Un discorso epistemologico sulla complessità nelle Scienze della

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avere quando si esaminano un po’ in dettaglio i meccanismi che regolano la vita del nostro pianeta. Per rendersi conto della loro singolarità, bisognerebbe esaminarne un certo numero. Sono meccanismi che funzionano e si evolvono da moltissimo tempo, interagendo alla pari uno con l’altro. Si può tracciare una storia lunga miliardi di anni non solo per il mondo biologico ma anche per gli oceani, l’atmosfera e la stessa litosfera. Se è ormai certo che per questi ultimi (sicuramente l’atmosfera e l’idrosfera) la storia evolutiva sarebbe stata notevolmente diversa senza l’infl uenza dominante della vita, è anche vero che è possibile fare il discorso inverso per la vita stessa. Mondo organico e ambiente fi sico si sono infatti profondamente ed ininterrottamente infl uenzati a vicenda per miliardi di anni, sforzandosi di mantenere un equilibrio ottimale per la sopravvivenza dell’intero sistema. Noi possiamo in effetti riconoscere i tratti di una lenta ma ininterrotta evoluzione del Sistema Terra visto nel suo insieme, come fosse un gigantesco organismo per il quale diviene diffi cile, come accennato in precedenza, non riconoscere i tratti della auto-referenzialità. Una Terra cioè che si comporta nel tempo come se pensasse solamente a sé stessa e a mantenere funzionali i suoi sottosistemi, un sistema che agisce in modo da mantenere intatta la propria organizzazione nel tempo, attraverso l’attivazione ed il perfezionamento dei meccanismi più adatti. Più in generale, l’evoluzione del Sistema Terra, se così vogliamo chiamare una lunga storia di mutamenti e di adattamenti, di “differenze che generano differenze’’, lungo un cammino non predeterminato ma guidato giorno per giorno dalla storia precedente e dalle necessità contingenti dei diversi sottosistemi, sembra essersi realizzata attraverso fenomeni ripetuti di auto-organizzazione a diversi livelli, in un quadro di integrazione progressiva. E se questa è la strada seguita, l’interazione tra le singole componenti deve essere stata forte e soprattutto ininterrotta, con uno scambio di informazione intensissimo. Qualcosa che non possiamo immaginare, fi nché ci riferiamo isolatamente ad acqua, ghiaccio, viventi, atmosfera, litosfera, ma che acquisisce una sua credibilità se riferita ad un sistema complesso. In effetti, i meccanismi analizzati, alcuni altri che esamineremo in seguito e tantissimi altri che non c’è il tempo di analizzare, avrebbero ben poco signifi cato se considerati a sé stanti, mentre hanno una loro profonda logica e ragione di esistere se si riconoscono alla Terra livelli elevati di complessità, che presuppongono un livello superiore di integrazione dei vari sottosistemi. Con tutte le conseguenze sul piano epistemologico che si devono trarre da queste considerazioni: la necessità di un approccio sistemico ai vari problemi del pianeta; il riconoscimento della geologia come scienza storica; l’utilizzazione di metodologie costruttiviste per relazionarsi con un sistema di cui noi stessi e tutto il mondo vivente siamo 14 parte integrante; il riconoscimento della stretta dipendenza dell’uomo dalle sorti di un pianeta che sembra così fragile, ma che possiede in realtà armi potenti per difendersi da ogni forma di perturbazione, al limite anche antropica. Come funziona un buon termostato ad anidride carbonica Il tenore in anidride carbonica nell’atmosfera, come è largamente noto, ha un ruolo fondamentale nel mantenimento della “giusta’’ dose di effetto serra. Se esaminiamo i meccanismi che regolano il ciclo della CO 2 nell’atmosfera e nelle acque degli oceani, scopriamo cicli a retroazione negativa di portata globale, che hanno tutta l’apparenza di tendere soprattutto a mantenere sotto controllo il tenore di anidride carbonica nell’atmosfera, coinvolgendo sia il mondo vivente animale e vegetale che processi esogeni e endogeni. Al punto