Benvenuti nell'era dei ritorni decrescenti


mercoledì 29 luglio 2015

Termodinamica del disboscamento.

di Jacopo Simonetta



In un recente articolo  pubblicato dalla testata  “Proceedings of the National Academy of Sciences” James Hataway sintetizza i risultati si uno studio condotto da un gruppo di tre fisici dell’Università della Georgia (USA).   Lo studio rientra nel fertile filone del’applicazione delle leggi della termodinamica allo studio della crisi sistemica in corso a livello globale. Qui  e qui due versioni dell’articolo.

In estrema sintesi, i ricercatori sostengono che, sotto il profilo meramente termodinamico, la Terra si è comportata per circa 2.5 miliardi di anni come una batteria che ha accumulato energia in forma chimica, tramite l’attività fotosintetica.   Sia la biomassa attuale, sia i combustibili fossili sono infatti costituiti da energia solare immagazzinata in legami chimici ad opera di piante, batteri e cianobatteri.   Questo assicura al nostro Pianeta una distanza teoricamente misurabile dallo stato di degli altri, che è molto più vicino all'equilibrio termodinamico e perciò incompatibile con la vita.   Un modo corretto e complicato di dire che è la presenza di vita che assicura il fatto che sulla Terra ci siano condizioni compatibili con la vita, umana e non.

Nel corso degli ultimi 2 secoli ed in modo progressivamente accelerato,  prosegue l’articolo, questa riserva di energia è stata consumata senza che fosse possibile ripristinarla perché i tempi di dissipazione sono di diversi ordini di grandezza maggiori di quelli necessari par la sua cattura ed accumulo.   D'altronde, è stata esattamente questa spettacolare dissipazione di energia che ha permesso il dominio assoluto della nostra specie sul pianeta, la presenza di oltre 7 miliardi di noi e la costruzione della complessa infrastruttura industriale, agricola ed urbana in cui viviamo.

Ma riducendosi il gradiente termodinamico fra la Terra e lo spazio esterno, le condizioni per la vita vengono gradualmente meno.   Considerando che circa metà della materia organica vivente e fossile è stata distrutta, è il caso di cominciare a preoccuparsi molto seriamente.    Esiste la possibilità di fermare questo processo?    Secondo gli scienziati si ed è incrementare la biomassa vegetale, dunque il tasso di attività foto sintetica a livello planetario.   Un obbiettivo molto difficile, ma l’unica alterativa è l’estinzione della civiltà e, forse, anche della specie umana; finanche la scomparsa della Biosfera stessa.

Anni di autonomia alimentare garantita dalla fotosintesi dall'anno 0 ai giorni nostri.

























La materia non è nuova e riprende, aggiornandolo e circostanziandolo meglio, il punto fondamentale sostenuto da James Lovelock nel suo celebre libro “Ipotesi Gaia” del 1979:  l’indizio sicuro di presenza di vita su di un pianeta sarebbe un’entropia anormalmente bassa.

Come ecologo, non posso che approvare l’enfasi posta sull'importanza della biomassa vegetale come fattore chiave nel mantenere la Terra in un salubre disequilibrio termodinamico.   In altre parole, nell'impedire che il nostro pianeta diventi un deserto di rocce come tutti gli altri del nostro sistema solare.    Nessuno di essi è, beninteso, in perfetto equilibrio con lo spazio circostante, ma il livello di disequilibrio del nostro Pianeta è molto superiore ed è esattamente questo che ci permette di esistere.

Vorrei però aggiungere qualcosa a proposito di uno degli aspetti più importanti e negletti della crisi in corso: la rapida erosione di biodiversità.   Un ecosistema non è infatti composto solo da materia che circola ed energia che fluisce, ma anche da informazione.   La trasformazione di energia luminosa in legami chimici  comporta certo un accumulo di energia, ma anche di informazione sul nostro pianeta.   Quantità e qualità di questa informazione sono, credo, altrettanto e forse ancor più importanti della biomassa.
Per capirsi, già a livello di idrocarburi fossili, quello che rende il brent tanto più prezioso dello Shale oil sono profonde differenze nella forma e nelle dimensioni delle molecole che li compongono.    Dunque la diversa informazione che tali molecole contengono.   Tant'è vero che buona parte dei problemi che cominciamo avere con il petrolio non dipende tanto dalla sua quantità, bensì dal fatto che stiamo esaurendo quello di buona qualità (cioè contenente un certo tipo di informazione).   Altri materiali possono contenere altrettanta energia, ma non la stessa informazione e questo ha conseguenze immense sui processi industriali.

