INTRODUZIONE ALL`ECO TOSSICOLOGIA

INTRODUZIONE
ALL’ECO
TOSSICOLOGIA
L’ecotossicologia nei confronti delle
scienze, delle scienze ambientali e
dell’ecologia
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L’Ecotossicologia si pone, nell’ambito delle Scienze e delle Scienze Ambientali, in
particolare, in una posizione apicale non perché sia superiore alle altre scienze ma perché
rappresentza il coacervo delle stesse.
Senza la conoscenza di tutte le discipline scientifiche (almeno in una certa
misura), non e’ possibile o é piuttosto difficile comprendere completamente la
Ecotossicologia.
Per questo abbiamo ritenuto di inserire in questa introduzione, alcune parti
di un ottimo lavoro del Prof.Alessandro Marani, buon amico ed eminente
ricercatore che, dal suo punto di vista di fisico analizza l’ambito in cui
l’Ecotossicologia si pone ed in cui ci preme porla, alla luce, come vedremo, più
avanti, di quanto definito ed affermato da un altro caro amico e validisimo
scienziato, il Prof.Oscar Ravera.
Afferma Marani:
“Lo studio dell’ambiente presenta alcune peculiarità per le quali è
opportuno riconsiderare il metodo scientifico nella forma che viene normalmente
utilizzata dai ricercatori delle discipline classiche. Le revisioni riguardano gli
strumenti e le modalità di lavoro per rendere riproducibili le esperienze condotte
su fenomeni che non possono ripetersi né possono essere ricostruiti in
laboratorio. “
Si tratta di metodi che erano latenti nel pensiero scientifico del passato, ma
che in difetto di esplicitazione erano stati relegati a ruoli marginali o ignorati del
tutto per pigrizia e povertà culturale dei ricercatori.
La difficoltà a sviluppare nuovi metodi rispetto alla facilità di fare misure in
modo acritico ha condizionato le ricerche in campo che per molto tempo sono
state condotte sulla falsa riga di quelle di laboratorio ipotizzando che lisimetri,
parcelle, modelli fisici in scala e nicchie ecologiche fossero sufficienti a surrogare
l’ambiente.
Di fatto la riproducibilità degli esperimenti che è richiesta dall’approccio
scientifico alla conoscenza è ben altra cosa perché i fattori dell’ambiente sono tali
e tanti che non possono essere tutti coscientemente contemplati quando si
realizza un simulacro della natura o di una sua parte. In questa ottica anche le
misure dirette devono essere guidate dagli obiettivi soprattutto perché il modo di
effettuare il prelievo dei campioni da mandare all’analisi non è indipendente dalla
conoscenza che si cerca di acquisire.
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Con lo scopo di porre delle domande nella direzione abbozzata e di
impostare adeguate risposte vengono nel seguito esaminati e schematizzati i
processi della conoscenza usuale e della conoscenza scientifica in modo da
stabilire i passaggi che caratterizzano e distinguono le due modalità di
conoscere.
Inoltre, partendo dalla classificazione moderna delle scienze, si introduce
una nuova categoria delle scienze della natura, quella delle scienze ambientali
appunto, che per definizione deve operare con esperimenti e misure effettuate
direttamente nell’ambiente senza perturbarne i funzionamenti.
Questa
caratteristica
richiede
che
le
scienze
ambientali
siano
multidisciplinari e che adottino metodi di verifica scientifica basati sulla
riproducibilità modellistica degli eventi che per loro natura non sono né
riproducibili né ripetitivi (Troppi fattori in gioco per riprodurli fedelmente e perché
si ripresentino con le stesse modalità. Ovvero il cinese seduto sulla sponda del
fiume ad aspettare il cadavere del suo nemico anche se lo vede passare non
potrà farlo una seconda volta.).
Saranno anche analizzati i risvolti di politica ambientale e quelli legati alle
valutazioni di impatto. A questo riguardo saranno discussi termini di dominio
pubblico usati con modalità equivoche spesso alimentate ad arte come avviene
per lo “sviluppo sostenibile”, la “educazione ambientale”, il “ripristino ambientale”,
ecc..
Infine volendo completare questa introduzione con un cenno storico, si
ricorda che per molto tempo, nel passato, la scienza è stata onnicomprensiva del
sapere ed i filosofi ne furono i detentori, come, del resto, nelle comunità primitive
lo sono ancora gli stregoni e i saggi. Galileo coltivava, come del resto i suoi
colleghi contemporanei, una vasta gamma di interessi e solo nel secolo scorso il
sapere si è specializzato in settori: fisica, matematica, chimica, medicina, ecc..
La specializzazione ha caratterizzato tutto il XX° Secolo e la sua
applicazione talvolta esagerata ha dato il destro al paradosso secondo cui lo
specialista, approfondendo sempre di più un settore sempre più ristretto, finisce
per sapere tutto di nulla.
La specializzazione e l’applicazione oltranzista di criteri riduzionisti hanno
talvolta sviato la lettura dei dati sperimentali e creato difficoltà di comunicazione
fra le discipline. Bisogna arrivare alla scoperta del “caos” effettuata nel 1962 da
un meteorologo del MIT, per valutare i limiti del metodo riduzionista chiaramente
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espressi dall’effetto farfalla, per il quale il battito delle ali di una farfalla in Brasile
può scatenare (ed equivalentemente anche inibire) un uragano in Texas: ovvero
cause anche piccolissime possono produrre effetti grandissimi.
BOX 1
Con il termine riduzionìsmo si indica un indirizzo epistemologico che
traduce teorie, concetti e linguaggi di una disciplina in quelli di un'altra. Nel
presente contesto il termine è usato in contrapposizione al termine “olismo”.
Spesso l'effetto farfalla viene interpretato in senso negativo (piccole cause
possono produrre catastrofi), ma vale anche un'interpretazione ottimistica per
la quale piccole cause possono evitare catastrofi.
Per stabilire i significati dell'ambiente in chiave scientifica è utile ricordare
criteri e metodi in uso con successo nelle varie discipline cercando di rileggerli
nella prospettiva dei nuovi problemi che hanno la peculiarità di essere
interdisciplinari, multiscala e dinamici.
L'interpretazione dei fenomeni va rivista cercando di superare i settorialismi
e le barriere linguistiche delle singole discipline ricorrendo anche ad
esemplificazioni paradossali.
Il Metodo scientifico
Il termine “scienza” indica il sapere inteso come insieme organico di
conoscenze correlate in modo logico. Si riferisce ad un tipo di conoscenza che ha
in sé il metodo per verificare gli enunciati in modo da garantire la propria validità.
Come tale, la scienza rappresenta il grado massimo della certezza ed è
l'opposto dell'opinione che, invece, caratterizza l’assenza di garanzie.
Le componenti metodologiche fondamentali della scienza sono:
(i)
la deduzione che, partendo da principi indimostrabili (postulati o
assiomi), sviluppa proposizioni consistenti fino anche a costituire
l'intero apparato della disciplina (come nel caso delle scienze
formali: logica, matematica e geometria)
(ii)
l’induzione (presente nelle scienze della natura: chimica, fisica,
biologia e geologia), che si basa sulla riproducibilità degli
esperimenti e sulla verifica delle ipotesi poste per costruire le leggi
di relazione tra i dati ottenuti con gli esperimenti;
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(iii)
la tassonomìa, che costituisce la componente sistematica
(classificatoria e descrittiva) necessaria e preliminare per tutte le
discipline scientifiche.
Schema di processo cognitivo semplice (opinione).
Una metodologia è l'insieme dei protocolli (norme e tecniche) di ricerca di
cui si avvale una disciplina. Ogni metodologia per essere scientifica deve
comprendere una fase tassonomica ed almeno una delle due fasi logiche di
induzione e deduzione. La prima stabilisce il vocabolario sul quale operano (una
o tutte e due) le componenti logiche.
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Lo schema procedurale
La conoscenza dell’uomo deriva delle sue capacità di “rendere concettuali”
le proprie osservazioni attraverso processi cognitivi del tipo schematizzato.
La conoscenza scientifica costituisce una parte della conoscenza umana e
si ottiene completando il processo con l'introduzione di un ciclo di verifica.
Le verifiche si possono effettuare solo potendo disporre di simulatori che
permettano di riprodurre gli oggetti ed i comportamenti da verificare. Si noti come
anche il metodo scientifico non possa prescindere dalla fase soggettiva
compresa nell'operazione di concettualizzazione propria dello schema.
Per quanto riguarda i dati è bene tener presente che essi non derivano
necessariamente da operazioni di misura (dati sperimentali), ma possono essere
anche prodotti da operazioni concettuali (dati teorici, simulazioni, stime, ecc.) ed
essere anche qualitativi.
Naturalmente, solo se le osservazioni di partenza sono quantitative si può
raggiungere una conoscenza quantitativa, altrimenti il risultato sarà qualitativo.
Ad esempio, qualche anno fa un tale si diceva capace di piegare, tramite
forze extrasensoriali, degli oggetti metallici. La percezione dell'evento era
qualitativa (oggetti metallici che si piegano), il modello concettuale era che la
piegatura avvenisse ad opera di forze non muscolari («del pensiero»?) che quel
tale diceva di saper controllare. Interrotto a questo punto il processo cognitivo è
quello abituale.
Alcuni ricercatori hanno sottoposto il tale a prove in condizioni diverse
(simulazioni fisiche) con risultati non convincenti (è mancata la verifica per
l'impossibilità di riprodurli) e si è deciso che il modello delle “forze extrasensoriali”
non funzionava.
Altri (illusionisti di professione) hanno mostrato (nuovi eventi) che la
piegatura era possibile con trucchi di prestidigitazione indicando come accettabile
il modello della illusione (che si è visto essere riproducibile).
Allora non rimase altro che interrompere gli esperimenti in attesa di
eventuali
nuovi
eventi
capaci
di
promuovere
il
modello
delle
“forze
extrasensoriali”. Come si è detto, l’osservazione era qualitativa ed il risultato
(quel tale era un impostore) non poteva che essere qualitativo.
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BOX 2
Simulatore è un dispositivo che permette di ricreare una situazione
analoga a quella reale per fare delle prove o misure.
Schema
logico
del
metodo
scientifico
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Le discipline scientifiche
L’uomo accumula conoscenza basandosi su strumenti, metodi e ritrovati
propri della «filosofia», disciplina che studia i principi generali comuni alle varie
branche del sapere e del conoscere essendo queste distinte in metafisica,
estetica, epistemologia, gnoseologia, etica. La filosofia antica colloca tutta la
conoscenza della natura nella «fisica» quale contrapposto della «metafisica» (o
viceversa). Ai giorni nostri però la fisica è diventata una disciplina specifica del
sapere scientifico come lo sono la chimica, la biologia, ecc..
Schema di classificazione delle scienze. Le «Scienze Ambientali» non
compaiono nella classifica perché non sono una disciplina ma un metodo.
In effetti il termine «scienza» designa il complesso di tutte le discipline che
studiano sistematicamente un campo o un aspetto della realtà, intesa come la
totalità degli oggetti dei quali la ragione afferma e giustifica l’esistenza.
Già Aristotele aveva stabilito che la scienza non è una semplice raccolta o
descrizione di cose ed avvenimenti, ma un sapere organico, fondato
sull’esperienza e costruito con la ragione, che indaga le connessioni tra i
fenomeni.
Il termine scienza cominciò a contrapporsi a quello di filosofia nel tardo
seicento precisando che la scienza deve studiare il come, non il perché dei
fenomeni e deve limitarsi a ricercare le leggi di natura, non le spiegazioni
ultime della realtà.
Progressivamente la scienza ha accentuato sempre più il ricorso
all’esperimento come criterio di prova ed alla matematica come strumento logico
per esprimere quantitativamente le caratteristiche dei fenomeni e le relazioni fra
gli oggetti.
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Oggi si ritiene che la differenza fra filosofia e scienza riguardi sia gli
argomenti di studio, sia le metodologie usate. Alla scienza spettano i problemi
generali verificabili empiricamente, alla filosofia quelli universali non
verificabili con esperimenti.
BOX 3
La metafisica è quella parte della filosofia che studia l'essere in quanto tale
ricercandone i principi primi. Il nome deriva da Aristotele che ha trattato l'essenza
della realtà collocandola dopo (meta) quella della natura (fisica).
Il prefisso assunse poi il significato di "al di là, sopra" e la metafisica
divenne la conoscenza assoluta, in grado di fornire i principi generali e universali,
sulla base dei quali sviluppare le singole scienze.
