Impatti dei cambiamenti climatici globali sulla biodiversità e gli ecosistemi Marino Gatto Introduzione: CCG e biodiversità Gli impatti dei CCG I modelli di predizione degli impatti La situazione in Italia: poco fatto, molto da fare!
La biodiversità nel mondo 1. Introduzione Stima del numero di specie esistenti: 3-30 milioni 1,8 milioni di specie catalogate http://www.biodiversityhotspots.org/xp/hotspots Myers N. et al.(2000) Nature 403: 853-858
La biodiversità minacciata 1. Introduzione Tempo di vita medio di una specie animale ricavata dai record fossili: 1-10 milioni di anni Dai tassi di estinzione documentati nel secolo scorso si ricava una riduzione del tempo di vita media a 10.000 anni Dai tassi di estinzione correnti si ricava un tempo di vita medio per uccelli e mammiferi di 200-400 anni Percentuale del numero globale di specie minacciate di estinzione Uccelli Mammiferi Pesci Piante Thuiller W. 2007.Climate change and the ecologist, Nature, 448: 550-552.
Il valore della biodiversità Quanto valgono i servizi della natura? 1. Introduzione Gli ecosistemi forniscono "servizi" che: moderano gli estremi climatici e i loro impatti permettono la dispersione dei semi mitigano siccità e piene proteggono gli uomini dai raggi ultravioletti riciclano i sali nutrienti proteggono le rive dei fiumi e le coste dall erosione detossificano e decompongono i rifiuti controllano gli organismi nocivi per l agricoltura generano e conservano i suoli e rinnovano la loro fertilità contribuiscono alla stabilità climatica purificano aria e acqua regolano gli organismi vettori di malattie provvedono all impollinazione delle piante Stima delle attività economiche umane e dei servizi degli ecosistemi Source: Adapted from R. Costanza et al., "The Value of the World's Ecosystem Services and Natural Capital," Nature Vol. 387 (1997), p. 256, Table 2. L 80% della popolazione mondiale utilizza prodotti medicinali naturali. Dei 150 farmaci più prescritti negli U.S.A., 118 derivano da fonti naturali: 74% da piante, 18% da funghi, 5% da batteri, e 3% da un vertebrato (serpente). Nove dei 10 più utilizzati derivano da prodotti vegetali naturali. Oltre 100.000 differenti specie di animali tra cui pipistrelli, api, mosche, farfalle, coleotteri e uccelli, - forniscono servizi gratuiti di impollinamento. Un terzo del cibo per l uomo proviene da piante impollinate da impollinatori selvatici. Il valore dell impollinamento naturale nei soli U.S.A. è stato stimato tra 4 e 6 miliardi di dollari all anno.
Le vie attraverso cui i CCG influenzano specie ed ecosistemi Aumento della concentrazione atmosferica di CO 2 e di altri gas serra Cambiamento climatico - Aumento delle temperature media globali - Modifica dei patterns di precipitazione - Modifica della frequenza e intensità di eventi estremi 2. Impatti dei CCG Effetti sulla fisiologia Ad es., fotosintesi, respirazione, crescita delle piante, efficienza utilizzo acqua, composizione dei tessuti, metabolismo e decomposizione Effetti sulla fenologia Ad es., anticipo o ritardo di eventi del ciclo vitale Effetti sulla distribuzione Ad es., spostamento verso i poli e verso quote più elevate Adattamento in situ Modifica delle interazioni tra specie Ad es., competizione, predazione, infezione da parassiti, mutualismo Ulteriore spostamento della distribuzione Estinzione di alcune specie Modifiche nella struttura e composizione delle comunità Ad es., progressivo impoverimento di alcune comunità e relativo aumento di specie opportunistiche Hughes L. (2000), Trends in Ecology & Evolution 15:56-61.