Se passiamo alla biomassa vivente, quella cioè che si riproduce e che quindi ricarica la nostra batteria qui ed ora, troviamo che l’informazione è contenuta non solo nei legami molecolari, ma soprattutto nel genoma e  nella struttura degli ecosistemi di cui gli organismi fotosintetici fanno parte.   La vita si mantiene infatti solo grazie ad un continuo processo di reciproco adattamento fra tutti gli elementi che costituiscono gli ecosistemi.

Fanno eccezione solamente le forzanti esterne, ma se si considera l’ecosistema globale, queste si riducono a pochi fattori astronomici e geologici.   Fra i primi, abbiamo fenomeni come la posizione della Luna, l’attività solare, l’inclinazione dell’asse terrestre, l’eventuale caduta di grandi meteoriti e poco altro.   Fra i secondi, principalmente la deriva dei continenti e l’attività vulcanica.   

In altre parole, quella che si riscontra è una co-evoluzione che crea biodiversità e che si alimenta della medesima.    Non sono infatti le specie e neppure le popolazioni che evolvono, bensì gli ecosistemi di cui le popolazioni sono parte.  

Ma sono i genomi delle popolazioni che costituiscono le “carte” con cui si gioca la partita della vita.   Una partita in cui le regole fisse sono molto poche e tutto cambia in continuazione.   Ogni estinzione è quindi una “carta” perduta e ciò ha due ordini di conseguenze.  

Nell'immediato, riduce l’efficienza e la resilienza del sistema.   Superato un imprevedibile punto di rottura, l’ecosistema si trasforma molto rapidamente e spesso irreversibilmente in qualcosa di completamente diverso e molto più povero.    Esempi classici di questo tipo di fenomeni sono l’eutrofizzazione delle acque e la desertificazione dei suoli.   

In prospettiva, ogni estinzione riduce sia le possibilità di adattamento del sistema complessivo, sia la possibilità di recupero dopo la crisi.   In altre parole, riduce la probabilità che in futuro via sia vita sulla Terra ed il fatto che sia già accaduto varie volte non dovrebbe indurci a sonni tranquilli.   E’ vero che ad ogni estinzione massiva fin qui avvenuta è seguita una fase di recupero, ma le condizioni astrofisiche del Pianeta e del sistema solare non erano le stesse di oggi.   E, comunque, nessuna delle specie dominanti della fase precedente l’estinzione è sopravvissuta.

Insomma, il fatto che stiamo vivendo le fasi iniziali di un’estinzione di massa non pone solo dei problemi di ordine etico (peraltro fondamentali), ma anche di mera sopravvivenza.    Un concetto un po’ difficile da far capire ai nostri amministratori, imprenditori e concittadini, abituati a rispondere che “Non si può fermare il progresso (o l’economia e quel che gli pare al momento) per salvare un uccellino”.

D'altronde, è anche vero che è consumando le riserve di energia e di informazione contenute nel nostro Pianeta che la nostra specie ha potuto costruire l’immensa infrastruttura e la complessa cultura odierna, oltre che i circa cinquecento milioni di tonnellate di carne umana attualmente in circolazione.   In altre parole, una parte consistente dell’energia e dell’informazione contenute anticamente dal Pianeta sono state trasformate nei “hardwhwre” e “softwhere” della civiltà attuale.   Una parte maggiore è stata distrutta nel processo.   Non possiamo sapere quanta, ma sicuramente più di quanta ne rimane, visto che ad ogni trasformazione corrisponde necessariamente un aumento dell’entropia.

Dunque l’impero universale della nostra specie si fonda necessariamente sulla distruzione delle basi termodinamiche della vita di cui noi stessi facciamo parte.   Per usare una parola cara ai filosofi, si potrebbe dire che l’autodistruzione rappresenta l’Entelechia (compimento ultimo e perfetto di una tendenza) dell’evoluzione umana.   Ma non è detto che ci riusciamo!

Anche gli altri animali hanno potenzialmente la stessa tendenza, ma non la possono realizzare perché la loro crescita si scontra con dei limiti invalicabili.   Proprio quelli che, viceversa, noi siamo riusciti finora tanto brillantemente a superare.    Motivo non piccolo di comprensibile orgoglio, ma anche prodromo di suicidio collettivo.   Già, perché il fattori limitanti sono esattamente quella “cosa” che, impedendo lo sviluppo delle popolazioni oltre un certo limite, ne favorisce la sopravvivenza a lungo termine.   Un concetto un po’ acido da ingurgitare, ma è così che funziona il mondo.