Questa concezione della metafisica venne rigettata sia dall'illuminismo che
dal positivismo ed il pensiero filosofico attuale respinge ogni filosofia che abbia la
pretesa di spiegare in modo definitivo e universale tutta la realtà.
Il termine estetica indica la conoscenza delle cose sensibili ed è stato
impiegato con riferimento a tutto quello che è bello.
Originariamente Platone separò il bello, come idea, dall'attività artistica,
considerata come imitazione. Il Vico rivendicò l'autonomia dell'arte come
conoscenza, che si estrinseca tramite la fantasia, ed il positivismo classificò
empiricamente le varie arti.
L’epistemologia è la disciplina filosofica che studia i fondamenti, la natura e
i limiti della conoscenza scientifica e si propone di individuare criteri rigorosi per
distinguere i giudizi scientifici da quelli di opinione (problemi morali, religiosi,
metafisici ecc.).
La gnoseologia è quella parte della filosofia che si occupa del problema
della conoscenza, cioè dell’origine, della natura, del valore e dei limiti della nostra
facoltà di conoscere, ovvero del rapporto tra la mente umana e la realtà
considerata come esterna ed indipendente dal pensiero che la conosce.
Quindi, la gnoseologia si distingue dalla logica che studia invece le norme
del pensiero per stabilire i criteri di verità e di errore prescindendo dalla realtà
dell’oggetto. La gnoseologia si distingue anche dalla epistemologia che studia i
criteri della conoscenza scientifica disinteressandosi della corrispondenza fra
fenomeni e realtà in sé.
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L’etica è quella parte della filosofia che ha come oggetto i valori morali che
determinano il comportamento dell'uomo. Può essere descrittiva se descrive il
comportamento umano e normativa o prescrittiva se fornisce indicazioni.
La fisica indaga i fenomeni naturali accoppiando metodi sperimentali ed
elaborazioni matematiche in modo da formulare un sistema di leggi che di tali
fenomeni permettano una conoscenza razionale e scientificamente corretta. Si
inizia a parlare di fisica nell’accezione attuale a partire dal rinascimento grazie a
Galileo ed a Newton.
Con l’introduzione di alcuni concetti fondamentali di conservazione e di
invarianza, la fisica diventa moderna e si dedica alla unificazione delle leggi della
natura attraverso teorie sofisticate che pur allontanandola da altre branche della
scienza quali la biologia, l'astronomia ecc., continua a fornire loro un solido
supporto teorico ed un valido modello metodologico.
Per quanto riguarda la classificazione delle discipline scientifiche,
si
distinguono le scienze formali che riguardano la struttura astratta del pensiero o
degli elementi numerici (logica e matematica) da quelle empiriche che
comprendono le scienze della natura (quelle che studiano i fenomeni naturali) e
le scienze sociali (quelle che studiano i rapporti fra gli uomini: morale, diritto,
economia, politica, filologia, ecc.). Rimangono escluse dallo schema le discipline
storiche alle quali, però, molti negano la qualifica di scienze.
BOX 4
La logica, talvolta definita come la «scienza delle leggi del pensiero»,
sviluppa le regole del linguaggio scientifico e studia i metodi e i principi che
consentono di distinguere, nelle loro strutture formali, i ragionamenti corretti da
quelli scorretti.
L’esigenza di precisare i significati dei termini del linguaggio e le regole del
ragionamento nasce nella filosofia greca quando alcuni sofisti mostrarono come
molti paradossi si sarebbero potuti evitare usando parole non equivoche.
Si deve ad Aristotele (che esaminò i concetti, le categorie, le proposizioni, i
termini e i sillogismi) la prima formulazione della logica come scienza
indipendente.
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Bacone cercò di costruire una nuova metodologia basata sull'induzione
impostando la logica come strumento di indagine scientifica.
Cartesio cercò di stabilire se il rigore tipico di un discorso matematico
potesse essere alla base di qualsiasi sapere, compreso quello filosofico.
Leibniz e i suoi seguaci cercarono di unificare il complesso delle strutture
logiche in un linguaggio scientifico universale (logica simbolica).
Nella seconda metà del XIX secolo la logica torna a studiare gli aspetti
formali del linguaggio (logica formale) portando alla creazione della logica
matematica.
È fondamentale la consapevolezza (presente già in Aristotele) della
distinzione tra logica e gnoseologia. La prima infatti riguarda i modi e le forme del
ragionamento mentre la seconda studia ciò su cui si ragiona.
BOX 5
La matematica è nata nell'antichità come scienza cognitiva legata ai
numeri (aritmetica) ed alle figure (geometria).
I greci ne fecero una scienza deduttiva, costruendo un sistema di assiomi
sulla base dei quali studiare le varie entità cui essa era applicata.
Da scienza delle entità numeriche e geometriche si è trasformata in logica
(logica matematica) grazie a Boole ed a De Morgan che formalizzarono il
simbolismo e il sistema di calcolo studiati due secoli prima da Leibniz.
Intesa come applicazione al ragionamento, è stata approfondita da Peano,
Russell ed altri.
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Le Scienze della Natura
Le scienze della natura comprendono numerose discipline che si
svilupparono con modalità diverse anche se, nell’attuale concezione, vengono
tutte riferite a Galilei cui si attribuisce il merito di aver introdotto un metodo di
lavoro comune basato sulla sperimentazione.
Il
metodo
scientifico
consiste
nell'osservare
un
fenomeno
e
concettualizzarlo in modo da renderlo riproducibile. A sua volta, la riproducibilità
richiede che si realizzi un modello operativo del fenomeno con il quale chiunque
possa verificare le osservazioni effettuate.
La verifica si effettua inserendo un ciclo logico interno alle funzioni, proprie
della conoscenza generica descritta. Conviene in ogni caso osservare come
anche il sapere scientifico abbia pur sempre (anche quando si effettuano i
cosiddetti esperimenti pratici) una componente soggettiva che proviene dalle
operazioni di «percezione dell'evento» e di sviluppo di un modello concettuale
dell'evento percepito. In questa ottica, spesso è anche pretenzioso stabilire
classifiche di «verità» nei contenuti di lavori condotti con rigore scientifico.
Gli eventi
Nella descrizione delle figure si parla di eventi e della loro percezione per
intendere l'informazione che si riceve su oggetti e fenomeni attraverso i sensi
(direttamente o tramite prolungamenti, ovvero strumenti di misura e di
osservazione). La trasformazione della percezione sensoriale in conoscenza
avviene tramite trasferimento della sensazione al pensiero.
La percezione di un evento avviene tramite un «modello mentale»
dell'evento che riporta necessariamente valutazioni personali. Queste, siano esse
di tipo qualitativo o quantitativo, diventano verificabili solo quando vengono
inserite in un modello «esportabile».
Per effettuare un tale passaggio è necessario costruire un "vocabolario"
(fase tassonomica) per comunicare ad altri le proprie percezioni ed un strumento
di confronto per effettuare operazioni logiche.
Solo allora si potrà dire che «un oggetto è un tavolo» (modello esportabile)
perché
la
parola
tavolo
avrà
un
indipendentemente dalle sue dimensioni.
significato
(tassonomia)
che
sarà
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È immediato osservare che descrivendo un tavolo si possono fornire
attributi qualitativi (ad esempio è di legno) ed attributi quantitativi (è lungo due
metri).
Questi attributi vengono indicati con il termine di «dati» ed acquistano una
connotazione scientifica solo se vengono precisati in ordine al metodo di
acquisizione: ad esempio la natura lignea del tavolo potrebbe non essere certa
se l'osservazione è fatta da lontano e la lunghezza potrebbe essere diversa se
misurata con un calibro o con un metro. Il corredo di queste precisazioni
costituisce il «metadato» del dato «tavolo di legno lungo due metri». In altre
parole i dati sono le informazioni relative all'oggetto ed i metadati sono le
informazioni relative ai dati.
I modelli ed i simulatori
Nello schema sono stati utilizzati due termini, modello e simulatore, con
significati che è opportuno precisare anche perché nel linguaggio comune
vengono spesso accreditati di accezioni discoste da quelle dell'attuale contesto.
Il modello in matematica e fisica è la riproduzione schematica di un
fenomeno o di un sistema. Costruendo uno schema dell'ente o fenomeno da
studiare, in modo tale che il comportamento dello schema corrisponda all'evento
reale, si realizza un modello teorico. È quindi possibile applicare il modello a
sistemi di elaborazione elettronica, eliminando via via le semplificazioni e le
approssimazioni introdotte per poter studiare il fenomeno. In alcuni campi quali la
fisica atomica, la meccanica quantistica e la teoria della relatività l'uso di modelli
rappresenta l'unico sistema possibile d'indagine.
Del modello teorico fa parte il modello matematico, ovvero l'insieme di
ipotesi ed equazioni quantitative necessarie per spiegare il fenomeno.
Il quadro dovrebbe essere sufficiente per rendere ragione della
preoccupazione espressa nei confronti di possibili lacune di chiarezza e dell'utilità
di alcune precisazioni. In particolare, risalta la varietà dei significati e le parziali
sovrapposizioni di alcune voci il cui uso in funzione di sinonimi può produrre
confusione di significati. Inoltre, l'idea che solo la matematica e la fisica usino
"modelli teorici" per studiare oggetti ed eventi reali è fuorviante.
Infatti, una qualsiasi conoscenza umana e non (anche gli animali
conoscono ed accumulano conoscenza) richiede astrazioni. Con l'intento di
ridurre gli equivoci, nel presente contesto si useranno i seguenti significati: (i)
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modello, ogni "strumento" in grado di rappresentare un evento e (ii) simulatore,
ogni "strumento" in grado di riprodurre eventi, cioè di rappresentarli in modo
verificabile.
In altre parole, il termine modello ha l'accezione più generale potendo
rappresentare un evento anche in modo opinabile mentre il termine simulatore si
riferisce a modelli verificabili. Ovvero, un simulatore è sempre un modello, ma
non viceversa.
Un esempio che può dare un'idea della generalità dei termini e caratterizza
in modo paradossale il concetto di simulazione fornendo anche una nota frivola al
discorso, è un film distribuito negli USA nel 1947 con il titolo di "Magic Town". Il
film narra la storia di un opinionista, Rip Smit (interpretato da James Stewart) che
scopre un «miracolo matematico» in una cittadina chiamata Grandview: la
comunità di Grandview pensa esattamente come l'intera comunità USA. Smith ed
un suo compare usano Grandview come modello comportamentale degli USA.
Il film, depurato delle vicende accessorie, ricorda che cercare un modello
equivale a cercare Grandview.
Non importa se la cittadina ha le sembianze di un marchingegno di
laboratorio (modello fisico) o di un algoritmo (modello formale) purché emuli il
sistema da studiare.
A completamento di quanto detto si osserva che la simulazione di un
ambiente e dei suoi comportamenti si effettua con l'obiettivo di interpretare e/o
prevedere.
Non sempre però l'interpretazione e la previsione si effettuano con lo
stesso strumento. In particolare, per interpretare un processo è sempre
necessario collegare le cause con gli effetti e ciò si raggiunge:
(i)
sempre con simulatori deterministici che stabiliscono nessi certi
fra le variabili (dipendenti e indipendenti) e
(ii)
(ii) non sempre con simulatori stocastici che stabiliscono invece
nessi statistici.
D'altra parte i simulatori deterministici non sono in grado di tener conto
delle componenti casuali (fluttuanti) sempre presenti nei processi
ambientali. Per questo i simulatori deterministici e quelli stocastici spesso
sono di fatto complementari gli uni agli altri e non si possono classificare in
contrapposizione fra loro esistendo simulatori buoni e cattivi sia nella
categoria di quelli deterministici che in quella dei simulatori stocastici.
15
BOX 6
Algoritmo: Insieme di regole e procedure di calcolo che permettono di
risolvere un problema con un numero finito di operazioni; il nome deriva da quello
del matematico arabo al-Khuwarizmi (IX sec.)
16
Il metodo scientifico nelle discipline classiche
Il metodo scientifico può essere applicato con diverse modalità perché la
simulazione degli eventi percepiti può essere effettuata con modelli diversi.
Nel caso delle discipline classiche i simulatori sono modelli fisici, cioè
apparati (generalmente di laboratorio) che rendono il fenomeno allo studio
riproducibile anche da terzi.