che si potrebbe affermare che, una volta pervenuti qualche miliardo di anni fa ad un “soddisfacente’’ tenore di CO 2 nell’atmosfera (piccola frazione, ricordiamolo, di quella totale coinvolta nel ciclo: il rapporto tra CO 2 presente nell’atmosfera e CO 2 disciolta negli oceani è all’incirca di 1 a 60), si siano auto-organizzati dei meccanismi di regolazione e controllo molto effi caci che nel lungo termine sono sempre riusciti a riportare il sistema all’equilibrio desiderato, qualsiasi fossero gli elementi perturbanti. Per entrare nel merito del discorso, supponiamo che si verifi chi per cause imponderabili un leggero aumento di CO 2 nell’atmosfera. Aumenta di poco la temperatura superfi ciale, il clima si fa più umido per la maggiore evaporazione degli oceani, e anche se tutto ciò comporta un maggiore trasferimento di CO 2 dagli oceani all’atmosfera (retroazione positiva), nell’insieme si creano condizioni ideali per una vegetazione lussureggiante, in grado di assorbire temporaneamente e velocemente buona parte dell’anidride carbonica in eccesso. Per un raddoppio del tenore di CO 2 , alcune piante, come la patata, pare che possano aumentare la loro produttività fi no al 50%; altre, come il mais, solo del 10%. Si tratterebbe già di un buon volano, se le aree verdi dei continenti sono molto estese e il fi toplancton negli oceani può moltiplicarsi senza sconvolgere altri equilibri. Ma soprattutto si avranno piogge acide per acido carbonico, che attiveranno una più intensa azione solvente sulle rocce carbonatiche già esistenti e di idrolisi dei minerali delle rocce silicatiche affi oranti in tutti i continenti, con formazione di ingenti quantità di bicarbonato di calcio solubile e di silice disciolta trasportati in soluzione dalle acque dei fi umi negli oceani. Indicando per semplicità i silicati calcici con la formula generica CaSiO 3 , avremo le seguenti reazioni: 1) CaCO 3 + H 2 O+ CO 2 = Ca(HCO 3 ) 2 2) CaSiO 3 + H 2 O + 2CO 2 = Ca(HCO 3 ) 2 + SiO 2 Gran parte dell’anidride carbonica in eccesso fi nisce così Geoitalia 36, 2011
in mare sotto forma di bicarbonato che gli organismi marini utilizzeranno per costruire i 1oro gusci e scheletri carbonatici, destinati a venire incorporati nei sedimenti alla loro morte: Ca(HCO 3 ) 2 = CaCO 3 + H 2 O+ CO 2 Pertanto nel corso della precipitazione chimica e soprattutto biochimica in mare viene nuovamente liberata, per intero, l’anidride carbonica utilizzata per la soluzione delle rocce carbonatiche sui continenti, per cui, in defi nitiva, in questo caso si tratterebbe solo di un trasferimento di CO 2 dall’atmosfera agli oceani. Viene invece restituita solo la metà di quella utilizzata per l’idrolisi dei silicati calcici: l’altra metà viene incorporata nei carbonati che si formano in mare nella reazione che fa seguito alla 2): Ca(HCO 3 ) 2 + SiO 2 = CaCO 3 + SiO 2 + CO 2 + H 2 O Si parte infatti da due molecole di CO 2 iniziali (vedi formula 2), e se ne riottiene una sola. In tal modo, lentamente l’equilibrio perturbato si ristabilisce per assorbimento di CO 2 da parte degli oceani: nei tempi brevi e in via transitoria per opera della biomassa in aumento, nei tempi medi per trasporto in mare da parte dei corsi d’acqua e successivo graduale seppellimento di sedimenti carbonatici. Si tenga presente che tale secondo processo, se non compensato in qualche modo, porterebbe in tempi geologicamente brevi al “sequestro’’ graduale di tutta la CO 2 contenuta nell’atmosfera, con conseguenze facilmente immaginabili. Esso è comunque molto antico, e perlomeno nell’ultimo miliardo di anni deve essere stato determinante per mantenere l’equilibrio del sistema. Oggi i carbonati di origine marina costituiscono in assoluto il deposito più ricco di carbonio: quindicimila volte di più dei combustibili fossili. È un immenso serbatoio per futuri squilibri. Ma questa riserva come viene utilizzata dal sistema? Apparentemente, il suo ruolo fondamentale è di contribuire a chiudere il ciclo