Anastasia Makarieva, una fisica nucleare dell'Istituto di fisica nucleare di San Pietroburgo, ha difeso la teoria secondo cui le foreste della taiga della Russia regolano il clima delle regioni settentrionali dell'Asia da più di dieci anni. Molti meteorologi occidentali non sono d'accordo con lei, ma il governo e gli scienziati russi sono interessati a questa teoria.
Ogni estate, quando le giornate si allungano, Anastasia Makarieva lascia il suo laboratorio a San Pietroburgo e va in vacanza nelle infinite foreste del nord russo. Un fisico nucleare pianta una tenda sulle rive del Mar Bianco, tra abeti e pini, nuota in kayak sugli infiniti fiumi della regione e prende appunti sulla natura e sul clima. "Le foreste sono una parte importante della mia vita personale", dice. Per 25 anni di pellegrinaggio annuale nel nord, sono diventati una parte importante della sua vita professionale.
Per più di dieci anni, Makarieva ha difeso una teoria che ha sviluppato insieme a Viktor Gorshkov, suo mentore e collega dell'Istituto di fisica nucleare di Pietroburgo (PNPI), su come le foreste boreali (taiga) della Russia, la più grande foresta della Terra, regolano il clima dell'Asia settentrionale. Questa teoria fisica semplice ma di vasta portata descrive come il vapore acqueo esalato dagli alberi crei i venti: questi venti attraversano il continente, trasportando aria umida dall'Europa attraverso la Siberia e oltre alla Mongolia e alla Cina; questi venti trasportano le piogge che alimentano i fiumi giganti della Siberia orientale; questi venti innaffiano la pianura settentrionale della Cina, il granaio del paese più popoloso del pianeta.
A causa della sua capacità di assorbire anidride carbonica ed espirare ossigeno, le grandi foreste sono spesso chiamate i polmoni del pianeta. Ma Makarieva e Gorshkov (è morto l'anno scorso) sono convinti di essere anche il suo cuore. "Le foreste sono sistemi pluviali complessi e autosufficienti e il principale fattore di circolazione dell'atmosfera sulla Terra", afferma Makarieva. Ricircolano enormi quantità di umidità nell'aria e nel processo creano venti che pompano quest'acqua in tutto il mondo. La prima parte di questa teoria - che le foreste fanno piovere - è coerente con la ricerca di altri scienziati ed è sempre più ricordata quando si gestiscono le risorse idriche sullo sfondo della deforestazione dilagante. Ma la seconda parte, la teoria che Makarieva chiama la pompa biotica, è molto più controversa.
Il background teorico del lavoro è stato pubblicato - anche se su riviste meno conosciute - e un piccolo gruppo di colleghi ha sostenuto Makarieva. Ma la teoria della pompa biotica ha ricevuto una raffica di critiche, specialmente dai modellisti del clima. Alcuni credono che l'impatto della pompa sia insignificante, mentre altri lo negano del tutto. Di conseguenza, Makarieva si è ritrovata nel ruolo di un'estranea: una fisica teorica tra gli sviluppatori di modelli, una russa tra gli scienziati occidentali e una donna in un'area governata da uomini.
Tuttavia, se la sua teoria è corretta, sarà in grado di spiegare perché, nonostante la notevole distanza dagli oceani, all'interno dei continenti boscosi ci siano tante piogge quanto sulla costa, e perché l'interno dei continenti senza alberi, al contrario, è solitamente arido. Ciò implica anche che le foreste - dalla taiga russa alle foreste pluviali dell'Amazzonia - non crescono solo dove il tempo è giusto. Lo fanno da soli. "Da quello che ho letto, ho concluso che la pompa biotica funziona", dice Douglas Sheil, ecologo forestale presso l'Università norvegese di scienze della vita. Con il destino delle foreste del mondo in questione, dice: "Anche se c'è la minima possibilità che questa teoria sia corretta, è imperativo scoprirlo con certezza".