Emblematiche al riguardo le vicende della «fusione fredda» quando, in una
famosa conferenza tenuta il 23 marzo 1989, Martin Fleischmann e Stanley Pons
(Università dello Utah) annunciarono di aver ottenuto significative quantità di
energia usando una cella elettrolitica a temperatura ambiente.
L'annuncio ebbe grande rilievo sui media, ma, soprattutto, mise in
agitazione il mondo scientifico che stigmatizzò l'evento o sperò nella conclusione
della sfida energetica, la maggiore fra quelle attuali.
Purtroppo il processo non è mai stato riprodotto e quindi oggi si dubita
della sua realizzabilità anche se poggia su basi non del tutto peregrine.
Ora non si mettono in discussione le capacità di Fleischmann e Pons, ma
la loro affidabilità scientifica per aver voluto annunciare un risultato non ancora
verificato.
La vicenda mostra anche come il metodo scientifico abbia in sé gli
strumenti per la certificazione dei propri risultati e garantisca una ragionevole
oggettività delle osservazioni.
A questo proposito è interessante notare che, come già osservato, anche
la conoscenza scientifica è mediata da operazioni soggettive, ma che il metodo
permette di contenere entro limiti ragionevoli gli aspetti negativi di aleatorietà. In
altre parole, ogni osservazione ha un contenuto informativo che va a beneficio
solo di chi l'ha effettuata quando questi la fornisca senza produrre tutte le notizie
necessarie per verificarla.
L'insieme di queste notizie viene indicato con il termine di metadati che
costituiscono un accessorio del dato (il dato esiste anche senza i suoi metadati),
ma ne fornisce la connotazione scientifica. Inoltre, i dati possono essere
confrontati solo se i relativi metadati lo consentono e quindi ogni operazione con
essi, a partire da quelle di relazione (maggiore, uguale e minore), è possibile solo
dopo averne valutato le caratteristiche, ovvero i metadati.
E ogni considerazione sulla qualità di una qualsiasi informazione è
demandata alla qualità dei suoi metadati. Infine, si deve tener presente che, in
17
generale, il giudizio sul contenuto informativo di un dato scientifico compete solo
all'utente (non al produttore) al quale spetta decidere se quel dato è coerente con
il particolare contesto nel quale intende utilizzarlo. Per non rimanere nel vago, la
lunghezza di un tavolo ottenuta con il metro o a spanne può avere lo stesso
contenuto informativo se si deve decidere sulle dimensioni della tovaglia da usare
per imbandirlo ed un contenuto diverso se lo si deve far passare per una porta.
BOX 7
In campo nucleare la fusione è una reazione fra nuclei di Deuterio (isotopo,
D, dell'Idrogeno, H) che forma nuclei di Elio (He). Si ottiene con urti ad alta
temperatura e produce grandi quantità di energia residua. La fusione fredda è la
stessa reazione realizzata a temperatura ambiente producendo le stesse quantità
di energia residua e dovrebbe avvenire fra nuclei di deuterio dispersi in un solido.
L'idea della fusione fredda ha le sue radici in ricerche degli anni '20 e si
basa sull'ipotesi che gli atomi di idrogeno e dei suoi isotopi (Deuterio e Tritio)
possano permeare particolari strutture solide fino a raggiungere concentrazioni
tanto elevate da far sì che i loro nuclei si avvicinino l'un l'altro più di quanto
previsto per la loro fase solida.
L'addensamento sarebbe anche favorito dal fatto che le cariche elettriche
negative degli elettroni del solido ospite sopprimerebbero parzialmente la
repulsione fra i nuclei.
Gli esperimenti del passato non rilevarono alcun segno di fusione e
moderni calcoli mostrerebbero che gli effetti proposti se ci fossero risulterebbero
comunque troppo piccoli per essere misurabili.
Tuttavia, alla fine del secolo scorso, l'elettrochimico Martin Fleischmann ed
il fisico Stanley Pons decisero di rivisitare la fusione fredda facendo passare
corrente elettrica in una cella elettrolitica costituita da un catodo di Palladio (Pd),
da un anodo di Platino (Pt) e da un elettrolita di LiOD (un composto di Litio,
Ossigeno e Deuterio) in acqua pesante (acqua contenente Deuterio al posto di
Idrogeno).
La reazione catodica libererebbe atomi di Deuterio che entrerebbero nel
Palladio molto più rapidamente delle molecole di Deuterio. In condizioni
appropriate la concentrazione arriverebbe e supererebbe 0,9 atomi di Deuterio
per atomo di Palladio e la perdita di Deuterio sarebbe bilanciata dalla velocità con
la quale il Deuterio entra nel Palladio. Le celle elettrolitiche di Pons e
18
Fleischmann erano parte di un calorimetro (apparecchio che misura il calore) la
cui temperatura sarebbe aumentata in alcune occasioni indicando una
produzione termica netta dell'ordine del 10% rispetto alla potenza elettrica
consumata per alimentare la cella. Fleischmann e Pons pensarono anche di aver
misurato radiazione gamma emessa da neutroni rallentati dall'acqua. Ma questi
risultati sono stati successivamente ritrattati.
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Il metodo scientifico nelle scienze ambientali
È ambientale ogni disciplina che basa la sua conoscenza su osservazioni
raccolte direttamente nell'ambiente e lo fa senza perturbarlo.
Le discipline classiche si distinguono da quelle ambientali perché operano
con eventi artificiali che realizzano in laboratorio o isolando (e quindi
perturbando) porzioni di eventi naturali (v. ad es. le «nicchie ecologiche» degli
ecologi).
Nella figura é schematizzata la situazione delle scienze in relazione agli
eventi che studiano ed alle verifiche (simulatori) che attuano. Il punto
interrogativo stigmatizza l'impossibilità di simulare eventi naturali con modelli
fisici.
Fig. 1.4. - Schema di approcci scientifici applicati a diverse tipologie
di eventi.
Le scienze classiche effettuano le osservazioni realizzando esperimenti in
laboratorio (eventi artificiali) e producono le verifiche ripetendo e/o variando gli
eventi, eventualmente inquadrando in schemi formali le informazioni raccolte.
Le scienze ambientali trattano eventi naturali che, per definizione, non
possono essere ripetuti e quindi non hanno alternative all'uso di simulatori
formali. In questo senso le scienze ambientali non sono una disciplina, ma un
metodo scientifico e vengono indicate al plurale perché necessariamente
20
multidisciplinari dovendo studiare gli eventi nella completezza della loro struttura
fenomenica.
BOX 8
Simulatori formali. L'attributo di «formale» ai termini «simulatore» e
«modello» viene in questo contesto usato per indicare schemi che comprendono
quelli matematici, ma anche loro generalizzazioni. Più precisamente di solito si
tratta di algoritmi implementabili su calcolatore che non sempre possono fregiarsi
del titolo di matematico come ad esempio i «sistemi esperti». In altre parole il
termine si riferisce allo schema di fig.1.3.
Il Riduzionismo
Il “riduzionismo” è argomento caro ai fisici ed ai filosofi che lo classificano
secondo tipologie) diverse, indicando un qualsiasi indirizzo epistemologico
imperniato sulla trasposizione di teorie, concetti e linguaggi derivate da altre
discipline. In particolare, si fa del riduzionismo tutte le volte che si studia un
processo simulandolo con un altro come, ad esempio, quando con un
esperimento di laboratorio si cerca di riprodurre un evento naturale od una sua
parte.
Questa forma di riduzionismo è alla base delle usuali discipline
sperimentali ed implica la possibilità di scomporre i processi in componenti
separabili e di isolarne parti per riprodurle con strumenti appropriati.
Talvolta a questi concetti si contrappongono altri che vengono indicati
come olistici, ma più propriamente, il termine olìsmo indica una teoria biologica
generale che deriva dal vitalismo secondo il quale le manifestazioni vitali degli
organismi devono essere interpretate sulla base delle relazioni e delle
dipendenze funzionali fra le parti che costituiscono l'individuo.
Il significato è stato esteso ad indicare la necessità di considerare i sistemi
come entità partecipi del loro ambiente e da esso non segregabili. In ogni caso, al
di là delle distinzioni la natura olistica dei sistemi naturali è compresa nel concetto
di sistema e nel grande numero di fattori e connessioni che l'attributo di naturale
gli conferiscono.
Una precisazione sulle verifiche
21
Spesso la Fisica ha svolto funzioni trainanti nei confronti delle altre
discipline soprattutto in ordine alle metodologie ed è proprio alla Fisica che ci si
può rivolgere per esemplificare come il pensiero scientifico possa risultare
contorto e si aggiusti progressivamente in una sorta di sviluppo per
approssimazioni successive. Uno dei principi fondamentali della Meccanica (che
a sua volta è uno dei capitoli fondamentali della Fisica) è costituito dalla "Legge di
Newton" o "Legge d'inerzia" che stabilisce come un punto materiale reagisca ad
una forza, f, modificando le sue condizioni di moto in modo proporzionale
all'accelerazione, a. La costante di proporzionalità, m, è la massa inerziale del
punto e coincide numericamente con la sua massa gravitazionale.
In formule tale "Legge" si esprime come: f = ma.
Ma si deve precisare che non si tratta di una legge, bensì di un principio
(ed è quindi indimostrabile) e di un principio che ha avuto un iter tormentato
perché, nato estrapolando osservazioni (sperimentali o concettuali) sulla caduta
dei gravi (se si potesse escludere l'attrito dell'aria 1 kg di piombo ed 1 kg di piume
lasciati cadere da una torre (quella di Pisa?) arriverebbero al suolo nello stesso
tempo), fu presto chiaro che la sua validità era condizionata dalle coordinate di
riferimento (in un sistema in rotazione, come sono quelli solidali alla Terra, si
devono considerare due forze fittizie note col nome di forze centrifughe e forze di
Coriolis).
Allora si pensò che bastasse riferirsi a "stelle fisse", ma si mostrò poi che le
stelle fisse non esistono. Alla fine si concluse di convenire che la "Legge
d'inerzia" era valida in un "sistema di coordinate inerziale", a sua volta definito
come «ogni sistema di coordinate nel quale vale la Legge di Newton».
Questo modo di ragionare richiama il gatto che si morde la coda ed è un
esempio di "tautologia", una sorta di discorso autoreferente privo di senso logico.
Ma è importante notare come le leggi della Fisica che derivano dal principio
d'inerzia, nonostante la base tautologica, funzionino.
BOX 9
Un principio è una proposizione fondamentale che si assume senza dimostrazione.
Il punto materiale è l'astrazione di un corpo fisico, considerato privo di volume, ma
dotato di massa.
22
La forza è un'entità fisica di caratteristiche primitive (riconducibile a concetti
intuitivi) e struttura vettoriale (è definita in: intensità, direzione e verso. Solo
occasionalmente è necessario precisare un punto di applicazione).
(
L'accelerazione di un punto è la velocità (variazione per unità di tempo) con la
quale modifica la propria velocità spaziale, v (spazio percorso nell'unità di tempo).
Senza entrare nel merito del problema tuttora irrisolto, la massa inerziale
che si oppone al moto e la massa gravitazionale che attrae gli altri corpi sono
espresse dallo stesso valore numerico che si ottiene confrontando forze peso per
mezzo della bilancia.Nelle scienze, una Legge è una norma che regola eventi,
ovvero, relazione di causa-effetto o di dipendenza fra grandezze che può essere
espressa in forma qualitativa o quantitativa. Normalmente è accompagnata
dall'indicazione dei limiti di validità e del campo di applicabilità.
Le forze fittizie sono forze non reali che vengono introdotte per conservare
la validità della "Legge di Newton"
L’ambiente
Il concetto di ambiente è così semplice che si presta ad equivoci e viene
spesso confuso con quello meno generale di ecosistema.
Una definizione conformata ai valori attuali non può, infatti, essere riferita
ai soli organismi viventi e va estesa in modo da far riferimento ad oggetti
qualsiasi, animati o meno.
23
Cioè, si può introdurre l'ambiente di un oggetto come l'insieme degli oggetti
interagenti con esso e, di conseguenza, l'ambiente senza specificazione come
l'insieme degli ambienti di tutti gli oggetti terrestri.
Allora l'ecosistema di un organismo vivente è l'ambiente di quell'essere e
non ha senso parlare di ecosistema senza precisare a chi si riferisce. Invece, per
quanto riguarda l'ecologia non è improprio parlarne senza specifica perché è la
scienza degli ecosistemi. Importante è anche confrontare i termini “ambiente” ed
“ecosistema” con quello di “habitat” che indica il complesso dei fattori fisici e
chimici del territorio in cui vive una specie animale o vegetale.