Possiamo quindi pensare a molti modi per fermare la distruzione della Vita, ma sarebbero efficaci solamente se ottenessero lo scopo di dirigere il flusso di entropia “verso di noi” anziché “lontano da noi”.   In altre parole, è necessaria una rapida diminuzione della quantità di materia, energia ed informazione contenuta nell’antroposfera.   

In parole povere, la Terra può sopportare a tempo indeterminato solo poca gente che utilizza tecnologie semplici e si accontenta di molto poco.  

Naturalmente, molti non sono d’accordo con questa conclusione ed è possibilissimo che abbiano ragione.   Queste che ho appena tratteggiato non sono infatti certezze, men che meno “verità”, ma solo considerazioni fondate sull'esperienza personale.   Negli anni a venire vedremo quale fra i tanti “mondi” teoricamente possibili diventerà reale.


23 commenti:

  1. Se non ho capito male, la tesi centrale dell'interessante post presenta alcune affinità quanto sostenuto anni fa dal Premio Nobel I.Prigogine & al. a partire da approfondite ricerche sulla termodinamica di non-equilibrio e sulle "strutture dissipative"...
    Prigogine giunse a sostenere l'esigenza di una 'nuova alleanza' tra uomo e natura, che riguardo alla necessaria riduzione dell' 'human footprint' (credo) dovrebbe contemplare non solo la riduzione/conversione ecologica/razionalizzazione dei consumi ma anche l'auto-limitazione della crescita demografica: questione normalmente ignorata se non addirittura incredibilmente capovolta in martellante propaganda natalista da parte destrorsa e sinistrorsa, cattolica, islamica e turbo-capitalista: eppure svuotare/ripristinare una stanza allagata senza prima avere chiuso il rubinetto dell'acqua corrente rimasto aperto è semplicemente impossibile...

    RispondiElimina
    Risposte
    1. Congratulazioni. In effetti l'articolo non richiama direttamente il lavoro di Prigogine che è però uno dei "fondamentali" del mio modo di capire il mondo.

      Elimina
  2. La biomassa "vivente" (per capirci anche se non è del tutto esatto perché una parte non piccola di questa come il legno delle foreste in realtà è costituito da cellule morte) non è affatto costante su tempi geologici (all' inizio delle comparsa della vita sul pianeta era minima, poi nelle diverse ere ha avuto andamenti altalenanti, con un boom dovuto alla comparsa degli organismi pluricellulari e perdite consistenti, seguite da recuperi su tempi di milioni di anni, durante le famose estinzioni di massa). Certamente in questa biomassa è immagazzinata sotto forma di energia chimica l' energia solare, ma anche per mantenere questo accumulo (in continua trasformazione) è necessaria l' energia solare, tranne per la piccola porzioni di batteri chemiosintetici che utilizzano fonti come quelle dei camini oceanici. Questo perché, proprio come individuato da Prigogine gli esseri viventi (tutti senza eccezione) sono strutture termodinamiche dissipative. Gli esseri umani, per millenni (costruendo regni, nazioni ed imperi nel frattempo e diffondendosi sul pianeta già in tempi preistorici) hanno fino a prima della rivoluzione industriale (che ha funzionato per 1 secolo circa a legna e non a carbone, anche se è poco noto) partecipato dello schema generale. Poi però una certa quantità di energia (sempre una trasformazione di quella solare) immagazzinata nelle fonti fossili dalla natura è stata utilizzata sempre più nell' arco degli ultimi 2 secoli. Ma finito questo consumo transitorio (tra qualche decennio od 1-2 secoli, impossibile fare previsioni) l' umanità ritornerà (con traiettorie imprevedibili, magari anche catastrofiche) ad un uso ecologico dell' energia disponibile sul pianeta (sempre trasformata da quella solare, visto che anche idroelettrico ed eolico dipendono da essa indirettamente). A meno che (ma sinceramente le probabilità sono assai limitate) non riesca con la fusione nucleare ad ottenere una fonte realmente alternativa a quella solare, la quale com'è noto si basa appunto sulla fusione.

    RispondiElimina
    Risposte
    1. "non riesca con la fusione nucleare ad ottenere una fonte realmente alternativa a quella solare"

      Centrato!
      La Terra non accumula energia soltanto adesso che riceve la radiazione solare,
      ma ne ha accumulato molta nella sua massa.

      Riuscire a convertire la massa in energia (fusione o fissione nucleare) permette di continuare a dissipare energia, senza utilizzare l'energia chimica dei combustibili fossili.