Molti libri di testo di meteorologia forniscono ancora un diagramma del ciclo dell'acqua in natura, dove la causa principale dell'umidità atmosferica, che si condensa nelle nuvole e cade sotto forma di pioggia, è l'evaporazione dell'oceano. Questo schema ignora completamente il ruolo della vegetazione e soprattutto degli alberi, che agiscono come gigantesche fontane. Le loro radici attingono l'acqua dal terreno per la fotosintesi e i pori microscopici nelle foglie fanno evaporare l'acqua inutilizzata nell'aria. Questo processo - una specie di traspirazione, solo sugli alberi - è chiamato traspirazione. Pertanto, un albero maturo rilascia centinaia di litri di acqua al giorno. A causa della vasta area di fogliame, la foresta spesso rilascia più umidità nell'aria rispetto a uno specchio d'acqua della stessa dimensione.
Il ruolo di questa umidità secondaria nella formazione delle piogge nutrienti è stato ampiamente trascurato fino al 1979, quando il meteorologo brasiliano Eneas Salati ha esaminato la composizione isotopica dell'acqua piovana dell'Amazzonia. Si è scoperto che l'acqua restituita dalla traspirazione contiene più molecole con l'isotopo pesante ossigeno-18 rispetto all'acqua evaporata dall'oceano. Quindi Salati ha mostrato che la metà delle precipitazioni sull'Amazzonia è caduta a causa dell'evaporazione della foresta.
I meteorologi hanno monitorato il getto atmosferico sulla foresta a un'altitudine di circa 1,5 chilometri. Questi venti, denominati collettivamente corrente a getto inferiore sudamericana, soffiano da ovest a est attraverso l'Amazzonia alla velocità di una bicicletta da corsa, dopodiché le Ande li trascinano a sud. Salati e altri hanno suggerito che fossero loro a trasportare la maggior parte dell'umidità rilasciata e li hanno soprannominati "il fiume volante". Secondo il climatologo Antonio Nobre del Brazilian National Space Research Institute, il Rio delle Amazzoni in volo trasporta oggi tanta acqua quanto il gigantesco fiume terrestre sottostante.
Per un certo periodo si è creduto che i fiumi volanti fossero limitati al bacino amazzonico. Ma negli anni '90, l'idrologo Hubert Savenije della Delft University of Technology ha iniziato a studiare il ricircolo dell'umidità nell'Africa occidentale. Utilizzando un modello idrologico sui dati meteorologici, ha scoperto che più ci si allontana dalla costa, maggiore è la percentuale di pioggia che cade dalle foreste, fino al 90% nell'interno. Questa scoperta spiega perché il Sahel interno sta diventando più secco: le foreste costiere sono scomparse nell'ultimo mezzo secolo.
Uno degli studenti di Savenier, Ruud van der Ent, ha sviluppato la sua idea creando un modello globale del flusso d'aria dell'umidità. Ha riunito osservazioni di precipitazioni, umidità, velocità e temperatura del vento e stime teoriche di evaporazione e traspirazione, e ha creato il primo modello per il trasporto dell'umidità su scale oltre i bacini fluviali.
Nel 2010, Van der Ent ei suoi colleghi hanno rivelato la loro scoperta che a livello globale, il 40% di tutte le precipitazioni cade sulla terra, non sull'oceano. Spesso anche di più. Il Rio delle Amazzoni in volo fornisce il 70% delle precipitazioni nel bacino del Rio de la Plata, che si estende nel sud-est del Sud America. Van der Ent è stato piuttosto sorpreso di scoprire che la Cina riceve l'80% della sua acqua da ovest - e questa è principalmente l'umidità dell'Atlantico, che viene elaborata dalle foreste della taiga della Scandinavia e della Russia. Il viaggio ha diverse fasi - cicli di traspirazione con pioggia associata - e dura sei mesi o più. "Questo è contrario alle informazioni precedenti che tutti imparano al liceo", dice. "La Cina è vicina all'oceano, l'Oceano Pacifico, ma la maggior parte delle sue piogge è l'umidità proveniente dalla terra nell'estremo ovest".