Le scale temporali 2. Impatti dei CCG Ipotetici tempi di risposta a una perturbazione ambientale a differenti livelli ecologici Impronte digitali dei CCG In Hannah L. & Lovejoy T. E. (2003), Climate Change and Biodiversity: Synergistic Impacts
Le impronte digitali ecologiche del riscaldamento globale Parmesan C. et al. (1999), Nature 399:579-583 2. Impatti dei CCG Extending northern boundary 1970-1997 Extending northern boundary + rectracting southern boundary
Evidenze genetiche 2. Impatti dei CCG J. Balanya et al. 2006 Global Genetic Change Tracks Global Climate Warming in Drosophila subobscura. Science 313: 1773-1775 Evidenze fenologiche 1700 specie animali e vegetali esaminate. Conferma del riscaldamento in atto nel 20 secolo. Significativo spostamento degli areali di 6,1 km per decennio verso nord. Significativo anticipo di 2,3 giorni per decennio degli eventi primaverili C. Parmesan & G. Yohe 2003 A globally coherent fingerprint of climate change impacts across natural systems Nature 421: 37-42 T.L. Root, J.T. Price, K. R. Hall, S. H. Schneider, C. Rosenzweig & J. A. Pounds 2003 Fingerprints of global warming on wild animals and plants Nature 421:57-60
Lo spostamento a quote più elevate 2. Impatti dei CCG IPCC, 2001. Climate Change 2001: Impacts, adaptation and vulnerability Vegetazione alpina sommitale Spostamento osservato 1-4 m/decennio Grabherr G. et al. (1994), Nature 369:448 EU project GLORIA-Europe
2. Impatti dei CCG L incremento di specie esotiche G-R. Walther, E. Post, P. Convey, A. Menzel, C. Parmesan, T.J. C. Beebee, J-M.Fromentin, O. Hoegh-Guldberg & F. Bairlein Ecological responses to recent climate change Nature 416, 389-395 (2002)
Modelli usati per predire gli impatti dei CCG 3. Modelli di predizione STATICI vs. DINAMICI SINGOLA SPECIE vs. ECOSISTEMA SCALE SPAZIALI LOCALI vs. GLOBALI Relazioni statiche tra fattori abiotici (incluso il clima) e variabili biotiche. Biosfera considerata all equilibrio. Simulano uno o più processi della biosfera e simulano anche stati transitori Simulano singole specie isolate da altre componenti dell ecosistema cui appartengono. risposte individuali delle specie Simulano cambiamenti nella funzione e composizione dell ecosistema/bioma, a livello o di specie o di gruppo funzionale. Dettagliano processi fisiologici, interazioni ecologiche e diversità delle specie Inviluppi climatici, nessuna o scarsa interazione, tipi funzionali
3. Modelli di predizione Modelli di inviluppo specie-clima Fagus sylvatica Faggio
Predizioni via modelli di inviluppo 3. Modelli di predizione 2050: predicted occurence shifts of Parietaria judaica Remaining Potentially suitable Disappearing Bakkenes M. et al. (2002), Global Change Biology 8:390-407.
Diversi livelli trofici 3. Modelli di predizione Remaining Potentially suitable Disappearing
3. Modelli di predizione Proiezioni globali 25% delle specie mondiali estinte entro il 2050 a causa dell azione combinata del riscaldamento globale e della degradazione degli habitat Thomas et al. (2004), Nature 427:145-148
Il problema del downscaling Dal globale al locale 3. Modelli di predizione 50 km grid Europe Clematis vitalba 2 km grid Surrey 10 km grid Great Britain
Punti critici: Impatti indiretti e sinergici 3. Modelli di predizione CLIMA VEGETAZIONE SUOLO FAUNA Anche se esistono cammini causali indiretti, i modelli correnti si focalizzano sulle risposte individuali delle specie ai fattori esogeni. Sinergie e interazioni sono spesso trascurati.