nei tempi lunghi. Dopo decine di milioni di anni dalla loro formazione, i carbonati depositati nei fondali oceanici fi niscono trascinati in zone di subduzione: il ciclo si richiude attraverso la formazione di nuovi silicati di calcio metamorfi ci in profondità e la liberazione di grandi quantità di CO 2 nelle sorgenti termali e nei gas vulcanici, secondo la reazione: CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2 Supponiamo che a questo punto 1a CO 2 liberata e riemessa nell’atmosfera si riveli ancora in eccesso. In tal caso si intensifi cherà nuovamente il processo di attacco dei continenti da parte delle piogge acide per acido carbonico, come sopra descritto. Se invece le emissioni dovessero rivelarsi insuffi cienti a ristabilire l’equilibrio, e comunque nei casi in cui per un qualsiasi motivo dovesse rivelarsi una carenza di CO 2 , diminuirà un poco l’effetto serra, si abbasserà di qualche grado la temperatura superfi ciale degli oceani e dell’atmosfera, si attenueranno i processi di fotosintesi, diminuirà la biomassa totale, diminuirà soprattutto la quantità totale di bicarbonato trasportato negli oceani dai fi umi, diminuirà la quantità di carbonati fi ssati dapprima nei gusci e poi nei sedimenti, insomma si farà economia di CO 2 fi nché il livello del gas nell’atmosfera, rifornita di continuo dagli apporti vulcanici, non tornerà ad essere “normale’’. Il ciclo è ulteriormente complicato dalle oscillazioni verticali della superfi cie di compensazione dei carbonati negli oceani in funzione soprattutto della maggiore o minore produttività biologica (CCD e ACD), fenomeno che non discutiamo ma che costituisce un ulteriore raffi nato meccanismo di controllo del tenore di CO 2 disciolta nelle acque oceaniche. Per complicate che siano le cose, un dato a questo punto sembra certo: il sistema è tarato da oltre un miliardo di anni perché sia nei tempi brevi che nei tempi medi e lunghi (come al solito, non alla scala della vita umana) non siano possibili variazioni sostanziali del tenore di CO 2 nell’atmosfera. Si tratta evidentemente di un parametro assolutamente essenziale nell’equilibrio del sistema termico terrestre. Non a caso le fasi glaciali e interglaciali del Quaternario registrate nelle carote di ghiaccio fossile, sia in Groenlandia che in Antartide, sono in stretta correlazione, fi n nelle più minute fl uttuazioni in un senso o nell’altro, con il tenore in CO 2 delle tracce di atmosfera intrappolata nel ghiaccio stesso. Sono note variazioni di lungo periodo della temperatura media superfi ciale (relativa ad interi periodi geologici, ad esempio il Cretacico), anche se non è certo facile dimostrare in questi casi una correlazione diretta con il tenore di CO 2 nell’atmosfera del tempo. Tali variazioni non sembrano avere nulla di catastrofi co, e sono probabilmente da collegare ad oscillazioni di lungo periodo dell’attività delle dorsali oceaniche, e quindi ai processi geodinamici della litosfera. Ḕ quest’ultima infatti che condiziona in defi nitiva, attraverso velocità maggiori o minori di espansione, l’intensità dei processi di subduzione ai quali, come abbiamo visto, è legata l’azione di degassazione dei sedimenti carbonatici marini, essenziale per permettere il riequilibrio del sistema nel lungo periodo. Proteggersi dalle radiazioni ultraviolette C’è qualcos’altro di essenziale per il mantenimento della componente biologica del sistema Terra, ed è lo scudo di ozono. Anche qui vediamo all’opera un meccanismo a retroazione negativa molto effi cace. Lo schermo di ozono O 3 , che protegge i viventi dalle micidiali radiazioni ultraviolette, è interposto tra noi ed il Sole tra 20 e 50 km di quota. Si tratta di uno schermo tanto effi - cace quanto impalpabile, al punto che se riducessimo tutto l’ozono presente nell’alta atmosfera ad uno strato di gas alle stesse condizioni di temperatura e pressione dell’aria che re- Geoitalia 36, 2011 15
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