Impatti dei cambiamenti climatici globali
sulla biodiversità e gli ecosistemi
Marino Gatto
• Introduzione: CCG e biodiversità
• Gli impatti dei CCG
• I modelli di predizione degli impatti
• La situazione in Italia: poco fatto,
molto da fare!
1. Introduzione
La biodiversità nel mondo
Stima del numero di specie
esistenti: 3-30 milioni
1,8 milioni di specie
catalogate
http://www.biodiversityhotspots.org/xp/Hotspots
Myers N. et al.(2000) Nature 403: 853-858
1. Introduzione
Tempo di vita medio di una specie animale
ricavata dai record fossili: 1-10 milioni di anni
Dai tassi di estinzione documentati nel
secolo scorso si ricava una riduzione del
tempo di vita media a 10.000 anni
Dai tassi di estinzione correnti si ricava
un tempo di vita medio per uccelli e
mammiferi di 200-400 anni
Percentuale del numero globale
di specie minacciate di estinzione
La biodiversità minacciata
Uccelli
Mammiferi
Pesci
Piante
Thuiller W. 2007.Climate change and the ecologist, Nature, 448: 550552.
1. Introduzione
Il valore della biodiversità
Quanto valgono i servizi della natura?
Stima delle attività economiche umane e dei servizi degli ecosistemi
Gli ecosistemi forniscono "servizi" che:
¾moderano gli estremi climatici e i loro
impatti
¾permettono la dispersione dei semi
¾mitigano siccità e piene
¾proteggono gli uomini dai raggi
ultravioletti
¾riciclano i sali nutrienti
¾proteggono le rive dei fiumi e le coste
dall’erosione
¾detossificano e decompongono i rifiuti
¾controllano gli organismi nocivi per
l’agricoltura
¾generano e conservano i suoli e
rinnovano la loro fertilità
¾contribuiscono alla stabilità climatica
¾purificano aria e acqua
¾regolano gli organismi vettori di malattie
¾provvedono all’impollinazione delle
piante
Source: Adapted from R. Costanza et al., "The Value of the World's
Ecosystem Services and Natural Capital," Nature Vol. 387 (1997), p. 256,
Table 2.
• L’80% della popolazione mondiale utilizza prodotti
medicinali naturali. Dei 150 farmaci più prescritti
negli U.S.A., 118 derivano da fonti naturali: 74%
da piante, 18% da funghi, 5% da batteri, e 3% da
un vertebrato (serpente). Nove dei 10 più utilizzati
derivano da prodotti vegetali naturali.
• Oltre 100.000 differenti specie di animali – tra cui
pipistrelli, api, mosche, farfalle, coleotteri e uccelli,
- forniscono servizi gratuiti di impollinamento. Un
terzo del cibo per l’uomo proviene da piante
impollinate da impollinatori selvatici. Il valore
dell’impollinamento naturale nei soli U.S.A. è stato
stimato tra 4 e 6 miliardi di dollari all’anno.
2. Impatti dei CCG
Le vie attraverso cui i CCG influenzano specie
ed ecosistemi
Cambiamento climatico
Aumento della concentrazione
atmosferica di CO2 e di altri gas
serra
- Aumento delle temperature media globali
- Modifica dei patterns di precipitazione
- Modifica della frequenza e intensità di
eventi estremi
Effetti sulla fisiologia
Effetti sulla fenologia
Ad es., fotosintesi, respirazione,
crescita delle piante, efficienza
utilizzo acqua, composizione dei
tessuti, metabolismo e
decomposizione
Ad es., anticipo o ritardo
di eventi del ciclo vitale
Effetti sulla
distribuzione
Ad es., spostamento
verso i poli e verso quote
più elevate
Adattamento in situ
Modifica delle interazioni tra specie
Ad es., competizione, predazione, infezione
da parassiti, mutualismo
Ulteriore spostamento della distribuzione
Estinzione di alcune specie
Modifiche nella struttura e composizione delle comunità
Ad es., progressivo impoverimento di alcune comunità e relativo
aumento di specie opportunistiche
Hughes L. (2000),
Trends in Ecology &
Evolution 15:56-61.