Proseguendo ad esplicitare il significato dei termini è bene tener presente
che un ambiente può essere teorico (ad esempio, nel caso del problema
matematico preda-predatore la preda è l'ambiente del predatore e viceversa ed in
entrambi i casi si tratta di un ambiente teorico) o reale ed in questo caso può
essere artificiale (gli ambienti artificiali sono sempre antropici) o naturale. In
contrapposizione un ecosistema è da intendere sempre naturale.
Ancora qualche precisazione è utile per quanto riguarda il termine sistema
che deve essere inteso come un insieme di oggetti al completo delle loro
interazioni ed in tal senso costituisce per certi aspetti una generalizzazione del
concetto di ambiente (perché considera anche le interazioni fra gli oggetti che
prende in esame) e per altri una sua riduzione (perché si riferisce agli oggetti che
si desidera prendere in esame mentre l'ambiente riguarda tutti gli oggetti che
interagiscono con un oggetto prefissato).
In altri termini, l'ambiente di un oggetto è l'insieme degli oggetti che
costituiscono il sistema naturale di quell'oggetto indipendentemente dal
tipo delle interazioni con esso.
È importante osservare che il concetto di ambiente come nasce dalle
osservazioni precedenti implica varietà di scale sia spaziali che temporali.
Problema che oltre a complicare lo studio, la descrizione e la rappresentazione
dei diversi ambienti rende singolare e nuovo rispetto al passato l'approccio
scientifico.
Nei capitoli precedenti il problema della conoscenza scientifica è stato
analizzato a tutto campo, avendo come prospettiva non esclusiva l’ambiente,
cosicché molte delle considerazioni sviluppate si applicano anche a singoli settori
disciplinari. In questo capitolo si cercherà di partire da definizioni che riguardano
24
l’ambiente e di raccogliere nozioni specificatamente ambientali, precisando
concetti già riportati o richiamandone altri.
25
Le scienze ambientali
Le scienze ambientali devono rispondere a due requisiti:
(i)
essere “scienze” e quindi soddisfare il criterio fondamentale della
riproducibilità (replicabilità) del dato;
(ii)
(ii) essere “ambientali” e quindi attingere le proprie informazioni
direttamente dall’ambiente senza manipolarlo.
La caratteristica di ambientale ha tre implicazioni forti:
(a) essere interdisciplinare, perché l’ambiente non funziona per categorie
di sapere separabili (il plurale “scienze ambientali” richiama pluralità di discipline);
(b) non ammettere repliche, perché le varietà ambientali sono talmente
numerose (numerose sono le variabili e le loro combinazioni) da rendere
assolutamente improbabile che vicende verificatesi una volta si possano ripetere
(e se si interviene dall’esterno, anche ammesso di riuscire a farlo, si perde la
caratteristica di “ambientale”);
(c) i processi sono dinamici perché non esistono condizioni di “equilibrio” o
la possibilità di “solidificare” gli eventi.
Questi presupposti hanno numerose conseguenze, ma soprattutto
richiedono di individuare procedure capaci di porre ordine in una materia nuova
che deve riciclare tutte le conoscenze acquisite dalle singole discipline
scientifiche.
Le scienze ambientali hanno una storia recente ed un loro possibile atto di
nascita nel rapporto del “Club di Roma” pubblicato in Italia nel 1970 ad opera di
Mondadori nella collana EST con il titolo “I limiti dello sviluppo”.
In Italia, un altro avvenimento importante è stato anche il convegno di
Urbino del 1973 organizzato dalla Tecneco (società del gruppo ENI) per
presentare la “Prima relazione nazionale sull’ambiente”.
Del resto, anche negli Stati Uniti le date rilevanti riguardano quel periodo
se si pensa che l’Environmental Protection Agency (EPA) viene istituita appunto
nel 1970. In Italia la prima legge specifica sull’inquinamento riguardava
l’atmosfera ed è del 1966.
In tutto il Mondo gli atti legislativi precedenti a queste date sono pochi e
sporadici anche se già da qualche tempo si parlava dello smog di Londra, dello
smog fotochimico di Los Angeles, dell’atmosfera insopportabile di Marghera e di
quella pesante di Milano.
26
BOX 10
Il “Club di Roma” era un sodalizio spontaneo e senza fini di lucro formato
da persone in posizioni di prestigio allarmate per alcuni segnali preoccupanti (un
grave episodio di smog a Londra, l’avvelenamento da mercurio di un’intera
comunità di pescatori nella baia di Minamata, ecc.).
Di fatto, bisogna arrivare alla fine degli anni ’60 perché il susseguirsi di
gravi eventi di inquinamento (l’episodio di Londra è accreditato di oltre 4000 morti
ed a Minamata sono stati accertati oltre 100 decessi) attirino l’attenzione
sull’ambiente e promuovano un ampio dibattito sul pianeta Terra e sui limiti delle
sue risorse.
Questo dibattito ha individuato la natura sistemica dei fenomeni ed ha
mostrato i pericoli insiti negli eccessi della specializzazione tecnologica (se una
diga resiste all’urto di un’onda che la scavalca, la diga non ha funzionato e
l’errore è di tutti quelli che hanno contribuito a realizzarla perché la diga non è
una barriera sommata ad un invaso, ma una struttura integrata di tali elementi).
È emersa, in particolare, la necessità di quotare scientificamente i
fenomeni evitando disquisizioni vaghe a vantaggio di enunciazioni precise e
quantitative.
In effetti, le crisi degli anni ’70 ed i dibattiti avviati di conseguenza hanno
indotto nuove correnti di pensiero che si sono espresse in vari campi delle attività
umane. In campo scientifico queste correnti si compendiano nelle Scienze
Ambientali le quali non formano, come spesso si pensa una nuova disciplina, ma
si caratterizzano per il metodo che usano nell'acquisire conoscenza.
Né si deve confondere l'ambientalismo scientifico con quello politico
che ha promosso i partiti e le associazioni “verdi” a volte speculando sulle
aspettative dei singoli al fine di mobilitare consensi e nulla spartiscono con
chi si occupa di conoscenza.
Le Scienze Ambientali rappresentano un tentativo di connettere tra loro
varie branche delle Scienze Classiche operando con approccio sistemico sui
fenomeni che le singole discipline classiche considerano scomponibili e
trasportabili in laboratorio.
27
Di fatto, le Scienze Ambientali studiano i fenomeni “in situ”, cioè
come si sviluppano in natura, ed usano l’ambiente come laboratorio
privilegiato, mentre le Scienze Classiche li studiano “in vitro” prediligendo
gli ambienti artificiali ricostruiti in laboratorio.
28
Schema che figura i rapporti fra “scienze classiche” e “scienze ambientali”.
La peculiarità delle Scienze Ambientali di basare la propria conoscenza su
esperienze in situ (in vivo) ha conseguenze molto importanti per la loro
collocazione rispetto alle altre scienze della natura.
Infatti, la sperimentazione in situ implica che le Scienze Ambientali siano
multidisciplinari, perché i comportamenti della natura trascendono le
divisioni disciplinari, e che la riproducibilità delle osservazioni sia fornita
da simulatori formali (algoritmi): esperimenti numerici o digitali invece che
esperimenti fisici per rendere scientifica (riproducibile) la conoscenza
acquisita su sistemi non replicabili fisicamente.
L’uso di algoritmi per effettuare le simulazioni porta, a sua volta, alla
possibilità di interpretare più scale spaziali e temporali, prerogativa coerente con i
processi naturali che sono multiscala.
Naturalmente, le Scienze Ambientali non si contrappongono alle Scienze
Classiche, ma le integrano aggiungendo quegli apporti interdisciplinari che
l’eccessiva specializzazione dei metodi classici hanno finito per accantonare.
In quanto ad osservazioni in situ, alcune scienze classiche (l'intera
disciplina come nel caso dell'Astronomia o una sua parte come nel caso della
29
Biologia) assomigliano alle Scienze Ambientali, ma da esse differiscono perché o
non interagiscono con le altre discipline (l'Astronomia non è interdisciplinare) o
considerano fenomeni governati da un solo ordine di scala (ad esempio, la
Biologia Classica quando studia un organismo tende a considerare solo i
processi alla scala di quell'organismo, mentre il suo ambiente comprende anche
altre scale).
Inoltre, l'ambiente è in evoluzione continua e, conseguentemente, le
scienze che lo riguardano sono fondamentalmente di “non equilibrio” cosicché
ben poco senso scientifico hanno gli annunci ricorrenti in ordine al ripristino di
condizioni passate o alla conservazione di siti o, ancor peggio, a sviluppi (di che
cosa?) compatibili (con che cosa?).
Un discorso a parte merita l'ecologia che si trova in una posizione
intermedia fra le scienze classiche e quelle ambientali in virtù della sua origine
biologica ed in conseguenza dei limiti della matrice tanto classificatoria e poco
processistica della disciplina di provenienza.
Nello schema sovrariportato si é cercato di rappresentare il rapporto fra le
due metodologie (classiche e ambientali) mettendo in rilievo con il colore le
caratteristiche comuni (metodo scientifico, con colore azzurro) e le differenze (in
vivo, con colore verde ed in vitro con colore rosso).
Naturalmente non si deve pensare a scienziati dell'ambiente che sanno
tutto di tutto, né a ricercatori privi di specializzazione. L’ampiezza dello scibile e la
deformazione dei linguaggi specialistici rendono improponibile il “tuttologo” e
richiedono invece persone aperte alle collaborazioni che costituiscano gruppi di
ricerca eterogenei: spesso, infatti, le opportunità di progresso scientifico stanno
nelle zone di saldatura tra discipline diverse piuttosto che ai loro confini estremi.
Per rendere più chiari i concetti espressi vale anche la pena di classificare i
termini scienza, tecnologia, ingegneria, gestione e politica, soprattutto perché
spesso si tende a confonderli anche per scopi non sempre nobili. Così scienza
indica le azioni intese a conoscere, tecnologia quelle orientate a realizzare gli
strumenti necessari per conoscere o per operare, l’ingegneria riguarda le attività
di intervento quali progettare, costruire, modificare, ecc., la gestione attiene le
decisioni e gli interventi per i funzionamenti, mentre la politica si riferisce alla
ricerca e promozione dei consensi.
30
L’ecologia
Come disciplina l’ecologia è recente (il termine è stato coniato nel 1866 dal
biologo tedesco Ernst Haeckel) ed in Italia nasce negli anni ’50 in connessione
con lo studio delle relazioni fra processi agronomici e vicende climatiche.
Nelle scienze biologiche alcuni problemi di ecologia erano presenti da
tempo anche nel nostro Paese: si pensi, ad esempio, al famoso modello di
competizione fra individui, noto col nome di preda-predatore (o nemico-vittima o
vegetale-erbivoro), legato al matematico Vito Volterra (1860-1940).
Il Ministero dell’Università e della Ricerca Scientifica e Tecnologica
(MURST) nel 2000 fornisce la seguente definizione del settore disciplinare
“Ecologia”: “Il settore si occupa delle relazioni degli organismi autotrofi (vegetali
forniti di clorofilla, capace di scindere l’anidride carbonica per formare composti
organici, n. di r.) ed eterotrofi (che devono nutrirsi con sostanze organiche già
elaborate da altri esseri viventi, n. di r.) - terrestri (inclusi gli organismi del suolo),
marini e di acqua dolce - con il loro ambiente, con particolare riguardo a
distribuzione, storia evolutiva, risposte all'ambiente fisico e interazioni tra
organismi conspecifici ed eterospecifici.
Capitoli
basilari
dell'ecologia
sono: dinamica
e
regolazione
delle
popolazioni in funzione delle risorse e delle interazioni biotiche (predazione,
competizione, parassitismo, simbiosi); comunità, meccanismi che ne regolano la
diversità e ne determinano la variazione spazio-temporale; ecosistemi naturali,
antropizzati, urbano-industriali e loro organizzazione nei sistemi di paesaggi;
flusso di energia negli ecosistemi, cicli biogeochimici e ruolo in essi svolto dai
microrganismi; risposte degli ecosistemi ai cambiamenti globali e alle alterazioni
antropiche.
Il settore cura anche i seguenti aspetti applicativi: conservazione e
gestione degli ecosistemi, utilizzazione delle risorse biologiche, controllo di
specie esotiche, strategie per il mantenimento della biodiversità e la sostenibilità
della biosfera, ecotossicologia, indicatori della qualità ambientale, valutazione di
impatto ambientale, aspetti ecologici del risanamento e recupero ambientale.