Punti critici: L incertezza delle previsioni 3. Modelli di predizione Modelli che si comportano analogamente in fase di calibrazione possono fornire proiezioni abbastanza differenti Thuiller, 2003. Global change biology, 9: 1353-62
2007: Quarto rapporto IPCC Impacts, Adaptation and Vulnerability 4. Situazione italiana 29.000 serie di dati fisicobiologici selezionate da 80.000 serie (577 studi) secondo i criteri: Studi terminati dopo il 1990 e durati almeno 20 anni Cambiamenti significativi in accordo o in disaccordo con i CCG Italia Pochi studi e concentrati sulle Alpi
4. Situazione italiana Eppure siamo un paese ad alta biodiversità! Siamo anche una ecoregione critica Hoekstra, J. M. et al. Ecol. Lett. 8, 23 29 (2005)
Piante vascolari Alpi Retiche, Punta Marinelli 2310-3256 m Esposizione SO 4. Situazione italiana Quota massima (m) - 2005 58,7 m/decennio 13,0 m/decennio Quota massima (m) - 1959 delta T +1,6 C estate + 1,1 C inverno Parolo G, G Rossi (2007). Upward migration of vascular plants following a climate warming trend in the Alps, Basic and Applied Ecology, doi:10.1016/j.baae.2007.01.005. Aumento del numero di specie con la quota, 1959-2005 Spostamento superiore a quello delle sole specie sommitali
Piante vascolari 4. Situazione italiana Majella, Appennino Centrale 2405-2737 m Studio delle cime secondo il protocollo Gloria - S-Alps/Dolomites (Italy) - Central Apennines/Majella (Italy) - Northern Apennines (Italy) - Central Alps/Texelgruppe (Italy) Stanisci, Pelino e Blasi, 2005. Biodiversity and Conservation, 14: 1301-18 www.gloria.ac.at
Diversità di specie vegetali non arboree 4. Situazione italiana SRES A2 HadCM3 2020-2050 SRES A2 HadCM3 2050-2080 N specie +300 Il modello BIOMOD descrive la nicchia ecologica delle singole specie sulla base di dati di occorrenza e simula la distribuzione futura secondo scenari di CCG -300 Thuiller, 2003. Global change biology, 9: 1353-62 www.pik-potsdam.de/ateam/
A2 2020-2050 N specie +300-300 A2 2050-2080 N specie +300-300
Spostamento dell areale di distribuzione della processionaria Thaumetopoea pityocampa Areale determinato dalla temperatura invernale e dalla radiazione solare Francia: spostamento di 87 km verso latitudini maggiori, 1972-2004 Italia: sulle Alpi spostamento 110-230 m in quota, 1975-2004 4. Situazione italiana Distribuzione geografica spiegata da indicatori climatici (RFT) e da variabili climatiche (T min giornaliera) Buffo, Battisti, Stastny e Larsson, 2007. Agricultural and Forest Entomology, 9: 65-72 Battisti, Statsny, Netherer, Robinet et al., 2005. Ecological Applications, 15:2084-96
Impatti regionali dei CCG: il progetto Kyoto Lombardia (project leader Antonio Ballarin Denti) http://www.flanet.org/ricerca/kyoto.asp Enti sponsorizzatori: Fondazione Lombardia per l Ambiente (FLA) Regione Lombardia Ministero dell Ambiente APAT 4. Situazione italiana 6 linee di ricerca: Clima Inventario Emissioni Cicli gas serra Politiche Comunicazione Esternalità socio-ambientali Scopi Identificare: Impatti diretti e indiretti (al 2020 e al 2050), reti causa-effetto per gli ecosistemi lombardi Mappe di vulnerabilità e di rischio per la Lombardia Valutazioni monetarie e non monetarie delle esternalità
Possibili linee d azione 4. Situazione italiana Raccolta regolare di dati floristici e faunistici con protocolli scientifici standard. Database georeferenziato ed aggiornato della biodiversità. Mantenimento di una rete per le ricerche ecologiche di lungo termine (LTER). Vedi anche esperienza NEON (National Ecological Observatory Network, http://www.neoninc.org/) negli USA. Raccolta di modelli predittivi e sviluppo di nuovi modelli (flora e fauna). Loro organizzazione in un database di modelli. Coordinamento con climatologi per il downscaling. Coordinamento con studiosi del suolo e dei cicli biogeochimici. Flusso di risorse per il monitoraggio e la ricerca non episodico.