguito del cambiamento climatico globale, viene prospettato
un possibile scenario evolutivo del fitoplancton nel Lago Maggiore
1INTRODUZIONE
La teoria del non-equilibrio, dimostratasi
estremamente efficace nell’analisi della dinamica
stagionale delle comunità algali lacustri
(Harris, 1986; Reynolds, 1997), assegna alle
modificazioni dei parametri fisici della colonna
d’acqua il ruolo chiave nel guidare e controllare
lo sviluppo e la successione stagionale
del fitoplancton.
In particolare, l’estensione spazio - temporale
del rimescolamento verticale della massa d’acqua
si è dimostrata un fattore critico nel determinare
la composizione specifica di una comunità
algale nel corso del suo ciclo stagionale.
Poiché la dinamica circolatoria dei corpi
d’acqua è fortemente influenzata da fattori meteorologici
esterni, vale a dire intensità del
vento, temperatura dell’aria e quantità di radiazione
solare incidente, le fluttuazioni dei fattori
climatici e meteorologici possono avere una
influenza profonda sullo sviluppo quantitativo
e qualitativo delle alghe planctoniche.
In effetti, esempi di alterazioni nella struttura
delle comunità planctoniche lacustri, a seguito
di variazioni della temperatura dell’acqua indotte
da cambiamenti climatici registrati a
scala locale, sono state documentate in alcuni
casi (George e Harris, 1985; Adrian e Deneke,
1996). Tuttavia, solo da poco tempo l’attenzione
degli idrobiologi si è rivolta verso le relazioni
tra la dinamica pluriennale delle comunità
planctoniche lacustri e quella di fenomeni
atmosferici che agiscono su scala globale.
Se è vero che da tempo è stato dimostrato
che le biocenosi planctoniche oceaniche sono
influenzate da fenomeni atmosferici globali,
come le oscillazioni di El Niño (Karl et al.,
1995; Campbell et al., 1997), solo in anni recenti
sono state verificate delle relazioni tra
l’andamento pluriennale di eventi meteorologici
a larga scala e le fluttuazioni stagionali registrate
in acque continentali. Uno dei primi
esempi è stato la relazione osservata tra l’intensità
e la durata dello sviluppo primaverile
delle diatomee in alcuni laghi inglesi e la posizione
del fronte settentrionale della Corrente
del Golfo (George e Taylor, 1995).
Tuttavia, un altro fenomeno atmosferico è oggi
maggiormente indagato per spiegare le
fluttuazioni interannuali di alcune biocenosi
lacustri, ovvero le variazioni della pressione
atmosferica sull’Oceano Atlantico, dovute ad
uno spostamento delle masse d’aria tra l’Artico
e l’Atlantico subtropicale. Questo movimento
atmosferico produce significativi cam-
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Clima e cambiamenti climatici: le attività di ricerca del CNR
biamenti nella velocità dei venti, nella loro
direzione, nel trasporto di calore ed umidità
tra l’Atlantico ed i continenti circostanti, apportando
evidenti modificazioni climatiche a
scale continentale: questo flusso di masse
d’aria è noto come Oscillazione Nord Atlantica
o NAO, acronimo dell’inglese North
Atlantic Oscillation. L’effetto della NAO sulle
comunità fitoplanctoniche dell’Europa
continentale è stato verificato in diversi ambienti
lacustri: nel Müggelsee, un piccolo lago
poco profondo situato nei dintorni di Berlino
(Gerten e Adrian, 2000), nel lago svedese
Erken (21 m di profondità massima e 9 di
media) (Weyhenmeyer et al., 1999) ed anche
nel Lago di Costanza, uno dei grandi laghi
profondi subalpini (Straile, 2000).
Per quanto riguarda i laghi localizzati nel bacino
del Mediterraneo non sono state finora
pubblicate osservazioni analoghe, ma alcune
osservazioni sembrano indicare che l’effetto
della NAO possa farsi sentire anche alle nostre
latitudini.
2 DINAMICHE PLURIENNALI DEL FITOPLANCTON E
FLUTTUAZIONI CLIMATICHE NEL LAGO MAGGIORE
Nel Lago Maggiore, il bacino lacustre più
studiato in Italia e, probabilmente uno dei più
studiati al mondo, sono stati spesso descritti
gli effetti della variabilità climatica locale
sullo sviluppo stagionale di alcuni gruppi algali:
l’analisi dei dati storici (Morabito,
2003), ha messo in evidenza che il regime di
mescolamento del Lago Maggiore, espressione
diretta delle condizioni meteorologiche del
Figura 1: Profondità di massimo mescolamento invernale
e biovolume annuale delle diatomee nel Lago Maggiore.
periodo invernale (temperatura dell’aria, intensità
e durata dei periodi di vento), influenza
la dinamica di sviluppo del fitoplancton
primaverile (Fig. 1), composto sopratutto da
diatomee, attraverso due meccanismi: il mantenimento
di uno strato d’acqua turbolento,
che garantisce la permanenza di questi organismi
nella zona eufotica ed il rifornimento di
nutrienti dalle acque profonde.
A loro volta, le oscillazioni pluriennali della
profondità di massimo mescolamento invernale
del Lago Maggiore seguono un andamento
che rispecchia piuttosto bene le variazioni
dell’indice NAO medio del periodo Dicembre
- Febbraio (Fig. 2): in particolare è degno di
nota il fatto che negli anni tra il 1950 ed 1970,
quando il Lago Maggiore andava incontro con
regolarità ad eventi di mescolamento profondo,
l’indice era mediamente più spostato verso
valori negativi, segno di inverni freddi,
mentre nel ventennio successivo l’indice ha
fatto registrare molti valori positivi, a volte
ben al di sopra dello zero, segno di inverni miti
ed in questa fase i mescolamenti completi
del Lago Maggiore sono pressoché scomparsi,
ad eccezione di quello osservato nel 1999.