Si occupa anche di formazione ed educazione ambientale e di aspetti
metodologici relativi all'analisi dei sistemi ecologici, al monitoraggio, alla
modellizzazione e alla rappresentazione di dati ecologici e ai sistemi informativi
ambientali.”
31
È, quindi, chiaro che in Italia l’Ecologia non va confusa con le Scienze
Ambientali delle quali costituisce solo un aspetto disciplinare e non condivide il
metodo.
Di fatto, l’Ecologia sta alle Scienze Ambientali come la Chimica, la Fisica,
la Geologia, ecc., tutte discipline coinvolte nel metodo ambientale quando si
vuole studiare l’ambiente, ma tutte discipline e di stampo classico.
Purtroppo, spesso i termini Ecologia e Scienze Ambientali vengono usati
come sinonimi a volte per ignoranza, a volte per contrabbandare competenze
inesistenti.
Diverso è il significato da attribuire al termine inglese Ecology, che pure
non si identifica con quello di Environmental Science.
Per inciso, può essere utile ricordare come qualsiasi oggetto, animato o
no, modifichi per effetto della sola presenza i suoi dintorni (un sasso modifica
l’erosione del suolo intorno al punto sul quale poggia) e quindi non si possa
studiare l’ambiente solo su base biologica, come non si può attribuire a tutti i
prodotti chimici proprietà nefaste contrapponendoli a quelli biologici o ritenere
tutto il naturale “buono” e l’artificiale “cattivo”.
Quando si parla di ambiente non si può trascurare il ruolo pilota che le
componenti chimico-fisiche (aria, acqua, suolo, clima, ecc., nelle rispettive
componenti locali, regionali e globali) giocano nei confronti dei processi biologici
né i condizionamenti delle risorse abiotiche verso gli esseri viventi.
Così pure i paesaggi si organizzano anche in assenza di organismi e gli
indicatori
di
qualità
ambientale
non
possono
ignorare
le
componenti
meteorologiche, idrologiche ed annesse.
Qualche attenzione si deve inoltre porre alle tecnologie, che per loro conto
sono cosa buona, ma di esse può diventare drammatico l’uso soprattutto quando
si mira a stupire, ostinandosi ad ignorare i limiti delle conoscenze attuali.
Struttura dell’ambiente (A = atmosfera, H = idrosfera,
C = criosfera, L = litosfera, B = biosfera).
Indicatori e fattori dell’ambiente
32
L’ambiente è un sistema dinamico costituito da cinque comparti che sono
aperti (scambiano massa ed energia) ed influenzati da fattori cosmici legati
soprattutto a flussi di energia gravitazionale (sistema Sole-Terra-Luna),
elettromagnetica (UV, Visibile e IR per i sistemi Sole-Terra e Terra-Cosmo) e
nucleare (radiazione cosmica).
L’uomo, che fa parte della biosfera della quale condivide le vicende, è
diventato nell’ultimo secolo un fattore desolante dell’intero sistema essendo
capace con le tecnologie (ed in conseguenza dell’espansione della sua specie) di
stravolgere gli ordinamenti naturali.
Da un punto di vista formale, l’ambiente è un insieme di parametri (gli
indicatori ambientali che definiscono le componenti di un vettore I ad n
dimensioni) sui quali agiscono i “fattori dell’ambiente” F per produrre le “varietà
ambientali” (definite dalle componenti di un vettore V ad m dimensioni):V = F × I.
In versione lineare (ipotesi molto improbabile, ma utile per esemplificazioni)
l’operatore F è una matrice ad m righe ed n colonne, ma nella sua forma più
generale è una funzione che mescola gli indicatori fornendo dipendenze
complesse per ciascuna delle varietà ambientali: Vi = Fi(I1, I2, …, In) con i = 1, 2,
…, m.
Gli indicatori ambientali sono grandezze osservabili per via diretta o
indiretta e suscettibili di misura. In campo ambientale la misurabilità può essere
ottenuta con le metodologie deterministiche delle scienze fisiche o con quelle
statitiche delle scienze sociali (sondaggi di opinione).
Il numero n degli indicatori necessari per descrivere un ambiente è molto
elevato e comunque difficilmente definibile su base scientifica come pure il
numero m delle varietà ambientali.
Entrambi questi numeri aumentano con il progredire delle conoscenze (n,
perché si scoprono sempre nuove connessioni; m, perché aumenta la risoluzione
degli strumenti di osservazione) ed è quindi ragionevole fissarli di volta in volta
per via convenzionale sulla base degli obiettivi che ci si pone.
33
Fattori dell’ambiente
Gli operatori che regolano l’ambiente possono essere classificati in
relazione alla loro natura come:
A – Cosmici.Sono in prevalenza dovuti al Sole ed al suo sistema (in
particolare la Luna) ed agiscono su atmosfera, biosfera, litosfera ed idrosfera. Ad
esempio, appartengono a questa categoria tutti quelli che contengono effetti
dovuti al funzionamento del sistema solare come i moti di rivoluzione della Terra
(eccentricità dell’eclittica, inclinazione fra asse di rotazione e piano dell’eclittica,
ecc.).
B –Geografici. Sono i fattori in prevalenza dovuti a proprietà della Terra,
come:
-
distribuzione delle terre e dei mari sulla superficie terrestre;
-
oceanografia;
-
idrologia generale;
-
geologia;
-
orografia generale;
-
ecc.
C –Locali.
-
Pedologia;
-
distribuzione delle colture;
-
idrologia locale;
-
climatologia locale
-
orografia locale;
-
fauna locale;
-
flora regionale;
-
flora locale;
-
ecc.
D –Antropici.
-
agricoltura;
-
urbanistica;
-
bonifiche;
-
irrigazione;
34
-
bacini idroelettrici;
-
deforestazione;
-
riforestazione;
-
ecc..
Naturalmente, il numero dei possibili fattori è molto elevato ed è
impensabile effettuare elenchi esaurienti ed ancor meno classifiche.
È però sempre importante riuscire a stabilire le caratteristiche delle diverse
variabili tenendo separati gli indicatori dai fattori.
Una tale distinzione costituisce il punto di partenza di ogni ricerca perché
ogni formulazione richiede di separare le variabili dipendenti da quelle
indipendenti.
Talvolta si considerano indipendenti il tempo (t) e le variabili spaziali (x, y,
z), mentre le grandezze connesse con quella in esame (considerata la variabile
dipendente, Y) vengono indicate con il nome di parametri e così il loro legame
funzionale assume forme del tipo: Y = f(x, y, z, t; p1, p2,…, pn,).
I simulatori dell’ambiente
L’azione dei fattori ambientali sugli indicatori fa evolvere nel tempo le
varietà ambientali in altre varietà ambientali determinando i processi.
Questi vanno, pertanto, intesi come successioni di varietà connesse tra
loro in modo conseguente.
Un processo si determina stabilendo come e perché esso avvenga, cioè
individuando le modalità (cinematica) e le cause (dinamica) che lo producono. La
cinematica riguarda sequenze ordinate (nel tempo) di varietà ambientali, mentre
la dinamica si riferisce ai fattori ambientali ed ai loro meccanismi di azione.
Entrambi gli aspetti si possono ricondurre ai bilanci delle proprietà in gioco.
Un processo, infatti, è descritto dalla evoluzione delle variabili che individuano il
sistema e per ognuna di esse è possibile stabilire un bilancio (la portata entrante
è valutata al netto delle entrate ed uscite dal sistema):
35
⎧velocità di ⎫ ⎧ portata entrante ⎫ ⎧ velocità di ⎫
⎨
⎬= ⎨
⎬+ ⎨
⎬
accumulo
netta
generazion
e
⎩
⎭ ⎩
⎭ ⎩
⎭
.
36
Rapporti fra scienze ambientali e didattica
Per le diverse discipline scientifiche il rapporto fra ricerca e didattica è
generalmente chiaro: la ricerca provvede ad acquisire conoscenza e la didattica a
distribuirla. In questa suddivisione di compiti si interpone una fase di
classificazione e
Schema di relazioni fra fasi nel processo di evoluzione della conoscenza
scientifica e contributi all’educazione individuale e collettiva.
memorizzazione (archivio) secondo uno schema di funzioni paritetiche (non c’è
ricerca senza didattica e viceversa ma anche ricerca e didattica senza memoria)
che comunicano come nella figura sovra riportata.
Il processo riguarda sia la conoscenza individuale che quella collettiva ed
ha uno sviluppo virtuoso attraverso i canali di retroazione fra didattica e ricerca
che passano per la formazione (una società più colta produce ricercatori migliori)
e la tecnologia (tecnici più preparati forniscono alla ricerca supporti più evoluti).
Naturalmente la didattica concorre alla educazione, la quale va intesa
come l’insieme degli interventi per formare le qualità intellettuali e morali di un
individuo connessa con la necessità di trasmettere alla generazione successiva i
valori ritenuti essenziali. Il processo educativo si estrinseca in due tendenze
generali: quella che mira alla semplice trasmissione del patrimonio culturale e
quella che si propone di formare e stimolare negli individui la capacità di
modificarlo e migliorarlo.
A differenza di chi opera nelle discipline specifiche, chi si occupa di
scienze ambientali incontra spesso difficoltà di comunicazione con le persone
perché l’ambiente fa parte della vita di tutti i giorni ed ognuno di noi ha una sua
propria opinione di ciò che gli accade attorno.
37
Questo fatto è intellettualmente pericoloso perché induce a ritenere
verificate le proprie esperienze e a trasformare opinioni proprie, o di persone
ritenute autorevoli, in conoscenze scientifiche.
Si autorizzano così
giudizi di tutti i tipi e su tutto, magari applicando
contorsioni logiche sofisticate per tentare di nobilitare quelle idee che, comunque
ed ovviamente, rimangono solo opinioni come le idee di partenza.
Si possono allora falsificare, anche in buona fede, le motivazioni a
comportamenti
che
favoriscono
interessi
particolari
e
producono
danni
all’ambiente.
Nascono in questo modo leggende che poggiano sull’equivoco di termini
mai definiti ed usati secondo definizioni del linguaggio comune ambigue o con
significati multipli.
Un esempio è il binomio «sviluppo» «sostenibile» che è stato definito da
una Commissione dell’ONU come «lo sviluppo attuale che non compromette
quello futuro».
Ma nessuno ha mai definito il senso da dare al termine «sviluppo» e tanto
meno a quello di «bisogno».
D’altra parte, l’equivoco è chiaro se si legge attentamente la definizione.
Infatti, si tratta di un compromesso fra la sostenibilità che vorrebbero i Paesi
industrializzati (senza effettuare rinunce) e lo sviluppo (identico a quello dei Paesi
industrializzati) che vogliono intraprendere i Paesi del Terzo Mondo.
Questa definizione esprime il sogno dei padri che desiderano per i figli una
vita migliore della propria. Il sogno richiede sviluppo per migliorare la qualità della
vita, ma non considera la necessità di risorse per sostenere le tecnologie che
devono produrlo.
E l’opinione che esista uno sviluppo sostenibile senza limitare le
popolazioni avanza con l’etichetta di scientifica qualificando come scientifica
un’altra opinione secondo la quale la tecnologia, prima o poi, sarà capace di
soddisfare le voglie di tutti.
Intanto, troppo spesso si fa riferimento alle incertezze sul riscaldamento
(centesimi di grado per anno) del Pianeta da imputarsi all’effetto serra antropico,
con il rischio di fornire alibi a quanti vogliono disconoscere evidenze di
insostenibilità che sono alla portata di tutti.
38
BOX 11
Nel 1987, una Commissione Mondiale per l’ambiente e lo sviluppo,
attraverso un intenso calendario di riunioni e incontri ha prodotto un rapporto dal
titolo Our Common future, più noto come rapporto Brundtland, dal nome del
Presidente della Commissione stessa. Questo rapporto e, soprattutto, i lavori
preparatori che ne hanno preceduto la stesura hanno messo a punto il concetto
di sviluppo sostenibile, espressione dell’esigenza di integrazione tra le istanze
di protezione ambientale, promosse soprattutto dai paesi industrializzati, nei quali
la richiesta di ambiente aveva raggiunto un alto consenso, e quelle di sviluppo di
cui erano portatori soprattutto i Paesi terzi. Il rapporto Brundtland definisce lo
sviluppo sostenibile come “uno sviluppo che soddisfa i bisogni presenti senza
compromettere la capacità delle generazioni future di soddisfare i propri”.