      Quindi, anche se la Terra accumula energia a una velocità inferiore a quella che viene dissipata, se prima di finire l'energia chimica, si passa all'energia nucleare, il problema è in parte risolto.

      Come ben detto: l'energia dell'uomo non è sempre stata la stessa.
      Ha utilizzato energia chimica (combustibili fossili); energia elettromagnetica (radiazione solare diretta, PV); ed energia nucleare.

      E' chiaro che: solo l'energia nucleare può permettere un ulteriore aumento del consumo energetico, in modo da rendere la società ancora più evoluta/complessa.
      L'entropia chimica (inquinamento) potrà essere trasformata in entropia termica (bonifica) e dissipata nello spazio, usando energia nucleare.

      E l'energia rinnovabile?
      L'energia rinnovabile è adatta a una società stazionaria, dove i consumi e la produzione siano in un certo equilibrio; ma con essa, non possiamo andare oltre al nostro pianeta.
      Nessuna esplorazione dello spazio esterno alla Terra con persone fisiche (i satelliti possono andare con i pannelli fotovoltaici, se restano abbastanza vicino al sole).

      Elimina
    2. Ogni volta che sento argomentare un sostenitore del nucleare mi stupisco per la perentorieta' delle sue affermazioni. In fondo non stiamo attraversando un periodo di transizione dove i dubbi sono maggiori delle certezze? E poi quest'energia dispensata dall'alto di un complesso apparato industriale-tecnologico non comporta un sistema sociale verticistico e un po' antidemocratico?

      Elimina
    3. C'è anche l'energia MUSCOLARE.

      Elimina
    4. Alessandro, ammetto di essere molto ignorante ma non ho mai capito l'astronautica fino in fondo..tranne per i benefici (innegabili) che porta alla scienza medica o farmaceutica..
      per il resto è molto ganzo mandare aggeggi a giro e arrivare dopo decine di anni da qualche parte nell'universo e vedere cose che Galileo aveva visto con un telescopio dalle ottiche scarsissime..però mi pare un pò fine a sé stesso..oltre che energivoro a palla..
      l'idea poi di andare a giro per risorse minerarie mi pare quantomeno utopistico..in un mondo in cui tutte le 'dimensioni' (sociali, politiche e sopratutto economiche) si stanno ridimensionando in maniera già evidente oggi..
      insomma..l'astronautica è un pò come la vicina svedese che all'ora di cena ti chiede se hai il sale in casa..e glielo prendi..incorciando però lo sguardo di tua moglie..
      stesso discorso per il nucleare..saremo in grado, in tempi di ritorni decrescenti, di tirare su centrali? mah..
      un saluto.

      Elimina
    5. Qualsiasi Ricerca sembrava inutile prima di utilizzarne in modo proficuo i suoi risultati.

      C. Colombo perché è andato a scoprire le Americhe? Non gli bastava l'Europa e l'Asia?
      Cercava una via più comoda per raggiungere le Indie?
      Voleva andare in India impiegando meno tempo!
      Ingordo e viziato! :-)

      Certo Galileo aveva visto dei puntini luminosi (le lune di Giove); ma penso che le foto ad alta risoluzione che abbiamo oggi, siano un'altra cosa.
      Per non parlare della sonda che è appena passata accanto a Plutone!
      Foto bellissime! Prima, anche con il più potente cannocchiale, non si riusciva a capire nemmeno se era rotondo o ovale!

      Queste sono le soddisfazioni della vita! :-)

      Elimina
    6. xAnonimo:
      Non sono a favore del nucleare a fissione (Uranio o plutonio).
      Penso che in futuro riusciremo ad utilizzare altri elementi in modo più proficuo e meno pericoloso.

      Elimina
    7. x Madre Terra:
      "C'è anche l'energia MUSCOLARE."

      Tu uomo, lavorerai con il sudore della fronte.....?
      Ti spezzerai la schiena...
      Sgobberai da mattina a sera...
      Patirai le pene dell'inferno...

      ...
      ma scusi... Signore...?
      ...
      ma mi vuoi Bene, oppure mi vuoi Male?!