2. Impatti dei CCG
Le scale temporali
Ipotetici tempi di risposta a una
perturbazione ambientale a differenti livelli
ecologici
Impronte digitali
dei CCG
In Hannah L. & Lovejoy T. E. (2003),
Climate Change and Biodiversity:
Synergistic Impacts
Le “impronte digitali” ecologiche del
riscaldamento globale
2. Impatti dei CCG
Parmesan C. et al. (1999), Nature 399:579-583
Extending northern boundary
1970-1997
Extending northern boundary +
rectracting southern boundary
2. Impatti dei CCG
Evidenze
genetiche
J. Balanya et al. 2006 Global Genetic Change
Tracks Global Climate Warming in Drosophila
subobscura. Science 313: 1773-1775
Evidenze fenologiche
1700 specie animali e vegetali esaminate.
Conferma del riscaldamento in atto nel 20° secolo.
Significativo spostamento degli areali di 6,1 km per decennio verso nord.
Significativo anticipo di 2,3 giorni per decennio degli eventi primaverili
C. Parmesan & G. Yohe 2003 A globally coherent fingerprint of climate change impacts across natural systems Nature 421: 37-42
T.L. Root, J.T. Price, K. R. Hall, S. H. Schneider, C. Rosenzweig & J. A. Pounds 2003 Fingerprints of global warming on wild animals and
plants Nature 421:57-60
2. Impatti dei CCG
Lo spostamento a quote più elevate
IPCC, 2001. Climate Change 2001:
Impacts, adaptation and
vulnerability
Vegetazione
alpina sommitale
Spostamento osservato 1- 4
m/decennio
Grabherr G. et al. (1994), Nature 369:448
EU project GLORIA-Europe
2. Impatti dei CCG
L’incremento di specie esotiche
G-R. Walther, E. Post, P. Convey, A. Menzel, C. Parmesan, T.J. C. Beebee, J-M.Fromentin, O. Hoegh-Guldberg & F.
Bairlein “Ecological responses to recent climate change” Nature 416, 389 - 395 (2002)
Modelli usati per predire gli
impatti dei CCG
STATICI
vs.
DINAMICI
SINGOLA SPECIE
vs.
ECOSISTEMA
SCALE SPAZIALI
LOCALI
vs.
GLOBALI
3. Modelli di predizione
Relazioni statiche tra fattori abiotici (incluso il
clima) e variabili biotiche. Biosfera considerata
all’equilibrio.
Simulano uno o più processi della biosfera e
simulano anche stati transitori
Simulano singole specie isolate da altre
componenti dell’ecosistema cui appartengono.
risposte individuali delle specie
Simulano cambiamenti nella funzione e
composizione dell’ ecosistema/bioma, a livello o
di specie o di gruppo funzionale.
Dettagliano processi fisiologici, interazioni
ecologiche e diversità delle specie
Inviluppi climatici, nessuna o scarsa interazione,
tipi funzionali
3. Modelli di predizione
Modelli di inviluppo
specie-clima
Fagus sylvatica
Faggio
3. Modelli di predizione
Predizioni via modelli di inviluppo
2050: predicted occurence
shifts of Parietaria judaica
Remaining
Potentially suitable
Disappearing
Bakkenes M. et al. (2002), Global Change Biology 8:390-407.
3. Modelli di predizione
Diversi livelli trofici
Remaining
Potentially suitable
Disappearing
3. Modelli di predizione
Proiezioni globali
25% delle specie
mondiali estinte entro
il 2050 a causa
dell’azione combinata
del riscaldamento
globale e della
degradazione degli
habitat
Thomas et al. (2004), Nature 427:145-148
Il problema del downscaling
3. Modelli di predizione
Dal globale al locale
50 km grid
Europe
2 km grid
Surrey
10 km grid
Great Britain
Clematis vitalba
3. Modelli di predizione
Punti critici: Impatti indiretti e sinergici
CLIMA
VEGETAZIONE
SUOLO
FAUNA
Anche se esistono cammini causali indiretti, i modelli correnti
si focalizzano sulle risposte individuali delle specie ai fattori
esogeni. Sinergie e interazioni sono spesso trascurati.
Punti critici: L’incertezza delle previsioni
3. Modelli di predizione
Modelli che si comportano analogamente in fase di
calibrazione possono fornire proiezioni abbastanza
differenti
Thuiller, 2003. Global change biology, 9: 1353-62
4. Situazione italiana
2007: Quarto rapporto IPCC
Impacts, Adaptation and Vulnerability
29.000 serie di dati fisicobiologici
selezionate da 80.000 serie (577
studi) secondo i criteri:
•Studi terminati dopo il 1990 e
durati almeno 20 anni
•Cambiamenti significativi in
accordo o in disaccordo con i CCG
Italia
Pochi studi e concentrati sulle
Alpi
4. Situazione italiana
Eppure siamo un paese ad alta biodiversità!