Ad esempio è facile calcolare che un bambino USA, nato oggi con
prospettive di vita fino a 75 anni, se conserverà le abitudini attuali (quelle dei
padri), produrrà 50 mila chilogrammi di rifiuti domestici, userà 100 milioni di litri di
acqua e consumerà 500 mila litri di carburante.
A questi ritmi l’attuale popolazione terrestre dovrebbe prenotare fino al
2075: 300.000.000.000.000 kg di rifiuti domestici (pari a circa 0,5 kg per ogni m2
di superficie terrestre oceani compresi), 6×1017 litri di acqua (circa due volte il
volume dell’acqua dolce superficiale) e 3×1015 litri di carburante. Riuscirebbero le
tecnologie a soddisfare questi bisogni con le risorse della Terra?
E la popolazione non è stazionaria, ma in crescita esponenziale!
In queste condizioni è sostenibile solo una qualche forma di inviluppo e
questa non può riguardare altro che la popolazione o i consumi o entrambi. La
tecnologia ha sicuramente poco da dire; un qualche risultato si può ottenere dalla
riqualificazione dei consumi, ma è poca cosa. È certo però che in qualche modo
la «natura» si ribellerà e non lascerà scelte.
Paradigmatico è, ad esempio, il problema dei consumi alimentari e, al suo
interno, quello del «morbo della mucca pazza»: abbiamo voluto mangiare carne
ed abbiamo preteso che dei ruminanti divenissero cannibali.
I ruminanti si sono “ribellati” con il prione: sapevamo che per fare un chilo
di carne da alimentazione umana occorrono circa 150 chili di erba oppure 10 kg
di carne ed abbiamo scelto la logica di produrre 1500 kg di erba per produrre 10
kg di carne da dare ai ruminanti per 1 kg di carne destinata all’alimentazione
39
umana. La speculazione ha introdotto nel ciclo gli scarti di macellazione, e con
essi animali malsani o loro porzioni.
Gli speculatori si sono poi scatenati quando, scoperto il problema BSE, gli
animali sospetti venivano (e vengono?) macellati ed avviati alla distribuzione per
evitarne la distruzione. Naturalmente sorge una domanda che potrebbe dare
speranza: «Con quanta verdura potremmo sostituire la nostra dieta di carne
animale?».
Ma purtroppo non basta diventare vegetariani (totali o parziali) per risolvere
i problemi di sostenibilità perché i consumi non sono solo alimentari e comunque
rimane il problema di quante persone siano sostenibili dalla Terra al ritmo attuale
di produzione di rifiuti.
Queste considerazioni vogliono mettere in evidenza la complessità e
l’articolazione dei problemi ambientali e stabiliscono che, se si vuol rendere
partecipi dei problemi larghi strati della popolazione, si deve sviluppare la
conoscenza (che deve essere scientifica e non di opinione) operando a diversi
livelli scolari con strumenti ed argomentazioni differenziate (non tutto può essere
insegnato a tutti).
C’è bisogno di una consapevolezza scientifica che renda ragione sia dei
comportamenti individuali che delle scelte collettive e questo bisogno richiede
che si faccia ordine nel sapere acquisito sviluppando la divulgazione attraverso
Banche di Dati ad accesso libero (in internet) in grado di soddisfare quella
necessità di chiarezza e di trasparenza che sono impossibili con altri sistemi. In
particolare devono essere previste sezioni dedicate e strutturate per capitoli
come, ad esempio, nel seguente schema:
Informazioni, articolato nei seguenti paragrafi:
Descrizioni nel quale raccogliere le generalità relative ai diversi
ambienti così da promuovere la divulgazione di conoscenze
ambientali;
Schede
informative
nel
quale
riportare
gli
argomenti
(componenti, fenomeni, processi, ecc.) inquadrabili come unità
autonome;
Glossari dove elencare termini tecnici e forme idiomatiche;
Didattica, articolato nei seguenti paragrafi:
40
Modelli di analisi disciplinare, i cui contenuti dovranno
riguardare tematiche di tipo epistemologico sui problemi
ambientali;
Esperienze formative, dove raccogliere le esperienze maturate
da singoli e/o da enti in materia di:
Itinerari didattici, intesi come escursioni organizzate a fini
didattici;
Percorsi educativi, intesi come cammini disciplinari;
Giochi e Simulazioni, dove collocare tecniche e metodi per insegnare utilizzando i
giochi.
Forum, come punto di incontro, di confronto e di stimolo alla discussione
fra operatori.
Si sottolinea in particolare come troppo spesso si confonda l'educazione
ambientale con il tentativo di promuovere un atteggiamento nei confronti
dell'ambiente su base sentimentale piuttosto che scientifica e si finisca per
fomentare estremismi estranei a qualsiasi logica.
L'insegnamento scientifico (le Scienze Ambientali come la Chimica, la
Fisica, etc.) è, infatti, traslazione dei metodi e dei ritrovati della ricerca a materia
di insegnamento.
Questa traslazione compete alla scuola, che deve perciò fornire
un'adeguata formazione ed un continuo aggiornamento. Il ruolo dell'insegnante
deve essere quello di fornire agli studenti gli strumenti per comprendere dal punto
di vista scientifico la conoscenza dell’ambiente.
Saranno poi questi strumenti a formare la capacità critica dell'individuo e
ad indurre i comportamenti di rispetto e cura nei confronti dell'ambiente.
BOX 12
La formazione personale non è (e non deve essere) un’esclusiva della
scuola e ad essa contribuiscono, purtroppo in modo poco controllabile, i media (la
televisione in particolare) e la piazza (il gruppo). La famiglia è stata espropriata
della formazione dalle intrusioni TV, dal ridimensionamento dei nuclei famigliari e
dalla aggressività dei branchi.
41
L’esercizio della conoscenza produce «saperi» che possono essere usati
per vari scopi, alcuni positivi di progresso individuale e collettivo, altri negativi per
prevaricare intere comunità, gruppi di persone o singoli. Il sapere in mano di
pochi è sempre stato motivo di soprusi e continua ad esserlo anche ai giorni
nostri, essendo spesso lo strumento con il quale si creano le “disparità”.
BOX 13
La disparità è un concetto sociale usato recentemente per indicare rapporti
di ingiustizia esistenti fra singoli cittadini, fra gruppi di cittadini o fra intere
popolazioni.
Per la verità, la conoscenza limitata a livello di opinioni, mette a
disposizione pensieri non verificati ed inutili al progresso, ma può sviluppare le
arti e le metafisiche, fornendo una categoria di prodotti capaci di decorare la vita
e, come tali, le opinioni vanno coltivate, ma mantenute in ambiti appropriati.
Con queste premesse è particolarmente delicato individuare il «come»
spiegare agli altri quello che si è recepito e «che cosa» divulgare.
Purtroppo il problema della «comunicazione» non riguarda solo la scuola e
non riguarda solo il trasferimento di conoscenza perché negli anni più recenti se
ne sono impadroniti il marketing ed i media per produrre: false verità.
Si pensi, ad esempio, agli slogan pubblicitari o al fatto che i lettori di
Topolino hanno imparato nelle storie di Superpippo che le arachidi crescono
appese a rami di cespugli e nascono già commestibili); pregiudizi (è opinione
diffusa che l’acqua minerale in bottiglia sia sempre “migliore” di quella fornita
dall’acquedotto); ambiguità (si pensi che in politica le categorie «destra» e
«sinistra» hanno prodotto il «Partito Socialista di destra» e il «Partito Socialista di
sinistra»); «leggende metropolitane» (molti ritengono che amare gli animali
siginifichi rispettare l’Ambiente); ecc.
Il compito della Scuola e, soprattutto, dell’educazione ambientale consiste
nel fornire:
a) un bagaglio di conoscenze valide (cioè verificate);
b) gli strumenti per costruire proprie opinioni autonome;
c) i mezzi per valutare la qualità delle comunicazioni terze.
Il primo obiettivo si persegue trasferendo metodi logici e conoscenze
scientifiche. Il secondo riguarda il fatto che le opinioni sono e devono rimanere
42
conquiste personali. Per questo alla Scuola spetta di insegnare a ciascuno il
come formare le proprie.
Da ultimo la Scuola deve fornire i criticismi necessari per acquisire in modo
avvertito quanto ci viene blandito dai media e dalla piazza. In particolare, la
Scuola avrebbe grande rilievo umano e ambientale se riuscisse a far capire le
ragioni del marketing e, sopratutto del branding (chi ne trae vantaggio?) ed i
problemi che produce all’economia ed all’ambiente l’aumento dei consumi ed dei
rifiuti in spregio alle risorse ed all’ambiente futuri.
Il fatto è che determinati comportamenti vanno regolamentati: non si può
pensare di affidarsi al buon senso o al buon cuore dei singoli.
Ricapitolando, il sapere che ha potenzialità di progresso è solo quello
“verificato”, cioè il sapere scientifico. Attualmente questo tipo di sapere si è
sviluppato enormemente diversificandosi in numerose branche spesso poco
comunicanti ed ha ormai bisogno di organizzazione.
Da poco esistono gli strumenti per farlo (calcolatori molto potenti e poco
costosi e reti informatiche) e quindi è opportuno analizzare i saperi accumulati,
ordinarli e renderli disponibili al maggior numero di persone. Per fare ciò è
necessario utilizzare una rete mondiale e dei sistemi di archiviazione capaci di
dare ordine alle grandi moli di dati.
BOX 14
I due termini riguardano il «vendere» ed il «marchiare» e si riferiscono alla
pubblicità degli oggetti e dei marchi di fabbrica. In qualche misura il secondo è
l’evoluzione del primo determinata dalla constatazione che produrre gli oggetti
non è necessario, ma basta venderli, perché si troverà sempre qualche disperato
(magari del terzo mondo) disposto a produrli a basso prezzo e senza istanze
sociali. Si pensi a Benetton, alla Nike, ecc. ed alle loro campagne pubblicitarie
per il rispettivi «logo» avulsi da prodotti che non realizzano direttamente. Il
branding è generalmente legato alle concentrazioni aziendali perché con esse si
ampliano i mercati e le reti manifatturiere ed ha l’effetto che si riduce il personale
dipendente e si elimina la concorrenza.
Inoltre, per organizzare la distribuzione del sapere è necessario servirsi di
termini appropriati. Quando si vuol rendere partecipe l’uomo della strada le vie
sono diverse e tutte imperfette perché non sempre si può contare sulla ricettività
43
spontanea del destinatario al quale si deve arrivare indirettamente e
delicatamente attraverso la scuola (i giovani) ed i “media” (tutta la popolazione).
I canali mediatici non sono però spinti da interessi culturali né perseguono
obiettivi umanitari dovendo soddisfare le leggi di mercato.
Questa circostanza spesso sproporziona l’informazione a vantaggio di
argomenti cari al potere economico a danno di altri da esso invisi. Ad esempio, in
Italia la televisione indugia facilmente sull’utilità delle grandi opere (ponte sullo
Stretto di Messina, Alta Velocità, barriere mobili contro le acque alte a Venezia
(MOSE), passanti stradali vari, ecc.) e non spiega che mai nel passato si sono
sapute prevedere tutte le conseguenze negative delle realizzazioni faraoniche. Si
pensi al Vajont con oltre 2000 morti, al DDT ancora presente nel grasso dei
pinguini (Polo Sud!) vent’anni dopo essere stato bandito, ai PCB che sono
diventati i colpevoli del buco dell’ozono stratosferico.
Eppure si erano magnificati l’energia idroelettrica, l’efficacia antimalarica
del DDT, l’inoffensività chimica dei freon. E perché nessuno sponsorizza i
risparmi energetici, la riduzione del numero dei veicoli in circolazione, la chiusura
generalizzata dei centri storici cittadini a tutto il traffico privato, la diminuzione dei
limiti di velocità delle auto, la riduzione del trasporto merci su gomma e chi più ne
ha più ne metta?
I temi citati sono solo alcuni e non sono neppure quelli più rilevanti, ma
mostrano come vanno le cose in termini di distribuzione del sapere. L’ignoranza
della popolazione giova ai poteri: da quello economico a quello politico perfino a
quello religioso.
L’Ecotossicologia
E quale, infine, il ruolo dell’Ecotossicologia?