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Se Makarieva ha ragione, le foreste non forniscono solo umidità, ma creano anche il vento che la trasporta.
Ha lavorato con Gorshkov per un quarto di secolo. Ha iniziato come studentessa al PNPI, una suddivisione del Kurchatov Institute, il più grande istituto russo di ricerca nucleare, sia civile che militare. Fin dall'inizio, hanno lavorato sul campo e si sono occupati di ecologia presso l'istituto, dove i fisici studiano i materiali utilizzando reattori nucleari e fasci di neutroni. Come teorici, ricorda, avevano "un'eccezionale libertà di ricerca e di pensiero" - erano impegnati nella fisica dell'atmosfera ovunque li portasse. "Victor mi ha insegnato: non temere nulla", dice.
Nel 2007, hanno presentato per la prima volta la loro teoria della pompa biotica sulla rivista Hydrology and Earth Sciences. È stato considerato provocatorio sin dall'inizio perché contraddiceva un principio di vecchia data della meteorologia: i venti sono causati principalmente dal riscaldamento differenziale dell'atmosfera. Man mano che sale, l'aria calda abbassa la pressione degli strati sottostanti, creando essenzialmente nuovo spazio per se stessa sulla superficie. In estate, ad esempio, la superficie terrestre si riscalda più velocemente e attira brezze umide dall'oceano più fresco.
Makarieva e Gorshkov sostengono che a volte prevale un processo diverso. Quando il vapore acqueo di una foresta si condensa in nuvole, il gas diventa un liquido e occupa meno volume. Ciò riduce la pressione dell'aria e aspira l'aria orizzontalmente dalle aree con meno condensa. In pratica, questo significa che la condensa sulle foreste costiere forza la brezza marina, spingendo l'aria umida verso l'interno, dove alla fine si condensa e cade sotto forma di pioggia. Se le foreste si estendono nell'entroterra, il ciclo continua, mantenendo venti umidi per migliaia di chilometri.
Questa teoria ribalta la visione tradizionale: non è la circolazione atmosferica che controlla il ciclo idrologico, ma, al contrario, il ciclo idrologico regola la circolazione di massa dell'aria.
Sheel, ed è diventato un sostenitore della teoria più di dieci anni fa, lo considera uno sviluppo dell'idea di far volare i fiumi. "Non si escludono a vicenda", afferma. "La pompa spiega la forza dei fiumi". Crede che la pompa biotica spieghi il "paradosso freddo dell'Amazzonia". Da gennaio a giugno, quando il bacino amazzonico è più freddo dell'oceano, forti venti soffiano dall'Atlantico all'Amazzonia, sebbene la teoria del riscaldamento differenziale suggerisca il contrario. Nobre, un altro sostenitore di lunga data, spiega con entusiasmo: "Non vengono dai dati, ma da principi fondamentali".
Anche coloro che dubitano della teoria concordano sul fatto che la perdita di foreste ha conseguenze di vasta portata per il clima. Molti scienziati sostengono che la deforestazione migliaia di anni fa ha portato alla desertificazione delle terre interne dell'Australia e dell'Africa occidentale. C'è il rischio che la deforestazione in futuro porti a siccità in altre regioni, ad esempio, parte della foresta pluviale amazzonica si trasformerà in savana. Anche le regioni agricole della Cina, il Sahel africano e la pampa argentina sono a rischio, afferma Patrick Keys, chimico dell'atmosfera presso la Colorado State University, Fort Collins.
Nel 2018, Kees e colleghi hanno utilizzato un modello simile a quello di van der Ent per tracciare le fonti di precipitazione per 29 aree metropolitane globali. Ha scoperto che la maggior parte dell'approvvigionamento idrico di 19 di loro dipende da foreste remote, tra cui Karachi (Pakistan), Wuhan e Shanghai (Cina), Nuova Delhi e Calcutta (India). "Anche piccoli cambiamenti nelle precipitazioni causati dai cambiamenti nell'uso del suolo sottovento possono avere un grande impatto sulla fragilità dell'approvvigionamento idrico urbano", afferma.