Siamo anche
una ecoregione
critica
Hoekstra, J. M. et al. Ecol. Lett. 8, 23–29 (2005)
Piante vascolari
Quota massima (m) - 2005
58,7 m/decennio
4. Situazione italiana
Alpi Retiche, Punta Marinelli
2310-3256 m
Esposizione SO
delta T +1,6°C estate
+ 1,1°C inverno
13,0 m/decennio
Quota massima (m) - 1959
Aumento del numero di specie
con la quota, 1959-2005
Parolo G, G Rossi (2007). Upward migration of vascular
plants following a climate warming trend in the Alps, Basic
and Applied Ecology, doi:10.1016/j.baae.2007.01.005.
Spostamento superiore a quello
delle sole specie sommitali
4. Situazione italiana
Piante vascolari
Majella,
Appennino Centrale
2405-2737 m
Studio delle cime secondo il protocollo Gloria
- S-Alps/Dolomites (Italy)
- Central Apennines/Majella (Italy)
- Northern Apennines (Italy)
- Central Alps/Texelgruppe (Italy)
Stanisci, Pelino e Blasi, 2005. Biodiversity and Conservation, 14: 1301-18
www.gloria.ac.at
4. Situazione italiana
Diversità di specie vegetali non arboree
SRES A2 – HadCM3
2020-2050
SRES A2 – HadCM3
2050-2080
N° specie
+300
-300
Il modello BIOMOD descrive la nicchia ecologica delle singole specie sulla base di
dati di occorrenza e simula la distribuzione futura secondo scenari di CCG
Thuiller, 2003. Global change biology, 9: 1353-62
www.pik-potsdam.de/ateam/
A2 2020-2050
N° specie
+300
-300
A2 2050-2080
N° specie
+300
-300
4. Situazione italiana
Spostamento dell’areale di distribuzione della
processionaria Thaumetopoea pityocampa
Areale determinato dalla temperatura invernale e dalla radiazione solare
Francia: spostamento di 87 km verso latitudini maggiori, 1972-2004
Italia: sulle Alpi spostamento 110-230 m in quota, 1975-2004
Distribuzione geografica spiegata
da indicatori climatici (RFT) e
da variabili climatiche (Tmin giornaliera)
Buffo, Battisti, Stastny e Larsson, 2007. Agricultural and Forest Entomology, 9: 65-72
Battisti , Statsny, Netherer, Robinet et al., 2005. Ecological Applications, 15:2084-96
4. Situazione italiana
Impatti regionali dei CCG: il progetto Kyoto Lombardia
(project leader Antonio Ballarin Denti)
http://www.flanet.org/ricerca/kyoto.asp
Enti sponsorizzatori:
• Fondazione Lombardia per
l’Ambiente (FLA)
• Regione Lombardia
• Ministero dell’Ambiente
• APAT
6 linee di ricerca:
• Clima
• Inventario Emissioni
• Cicli gas serra
• Politiche
• Comunicazione
• Esternalità socio-ambientali
Scopi – Identificare:
•
•
•
Impatti diretti e indiretti (al 2020 e al 2050), reti causa-effetto
per gli ecosistemi lombardi
Mappe di vulnerabilità e di rischio per la Lombardia
Valutazioni monetarie e non monetarie delle esternalità
4. Situazione italiana
Possibili linee d’azione
•
•
•
•
•
•
Raccolta regolare di dati floristici e faunistici
con protocolli scientifici standard.
Database georeferenziato ed aggiornato
della biodiversità.
Mantenimento di una rete per le ricerche
ecologiche di lungo termine (LTER). Vedi
anche esperienza NEON (National
Ecological Observatory Network,
http://www.neoninc.org/) negli USA.
Raccolta di modelli predittivi e sviluppo di
nuovi modelli (flora e fauna). Loro
organizzazione in un database di modelli.
Coordinamento con climatologi per il
downscaling. Coordinamento con studiosi del
suolo e dei cicli biogeochimici.
Flusso di risorse per il monitoraggio e la
ricerca non episodico.