Oscar Ravera che io ritengo uno dei piu’ grandi ecologi italiani e della cui amicizia
mi onoro, scrive a proposito dell’ecologia:
……………..e’ opportuno definire l'oggetto d’indagine dell'ecologia, stabilire i limiti
di questa disciplina e focalizzare le relazioni con altre discipline, ad esempio, l'etica,
l'educazione ambientale e le scienze ambientali. Se questo non viene fatto tutto
diventa ecologia, con la conseguente perdita della sua identita`.
Lo scopo dell'ecologia (che, nata dalle scienze naturali, di queste ne ha tutte le
caratteristiche) consiste nella conoscenza delle interrelazioni tra gli individui
44
appartenenti alla stessa popolazione, tra popolazioni di specie diverse e tra l'ambiente
fisico e le popolazioni e le comunita`.
L'ecologo studia i gruppi di individui (popolazioni, comunita`), non l'individuo e le
relazioni tra i diversi compartimenti (es.: acqua, suolo, sedimenti), non il
compartimento. Lo studio dell'individuo e del compartimento compete ad altre
discipline, quali la botanica, la chimica, la zoologia. Ad esempio, l'influenza dei fattori
ambientali sull'individuo e` oggetto di studio della fisiologia, ma se lo stesso studio
viene esteso alla popolazione o alla comunità e` pertinente alla ricerca ecologica. E'
evidente che la conoscenza della fisiologia di un organismo fornisce utili informazioni
allo studio ecologico della popolazione al quale l'organismo appartiene, ma questo
non e` sufficiente per sostenere che uno studio sulla dipendenza della fioritura di una
determinata specie dalla temperatura sia una ricerca ecologica.
L'ecologia e` focalizzata sull'ecosistema inteso come sistema aperto, non come
microcosmo e, di conseguenza, non si occupa dell'influenza dell'ambiente sull'uomo
nella natura e il suo atteggiamento verso l'ambiente sono argomenti pertinenti l'etica,
anche se i principi dell'ecologia devono essere considerati negli studi di etica
ambientale. L'ecologia si occupa dell'uomo come specie animale (e, quindi, della sua
componente biologica) e dell'influenza dell'uomo sulle altre specie e sugli ecosistemi.
Infatti, l'ecologia, come studia l'influenza degli eventi naturali sulla struttura, il
funzionamento e l'evoluzione dell'ecosistema, valuta pure le conseguenze degli
interventi dell'uomo sull'ecosistema (ad esempio, l'inquinamento, il disboscamento,
l'estinzione di specie). I risultati di questi studi sono di grande utilita` per meglio
comprendere il funzionamento dell'ecosistema, come dalle ricerche della patologia e`
possibile acquisire una migliore conoscenza della fisiologia.
Il compito dell'ecologia si limita alla conoscenza degli effetti delle attivita` umane
sugli ecosistemi, mentre la gestione dell'ambiente, il suo ricupero e la conservazione
della natura sono argomenti di studio delle scienze ambientali, anche se queste hanno
come base teorica i principi dell'ecologia.
Definiti gli scopi e i limiti dell'ecologia consideriamo, come esempio, alcuni
concetti di questa disciplina.
L'ecosistema non e` l'ambiente, anche se per descrivere un ecosistema si prende
come esempio un ambiente (ad esempio, una foresta, un fiume). L'ecosistema e`
un'unita` astratta che esprime un livello di organizzazione. E' un sistema di relazioni
che uniscono compartimenti biologici (es. popolazioni di specie diverse) e abiologici
(es.: composti chimici, entita` fisiche come i sedimenti), in altre parole, le relazioni
45
esistenti tra piu` gruppi di organismi e tra questi gruppi e l'ambiente fisico. Questa
definizione potrebbe comprendere l'intera biosfera identificata come un unico
ecosistema. Sebbene l'estensione di questa definizione di ecosistema non e` priva di
validita`, non tiene pero` conto della varieta` degli ecosistemi e, pertanto, mi sembra
opportuno definire la biosfera come l'assieme dei diversi ecosistemi. Poiche` esistono
relazioni meno numerose e piu` lasse tra ecosistemi adiacenti (ecotoni) si puo`
considerare l'ecosistema come un addensamento di relazioni. L'ecosistema e`, per
sua natura, aperto, dinamico, complesso e ordinato. Esso e` un'unita` integrante
entita` organiche e inorganiche in continua variazione.
L'evidenza di questo e` facilmente dimostrabile. Ad esempio, tutti gli organismi
traggono direttamente o indirettamente dall'ambiente fisico tutte le sostanze
necessarie per il loro mantenimento e il loro accrescimento.1 I sottoprodotti del
metabolismo degli organismi e i loro corpi, dopo la loro morte, vengono rilasciati
nell'ambiente, degradati in composti organici, e, in parte, mineralizzati e utilizzati dalle
piante.2
Una determinata sostanza (ad esempio, una proteina) che partecipa alla
composizione di un determinato organismo e`, in qualche modo, diversa dalla stessa
sostanza componente il corpo di un altro organismo. Per questa ragione si puo`
ritenere che ogni organismo e` costituito da sostanze "personalizzate". Questo e`
provato dalle difficolta` che si incontrano nel trapiantare tessuti da una specie all'altra
e anche da un individuo a un altro della stessa specie. Quando alla morte
dell'organismo le sostanze che compongono il suo corpo vengono mineralizzate
perdono la loro "personalita`", infatti, la pianta verde utilizza indifferentemente
l'anidride carbonica prodotta dalla mineralizzazione dei carboidrati di un cadavere
come quella di un'emanazione vulcanica.
L'organismo e`, quindi, un assieme transitorio di sostanze3 assunte direttamente
(o indirettamente) dall'ambiente fisico al quale ritornano alla sua morte. Durante la vita
il tempo di permanenza delle singole sostanze nell'organismo varia con la natura delle
sostanze e l'attivita` metabolica. Esiste, quindi, nell'ecosistema un flusso continuo di
sostanze e di energia, parte delle quali si concentrano temporaneamente nei diversi
organismi della comunita`.
Esiste, quindi, la piu` stretta integrazione tra comunita` e ambiente fisico,
integrazione definita ecosistema o sistema biogeochimico dagli autori russi. Gli
1
2
E l’energia per i processi vitali (n.d.A.)
e l’energia intrinseca rilasciata nell’universo (n.d.A.)
46
organismi non potrebbero vivere senza l'ambiente fisico, il quale potrebbe esistere
anche senza l'azione degli organismi, ma sarebbe completamente diverso
dall'ambiente terrestre.
Da queste considerazioni risulta che l'oggetto della ricerca ecologica e`
l'ecosistema, un'unita` formata da organismi e dall'ambiente fisico. Per questa ragione
l'ecologia appartiene piu` alle Scienze naturali che a quelle biologiche.
Un'importante caratteristica dell'ecosistema e` il suo continuo cambiamento
determinato da cause esterne (ad esempio, climatiche) e dall'evolvere delle relazioni
tra comunita` e ambiente fisico.
Ad esempio, una depressione in un terreno argilloso originera` una raccolta
d'acqua se la temperatura e i venti non sono di tale entita` da causare un'intensita` di
evaporazione superiore a quella delle precipitazioni. Questo ambiente, che e` la
risultante della climatologia e della natura e morfologia del terreno, offre condizioni
adatte alla colonizzazione di un numero limitato di specie (specie pioniere). Quali di
queste specie colonizzeranno il nuovo ambiente non dipendera` dall'ambiente fisico,
ma dalla possibilita` che avranno queste specie di pervenire al corpo d'acqua.
Assieme a queste immigreranno altre specie non adatte all'ambiente e saranno quindi
eliminate. Le specie pioniere, trovando condizioni adatte e pochi o nessun
competitore, aumenteranno rapidamente la loro densita` di popolazione. Con
l'aumentare degli organismi la loro influenza sull'ambiente diventera` sempre piu`
profonda. La presenza di determinate specie e le modifiche apportate da queste
all'ambiente offrono condizioni favorevoli all'insediamento di specie che non avrebbero
tollerato le condizioni ambientali antecedenti la colonizzazione. Ad esempio, predatori
e parassiti non avrebbero potuto sopravvivere in mancanza di prede e di ospiti. Le
specie pioniere possono ostacolare l'insediamento di invasori, oppure questi possono
eliminare le specie pioniere. Con il passare del tempo l'influenza della comunita`
sull'ambiente fisico aumenta e l'ambiente fisico modificato esercita una diversa
influenza sulla comunita`. Di conseguenza, l'ecosistema subisce continue variazioni
conservando la sua identita`, se non intervengono cause che ne cambiano
l'evoluzione.
Un ambiente fisico offre alle specie pioniere un numero limitato di nicchie, con
l'aumentare del numero di specie aumenta pure il numero delle nicchie, le relazioni tra
i compartimenti si fanno piu` complesse e aumenta la diversita`. Ad esempio, un
ambiente colonizzato da produttori primari offre nicchie ai loro parassiti, ai carnivori e
3
e di energie (n.d.A.)
47
agli onnivori. L'eliminazione di una specie lascia una nicchia vacante che puo` venire
occupata da un'altra specie. E' pero` possibile che con l'eliminazione di una specie
l'ecosistema perda piu` di una nicchia. Ad esempio, l'eliminazione di una specie che
ospita parassiti provoca la scomparsa della sua nicchia e di quelle dei suoi parassiti.
L'ecosistema aumenta la sua complessita` all'inizio rapidamente, poi sempre piu`
lentamente fino a quando tutte le nicchie sono state occupate. A questo stadio
l'ecosistema ha raggiunto la maturita`. La complessita` di un sistema puo` diminuire,
ma non puo` aumentare oltre un certo limite. Ad esempio, un lago che ha raggiunto lo
stadio di eutrofia eliminando alcune specie perde le loro nicchie e riduce cosi` la sua
diversita`.
Due opinioni e due ottiche nella valutazione dell’ecologia: di un fisico, matematico
e modellista ambientale e di un ecologo che ha fatto la storia dell’ecologia in Italia.
Quanto dicono gli amici Alessandro Marani e Oscar Ravera ci permette di
introdurre il concetto di Ecotossicologia che e’ una logica sequenza delle loro
espressioni.
Gia’ comprendiamo come, nello studio dell’ambiente, manchi all’ecologia lo
studio dei compartimenti e dell'individuo e le sue relazioni tra i diversi
compartimenti.
E l’Ecotossicologia si pone proprio come obbiettivo lo studio dei compartimenti
analizzando la loro risposta all’immissione d’inquinanti, le interazioni con le
popolazioni (animali od umane) e gli effetti che tali interazioni provocano sulla qualita’
dell’ambiente e della vita’ umana. In termini generali noi chiamiano questo assieme di
problemi come inquinamento ed effetti del’inquinamento.4
In realta’, gli effetti dell’inquinamento nel degrado della salubrita’ dell’ambiente e
della qualita’ della vita’ e’ ancora in gran parte da scoprire e, soprattutto da
quantificare. Siamo, per certi versi, nel medioevo della nostra conoscenza delle
relazioni alterazione ambiente/alterazione della salute, poiche’ troppe e troppo
complicate sono le interazioni tra i vari parametri ambientali e la salute umana.
L’affermazione che l’inquinamento sia responsabile, direttamente, per lo meno
allo stato attuale delle nostre conoscenze, solo di una frazione (meno del 10%) delle
patologie causa di morte o di morbilita’, non e’ casuale.
Basti solo pensare ai tumori ed alla loro relazione con l’abitudine al fumo, fattore
volontario e non dovuto all’ambiente naturale. Se acquisiamo come nuovo processo
ambientale anche questa piaga epidemiologica (l’abitudine al fumo) allora potremo
4
Vedremo una definizione piu’ propria dell’inquinamento al Cap.VIII
48
dire con certezza che questo nuovo ambiente e’ responsabile di piu’ del 90% delle
morbilita’ e/o mortalita’ dianzi accennate.
D’alto canto, secondo alcuni autori, anche per l’inquinamento l’uomo sarebbe in
grado di sviluppare delle difese naturali come ha fatto, attraverso i millenni, nei
confronti delle malattie infettive e quindi assuefarsi alla presenza di tossici come
accadde per la presenza di alcuni tipi di batteri, oggi non piu’ pericolosi per l’individuo
normale medio.
E’ pero’ da dire che l’uomo d’oggi e’ in realta’ certamente meno resistente alle
malattie, e quindi anche a stress ambientali, di quello del passato.