      Elimina
    8. Essendo un inguaribile ottimista, sono molto scettico sulla fattibilità pratica della fusione fredda o calda che sia. Da oltre 40 anni beneficia (quella calda) di finanziamenti enormi che hanno dato risultati interessantissimi sotto il profilo puramente scientifico. Ma di qui a mettere insieme delle centrali in grado di erogare potenza in rete ad un prezzo accettabile mi sa che ci corre molto più dei 20 anni che da 40 anni vengono preconizzati (ammesso e non concesso che sia possibile). E fra 20 anni saremo nel 2035... prego andarsi a rivedere qualcuno dei tantissimi post sull'affidabilità di Word3 (fino al 2030-40, per l'appunto).
      Potrebbe sembrare una cassandrata, ma secondo me è un motivo di speranza. Se davvero riuscissimo a sviluppare una fonte energetica di tale capacità, la popolazione mondiale continuerebbe ad aumentare ed il collasso della biosfera ad accelerare. Penso che dopo 100 anni o meno saremmo conciati ancora peggio.

      Elimina
  3. "la Terra può sopportare a tempo indeterminato solo poca gente che utilizza tecnologie semplici e si accontenta di molto poco."
    Ho notato che tutti quelli che negano la necessità di controllo demografico e decrescita non hanno minimamente provato a calcolare quale possa essere il limite di popolazione ospitabile dal pianeta.

    RispondiElimina
    Risposte
    1. Probabilmente perché "molto meno di adesso" è la risposta più scientificamente corretta che si possa dare. Azzardare dei numeri sarebbe del tutto aleatorio, vista l'inestricabile complessità del sistema.

      Elimina
  4. non capisco dove sia il problema? non ci sono problemi.. l'uno causa una estinzione di massa, pace. la natura trovera modo fra parecchi secoli di far rifiorire la vita. la natura non si puo fermare.

    RispondiElimina
    Risposte
    1. CD,
      anche un mio collega di lavoro dice come dici tu.

      Io dentro di me penso che .... per me è un problema.
      Il problema, nel mio caso, nasce anche per una questione di bellezza.
      Bella è la natura rispettata, inviolata.
      Brutta è la vista delle fabbriche, dei fumi tossici, delle acque avvelenate, delle discariche di immondizia, degli animali morenti.
      Quel che facciamo è meschino, irrispettoso della vita : non mi piace, mi fa sentir male, e anche piangere dalla tristezza e dall'impotenza : amo gli animali, le piante, le rocce, l'acqua e l'aria.

      Tiziano

      Elimina
    2. Sostituendo i secoli con i milioni di anni, l'osservazione di CD è probabilmente corretta. Esiste tuttavia una possibilità non quantificabile che la combinazione di fattori che stiamo predisponendo possa avviare una serie di retroazioni in grado di estinguere l'intera biosfera o, più facilmente, di ridurla a forme di vita molto semplici in aree rifugio. Non è assolutamente detto che debba andare così male, beninteso, ma è una possibilità la cui probabilità di accadimento aumenta quotidianamente. Di poco, ma aumenta.

      Elimina
  5. 1855, capo Sealth della tribù Duwanish, indiano nordamericano.

    "....
    Qualunque cosa capiti alla terra, capita anche ai figli della terra. Non è stato l'uomo a tessere la tela della vita, egli è soltanto un filo. Qualunque cosa egli faccia alla tela, lo fa a se stesso.
    ...."

    RispondiElimina
  6. Credo ci sia un errore involontario nel testo: "i tempi di dissipazione sono di diversi ordini di grandezza maggiori di quelli necessari per la sua cattura ed accumulo". Probabilmente si voleva intendere "minori".

    RispondiElimina
    Risposte
    1. Esatto, grazie per aver notato il refuso.

      Elimina
  7. Credo ci sia un errore involontario nel testo: "i tempi di dissipazione sono di diversi ordini di grandezza maggiori di quelli necessari per la sua cattura ed accumulo". Probabilmente si voleva intendere "minori".

    RispondiElimina
  8. Mi sono "piaciuti" "i circa cinquecento milioni di tonnellate di CARNE umana attualmente in circolazione". Cioe' NON mi sono piaciuti affatto, e non credo piacciano molto neanche a GAIA. Forse le piacerebbero di piu' cinquanta milioni? (a mio parere, già troppi)…e mi e' piaciuto anche “Non si può fermare il "progresso" per salvare un uccellino” ...mentre invece SI DEVE, altrimenti non si salveranno nemmeno cinquanta milioni di tonnellate di avvoltoi ed altri tipi di uccellacci bipedisti che si alimentano di morte...

    RispondiElimina
  9. Bellissimo articolo che a ma non porta niente di nuovo in quanto sono biologo di formazione ma mi fa venire i brividi se penso al divario che esiste tra la consapevolezza espressa in questo articolo e la consapevolezza del cittadino comune su questi argomenti.

    RispondiElimina