Alcuni modelli suggeriscono addirittura che la deforestazione, distruggendo la fonte di umidità, minaccia di alterare le condizioni meteorologiche ben oltre i fiumi galleggianti. Come sapete, El Niño - le fluttuazioni della temperatura del vento e delle correnti nell'Oceano Pacifico tropicale - influenza indirettamente il tempo in luoghi remoti. Allo stesso modo, la deforestazione in Amazzonia potrebbe ridurre le precipitazioni nel Midwest degli Stati Uniti e la copertura nevosa nella Sierra Nevada, afferma il climatologo dell'Università di Miami Roni Avissar, che sta modellando tali connessioni. Inverosimile? "Niente affatto", risponde. “Sappiamo che El Niño è capace di questo, perché, a differenza della deforestazione, questo fenomeno si ripete e noi osserviamo uno schema. Entrambi sono causati da piccoli cambiamenti di temperatura e umidità che viene rilasciata nell'atmosfera ".
Il ricercatore dell'Università di Stoccolma Lan Wang-Erlandsson, che sta studiando l'interazione tra terra, acqua e clima, afferma che è tempo di passare dall'uso dell'acqua e del sottosuolo all'interno di un particolare bacino fluviale al cambiamento dell'uso del suolo oltre. "Sono necessari nuovi accordi idrologici internazionali per mantenere le foreste nelle aree in cui si formano masse d'aria", afferma.
Due anni fa, a una riunione del Forum delle Nazioni Unite sulle foreste, a cui partecipano i governi di tutti i paesi, il ricercatore della terra dell'Università di Berna David Ellison ha presentato un caso di studio. Ha dimostrato che fino al 40% delle precipitazioni totali negli altopiani etiopi, la principale fonte del Nilo, proviene dall'umidità che ritorna dalle foreste del bacino del Congo. Egitto, Sudan ed Etiopia stanno negoziando un accordo atteso da tempo per dividere le acque del Nilo. Ma un tale accordo non avrebbe senso se la deforestazione nel bacino del Congo, lontano dai tre paesi, prosciugasse la fonte di umidità, ha suggerito Ellison. "La relazione tra foreste e acqua nella gestione dell'acqua dolce del mondo è quasi completamente ignorata".
La teoria della pompa biotica spingerà ulteriormente la posta in gioco, poiché si prevede che la perdita di foreste influenzerà non solo le fonti di umidità, ma anche i modelli di vento. Ellison avverte che la teoria, se confermata, sarà "fondamentale per i modelli di circolazione dell'aria planetaria", specialmente quelli che trasportano aria umida nell'entroterra.
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Ma finora i sostenitori della teoria sono in minoranza. Nel 2010, Makarieva, Gorshkov, Shil, Nobre e Bai-Liang Li, ecologisti dell'Università della California, Riverside, hanno presentato la loro descrizione storica della pompa biotica in Atmospheric Chemistry and Physics, un importante giornale tematico con revisione tra pari aperta. Ma l'articolo "Da dove vengono i venti?" è stato criticato su Internet e la rivista ha impiegato molti mesi per trovare solo due scienziati che lo recensissero. Isaac Held, un meteorologo del Geophysical Fluid Dynamics Laboratory dell'Università di Princeton, si è offerto volontario e ha raccomandato di rifiutare la pubblicazione. "Non è un effetto misterioso", dice. "È generalmente insignificante e, inoltre, è già preso in considerazione in una serie di modelli atmosferici". I critici dicono che l'espansione dell'aria dal calore,che viene rilasciato durante la condensazione del vapore acqueo, contrasta l'effetto spaziale della condensa. Ma Makarieva afferma che questi due effetti sono separati spazialmente: il riscaldamento si verifica in quota e il calo della pressione di condensazione si verifica più vicino alla superficie, dove si crea il vento biotico.