La tendenza antievoluzionaristica dell’uomo moderno che consente, con la
farmacologia, la sopravvivenza anche di strutture biologiche incapaci di sopravvivere
per carenze immunitarie, ha inserito nella popolazione mondiale soggetti che, in
epoca passata, l’evoluzione avrebbe eliminato5.
Di conseguenza possiamo dire che oggi abbiamo a che fare, rispetto al passato,
con una nuova popolazione media piu’ sensibile e reattiva a stressori biologici,chimici
e fisici nei quali vanno inseriti a pieno diritto quelli ambientali (un indice di questa
nuova reattivita’ e’ dato, per esempio, dall’aumento delle malattie psicosomatiche ed
allergiche).
E’ nei confronti di questa nuova popolazione che la ricerca di tossicologia
ambientale deve lavorare per sapere come, quando, in quale quantita’ ed in che
forma un tossico arrivera’ all’uomo attraverso i vari percorsi ambientali.
Per questo motivo la Ecotossicologia si pone come una scienza che cerca di dare
una risposta alle domande che ci si pone quando si tenta di prevedere il destino della
qualita’ della vita a fronte dell’impatto dei composti tossici generati dall’attivita’
antropica.
E’ una scienza che ha bisogno delle altre discipline, dell’Ecologia e della Chimica
principalmente, ma anche della Biologia, della Fisica e della Matematica. E’ una
scienza che deve, come si suol dire, porre i numeri giusti al posto giusto ossia
quantificare e scientificamente validare il rischio ambientale.
Questi numeri, confrontati con quelli che la scienza medica indica come standard
di qualita’, permetteranno di prevedere, con elevata probabilita’, il livello qualitativo di
5
Chiaramente, sul piano etico, questo e’ altamente qualificante e confortante.
49
una popolazione nell’arco delle famose ottanta replicazioni cellulari che i genetisti ci
propongono come tempo massimo della vita fisiologica.
Proprio per questo l’impostazione moderna della Ecotossicologia ha capovolto
antichi criteri che la volevano come la scienza che esaminava solo gli effetti di
composti chimici o situazioni di stress su una varieta’ di organismi.
In accordo con Calamari, Cairns e Pratt, l’impostazione attuale vuole la
Ecotossicologia come scienza della previsione dei fenomeni ambientali. In grado,
cioe’, sulla base di un numero relativamente ristretto di informazioni sulle
caratteristiche chimiche e chimico-fisiche di un certo composto, di prevederne la
diffusione nell’ambiente, la sua trasformazione per processi chimici e biologicamente
mediati, ed il suo destino finale nei vari comparti e sub-comparti
Lo stesso Oscar Ravera, sottolinea come la ricerca ecotossicologica sia molto
vasta e complessa ed a prova di cio’ enumera soltanto alcuni tra gli argomenti piu’
importanti da considerare nelle indagini ecotossicologiche:
il carico di polluenti che perviene all’ambiente,
la distribuzione dei polluenti nell’ambiente ed i meccanismi che tendono a
diminuirli o a concentrarli,
il passaggio dei polluenti da una forma chimica fisica ad altre,
l’influenza dell’ambiente su queste trasformazioni,
l’assunzione dei polluenti da parte degli organismi,
il trasferimento dei polluenti lungo le reti trofiche,
gli effetti diretti dei polluenti a livello delle popolazioni e della comunita’.
In questa ottica appare fondamentale conoscere il movimento dei polluenti
nell’ambiente da quando sono entrati in un punto qualsiasi del sistema globale a
quando pervengono ai vari comparti passando attraverso le varie interfaccie.
50
adsorbimento gas su particelle solide
SS
8
INTERFACCIA 1/3
INTERFACCIA 1/8
volatilizzazione
sedimentazione (dustfall)
immissione da sorgenti puntuali o diffuse
ARIA
1
INTERFACCIA 1/2
volatilizzazione
sedimentazione (dustfall)
solubilizzazione
INTERFACCIA 2/3
SUOLO
3
sversamenti
solubilizzazioni
adsorbimento
SS
7
ACQUA
2
SED
4
INTERFACCIA 2/7
INTERFACCIA 3/5
ingestione
adsorbimento
INTERFACCIA 2/5
adsorbimento
ingestione
dissoluzione nei lipidi
BIOTA
5
INTERFACCIA 4/5
INTERFACCIA 2/4
Ecosfera ed interazioni tra le sue parti (Idrosfera, Atmosfera, Pedosfera,
Biosfera) attraverso le interfaccie o ambiti di resistenza
Lo schema riportato nella figura da' un'idea delle varie parti della nostra ecosfera
ed una indicazione delle interfaccie intercompartimentali critiche ove l’ecotossicologia
deve puntare la sua specifica e puntuale attenzione. Internamente, poi, ai singoli
comparti, e’ importante la conoscenza delle cinetiche di spostamento (advezioni) e
quelle di trasformazione dei composti stessi in altri (chemitrasformazioni e
biotrasformazioni) ai fini di calcolare quantitativamente sia i tempi di migrazione, sia le
trasformazioni sia, infine, le concentrazioni finali che interagiscono con la cellula
vivente di un agente xenobiotico immesso nell'ambiente. In tal modo si potra' valutare,
numeri alla mano, il rischio piu' probabile di tale composto xenobiotico per
l’ecosistema e, quindi, per l’essere umano.
Quest’ultimo punto non va mai dimenticato: il target finale di tutte le valutazioni
ecotossicologiche e’ sempre l’essere umano, alla cui protezione deve tendere
sempre la scienza ambientale.
51
Quindi lo studio della Ecotossicologia dovra’ svilupparsi secondo due direttrici: la
prima che riguarda l’esposizione e la dinamica ambientale dei tossici, e la
seconda, in modo piu’ specifico, gli effetti dei tossici sull’ambiente e sull’uomo.
ARIA
1
SS
8
INTERFACCIA 1/2
INTERFACCIA 2/3
INTERFACCIA 1/3
SUOLO
3
INTERFACCIA
3/5
ACQUA
INTERFACCIA 2/5
SS
7
INTERFACCIA 2/7
INTERFACCIA 2/4
2
SED
4
BIOTA
5
INTERFACCIA 4/5
ALIMENTI VEGETALI ED ANIMALI
ACQUA POTABILE - ASSORBIMENTO CUTANEO
RESPIRAZIONE - ASSORBIMENTO CUTANEO
INTERFACCIA 1/8
Ecosfera ed interazioni tra le sue parti (Idrosfera, Atmosfera, Pedosfera,
Biosfera) attraverso le interfaccie o ambiti di resistenza e processi terminali
all'essere umano attraverso le vie di trsferimento dirette ed indirette
Ancora la Ecotossicologia dovrebbe, a nostro avviso, dare una indicazione
qualitativa delle scelte che si debbono fare per eliminare il problema degli
inquinamenti alla radice. Accertato lo status quo ambientale, attraverso modelli di
calcolo, si potra’ risalire alle condizioni necessarie per eliminare l’inquinamento,
condizioni da porre all’Ingegneria per la soluzione tecnologica dei problemi.
Non ci sembra inutile sottolineare come il concetto di Ecotossicologia debba
essere piu’ orientato ad un concetto applicativo che non ad una semplice filosofia
dell’ambiente con tutto il rispetto per la filosofia. In realta’ per troppo tempo si e’
52
spesso solo parlato di ecologia e troppo poco si e’ attuato in ecologia. Una delle
realta’ dell’ecologia applicata e’ proprio la Ecotossicologia.
La scienza dell’ecotossicologia (applicata) e’ una scienza multidisciplinare e
interdisciplinare e si colloca al vertice della piramide delle scienze proprio per questa
multi/intradisciplinarita’ necessitando della conoscenza di tutte le altre scienze per
realizzarsi.
In realta’ la parte preponderante nell’ Ecotossicologia applicata la fa la chimica, la
termodinamica e la biologia, poiche’ tutti i processi ambientali sono processi chimici
che seguono le leggi della termodinamica o, in grande percentuale, sono
biologicamente mediati; ma la matematica, la fisica, la statistica e le altre scienze
entrano in misura maggiore o minore nei processi dell’ecotossicologia.
Per lo studente di Scienze Ambientali che, dopo i doverosi esami di Chimica,
Chimica-Fisica e Biologia dei primi anni del Curriculum, aveva deciso di "dimenticare"
in buona parte la Chimica e la Biologia (invero piu' la Chimica che la Biologia) puo'
essere non del tutto gradevole riprendere i concetti fondamentali di tali discipline.
Ma la Chimica e Chimico-Fisica sono indispensabili per la comprensione dei
processi ambientali in Ecotossicologia come, in chiave piu' vasta, in Ecologia ed
Ecologia applicata altrimenti si rimane nel solo campo fenomenologico della visione
dei problemi senza una base numerica per la loro comprensione e la loro soluzione.
Per questo motivo abbiamo ritenuto importante inserire all'inizio di questo Corso
richiami di Chimica degli Equilibri Ionici in Soluzione e Principi di Chimica Fisica intesi
come aspetti delle principali reazioni ambientali alla luce dei concetti di equilibrio
termodinamico e del trend dell'energia nei sistemi naturali. L'ottica e' stata quella di
sfoltire la Chimica e la Chimica-Fisica dei concetti che non sono relazionabili ai
processi ambientali evidenziando quelle parti e quelle formulazioni (Tool) che sono di
immediata applicatibilita' ai processi ecotossicologici.
Il richiamo ai principi della Termodinamica e’ fondamentale per spiegare i
processi ambientali.
Per questo nel corso dei vari capitoli verra’ costantemente ripreso il concetto di
energia come elemento condizionante della processistica ambientale.
Tutto il divenire dell’ecosfera, infatti, e’ sempre una conseguenza del II° principio
della Termodinamica che, in sintesi, è la logica ambientale di portare tutti i sistemi al
minimo contenuto di energia, degradandola – se e’ consentito il termine brutale ed
antropizzante – dal livello maggiore e piu’ nobile, a quello finale minimo e, come gia’
detto, degradato, rappresentato dall’energia termica che si disperde nell’universo.
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Ma e’ questa energia
il motore ineluttabile dei processi ambientali (intesi in
senso lato), processi naturalmente entropici che portano, come ben sappiamo dalla
Termodinamica, al caos ed al disordine di sistemi non-strutturati che, per loro propria
natura, sono a livello di minima energia.
Non si muove foglia, che l’energia non voglia – potremmo dire, mutuando e
mutando un noto detto. Il cambio non sembri blasfemo poiche’ Chi ha creato
l’Universo, con ben maggior facilita’ poteva essere o creare la stessa energia che, fra
il resto, e’ ben piu’ semplice, per chi lo puo’, da gestire.
Per questo appare mirabile ed incredibile che, nel generale andamento entropico
del nostro mondo, si possa assistere ad improvvise esplosioni sintropiche ove i
processi vanno in opposizione al II°principio della Termodinamica poortando i sistemi
da bassa energia a energia “nobile”, da sistemi destrutturati e caotici, affidati al caso,
a sistemi in ordine perfetto con
perfetta interazione con altri sistemi organizzati.
Queste esplosioni sintropiche sono i momenti della vita.
Come si puo’ leggere , nel disegno che segue, i sistemi degradano da livelli
energeticamente elevati (nobili) e strutturalmente piu’ organizzati a livelli piu’ bassi e
caotici (rappresentato dal rotolare degli orsetti dall’alto al basso) ed esprimono, quindi,
i processi entropici.
Aumento dell’entropia e della
processi vitali
sintropia nei processi ambientali e nei
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Di tanto in tanto, pero’, - ma con continuita’ – escono da questa linea i processi
vitali in cui dalla materia disorganizzata (atomi e molecole) ed a livelli di energia bassa
e degradata si passa a strutture di alta qualificazione (cellule e tessuti) in termini
assolutamente sintropici (i picchi su cui si riposano gli orsetti).
Ma anche questi nostri processi sintropici durano il tempo della massima
replicazione cellulare consentita (ossia un tempo infinitesimo se comparato con il
tempo dell’universo ma estremamente importante per noi) e la struttura viva,
terminato il ciclo, ritorna nel cammino entropico del caos e della disorganizzazione e
l’energia, degradata di nuovo al minimo, rientra nel sistema dell’universo.
La conoscenza dell’andamento dell’energia dei sistemi, quindi, ci da’ un mezzo
(tool) importante per tentare di vedere in profondita’ ed al di la’ del dato
fenomenologico.