Dall’osservazione delle relazioni sopra descritte
si potrebbe quindi dedurre che le oscillazioni
dell’indice NAO controllano, in qualche
modo, anche lo sviluppo primaverile delle
diatomee nel Lago Maggiore, nel senso che
un indice NAO spostato verso valori negativi,
inducendo un mescolamento più profondo
della colonna d’acqua, avrebbe come risultato
indiretto una maggiore crescita di diatomee:
la correlazione tra il valore invernale
Figura 2: Profondità di massimo mescolamento invernale
nel Lago Maggiore e indice invernale della NAO.

dell’indice NAO ed il picco massimo di biovolume
primaverile delle diatomee non è statisticamente
significativa. Tuttavia, considerando
che in ambiente pelagico lacustre sono
numerosi i fattori biotici ed abiotici che controllano
lo sviluppo del fitoplancton, il fatto
che, da sole, le oscillazioni dell’indice NAO
siano responsabili di circa il 40% delle oscillazioni
interannuali del biovolume delle diatomee
appare tutt’altro che trascurabile.
Inoltre, partendo dalla considerazione che lo
sviluppo primaverile delle diatomee ha un
forte impatto sul consumo delle risorse messe
a disposizione dal mescolamento tardo invernale
e che queste risorse sono, in gran parte,
quelle che sostengono la crescita estiva dei
cianobatteri, si può ipotizzare che i due gruppi
siano legati da un rapporto indiretto di
competizione per i nutrienti, mediato dalla
variabilità climatica: in effetti, l’esame parallelo
dei rispettivi andamenti pluriennali evidenzia
la presenza di picchi di cianobatteri
più elevati negli anni in cui la crescita primaverile
delle diatomee era stata depressa da
particolari situazioni climatiche (Fig. 3).
Per esempio, il 1991, anno con cianobatteri
scarsissimi, è stato caratterizzato da una primavera
molto piovosa, nel corso della quale
gli abbondanti apporti di nutrienti dal bacino
hanno determinato un forte sviluppo delle
diatomee, che hanno fortemente impoverito
le acque del lago dalle sostanze nutritive. Una
situazione analoga si è avuta nel 2002, mentre,
nel 1992 e nel 1995, primavere estremamente
poco ventose e con basse profondità di
Figura 3: Biovolumi di cianobatteri e diatomee nel Lago
Maggiore dal 1981 al 2004.
mescolamento della colonna d’acqua hanno
depresso la crescita delle diatomee, lasciando
a disposizione dei cianobatteri maggiori
quantità di nutrienti per crescere durante la
successiva stagione estiva.
3CONCLUSIONI
Impatti dei cambiamenti climatici
Riassumendo, gli studi ultraventennali sul fitoplancton
nel Lago Maggiore hanno permesso
di evidenziare il forte influsso delle oscillazioni
climatiche sulla dinamica stagionale
dei popolamenti algali dominanti, soprattutto
in relazione alla variabilità dei fattori fisici
che regolano il mescolamento della colonna
d’acqua. Analizzando queste relazioni in un
contesto climatico a scala continentale, si è
visto, inoltre, che le variazioni della NAO
sembrano far sentire i loro effetti anche sul
clima locale del bacino del Lago Maggiore e,
dunque, anche sullo sviluppo del fitoplancton.
Peraltro, inquadrare i fenomeni osservati
nel più ampio contesto dei cambiamenti climatici
globali non è semplice, soprattutto perchè
la serie temporale dei dati sul fitoplancton
è troppo recente e relativamente breve: tuttavia
i dati ottenuti nell’arco di quasi trent’anni
permettono di tracciare uno scenario ipotetico,
ma plausibile. In primo luogo, nonostante
siano ancora poco chiare le relazioni che legano
il riscaldamento globale e le oscillazioni
dell’indice invernale della NAO, la serie
storica di questo indicatore climatico mostra
un aumento di variabilità nella seconda metà
del XX secolo, con la tendenza verso valori
più elevati: secondo Hurrell et al. (2003), una
possibile causa di questo andamento sarebbe
da ricercare in processi che alterano la forza
della circolazione atmosferica, come l’aumento
dei gas serra. Lo spostamento dell’indice
NAO verso valori positivi, potrebbe innescare,
relativamente al bacino del Lago
Maggiore, la seguente serie di eventi:
a. la tendenza ad una dimunizione degli episodi
di mescolamento profondo;
b. a seguito del minore mescolamento, una
riduzione del biovolume primaverile delle
diatomee;
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Clima e cambiamenti climatici: le attività di ricerca del CNR
c. il decremento delle diatomee si tradurrebbe
in un minore consumo di nutrienti nella
fase di crescita seguente alla circolazione
primaverile;
d. vi sarebbero, quindi, più nutrienti disponibili
per lo sviluppo estivo di cianobatteri.
In conclusione, il verificarsi di uno scenario
simile potrebbe portare a cambiamenti significativi
nella dinamica stagionale del fitoplancton,
tra i quali il più evidente sarebbe il
sensibile aumento dei cianobatteri in estate,
associato ad una maggiore probabilità che si
verifichi uno sviluppo di ceppi potenzialmente
tossici.
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