Un altro revisore è stato Judith Curry, un fisico atmosferico presso il Georgia Institute of Technology. È da tempo preoccupata per lo stato dell'atmosfera e ha ritenuto che l'articolo dovesse essere pubblicato, perché "il confronto ha un effetto negativo sulla climatologia e ha bisogno di sangue dal naso per i fisici". Dopo tre anni di dibattito, il direttore della rivista ha respinto la raccomandazione di Held e ha pubblicato l'articolo. Ma allo stesso tempo ha osservato che la pubblicazione non può essere considerata un'approvazione, ma servirà come dialogo scientifico su una teoria controversa - per confermarla o confutarla.
Da allora non sono emerse conferme o smentite - il confronto è continuato. Il simulatore climatico della Columbia University Gavin Schmidt afferma: "Questa è solo una sciocchezza". Gli autori rispondono a critiche così: "Infatti, a causa della matematica, non sono sicuri se continuare il dialogo". Jose Marengo, meteorologo brasiliano e capo del Centro nazionale per la prevenzione e il monitoraggio dei disastri, dice: "Penso che ci sia una pompa, ma ora è tutto a livello di teoria. Gli esperti sui modelli climatici non lo hanno accettato, ma i russi sono i migliori teorici del mondo, quindi devono essere condotti esperimenti sul campo appropriati per controllare tutto ". Ma finora nessuno, nemmeno la stessa Makarieva, ha proposto tali esperimenti.
Da parte sua, Makarieva si basa sulla teoria, sostenendo in una serie di lavori recenti che lo stesso meccanismo può influenzare i cicloni tropicali: sono guidati dal calore rilasciato quando l'umidità si condensa sull'oceano. Nel quotidiano Atmospheric Research del 2017, lei ei suoi colleghi hanno suggerito che le pompe biotiche simili a foreste attirano aria ricca di umidità dalle origini dei cicloni. Questo, dice, spiega perché i cicloni si formano raramente nell'Oceano Atlantico meridionale: le foreste pluviali dell'Amazzonia e del Congo drenano così tanta umidità che ne rimane troppo poco per gli uragani.
Il ricercatore capo sugli uragani del MIT, Kerry Emanuel, afferma che gli effetti proposti sono "significativi, ma trascurabili". Preferisce altre spiegazioni all'assenza di uragani nell'Atlantico meridionale, ad esempio, le acque fresche della regione rilasciano meno umidità nell'aria ei suoi forti venti impediscono la formazione di cicloni. Makarieva, da parte sua, è altrettanto sprezzante nei confronti dei tradizionalisti, ritenendo che alcune delle teorie esistenti sull'intensità degli uragani "contraddicono le leggi della termodinamica". Ha un altro articolo sul Journal of Atmospheric Sciences - in attesa di revisione. "Siamo preoccupati che, nonostante il supporto dell'editore, il nostro lavoro venga nuovamente rifiutato", dice.
Sebbene le idee di Makaryeva siano considerate marginali in Occidente, stanno gradualmente prendendo piede in Russia. L'anno scorso il governo ha avviato un dialogo pubblico sulla revisione delle leggi forestali. Ad eccezione delle vecchie aree protette, le foreste russe sono aperte allo sfruttamento commerciale, ma il governo e l'Agenzia federale delle foreste stanno prendendo in considerazione una nuova categoria: le foreste per la protezione del clima. "Alcuni nel nostro dipartimento forestale sono rimasti colpiti dall'idea della pompa biotica e vogliono introdurre una nuova categoria", afferma. L'idea è stata sostenuta anche dall'Accademia delle scienze russa. Makarieva dice che essere parte del consenso, e non un eterno outsider, è nuovo e insolito.
Quest'estate, il suo viaggio nelle foreste settentrionali è stato interrotto dall'epidemia di coronavirus e dalla quarantena. A casa a San Pietroburgo, si è seduta per un altro giro di obiezioni da revisori anonimi. È convinta che la teoria della pompa prima o poi vincerà. "C'è una naturale inerzia nella scienza", dice. Con un cupo umorismo russo, ricorda le parole del leggendario fisico tedesco Max Planck, che ha dato la famosa descrizione del progresso della scienza: "una serie di funerali".
