Cambiamenti Globali e Cicli biogeochimici: dinamiche, impatti e mitigazione (DTA.AD001)

Area progettuale

Dipartimento

Scienze del sistema terra e tecnologie per l'ambiente

Il rilievo

Le attività dell'uomo stanno cambiando l'ambiente del Pianeta in modo profondo e in alcuni casi irreversibile. I cambiamenti a scala planetaria (cambiamenti globali) sono dovuti non solo all'immissione di inquinanti nell'ambiente, ma anche ai cambiamenti nell'uso del territorio, alla perdita di habitat e all'alterazione della biodiversità. L'intervento umano sta avvenendo a una velocità così elevata da causare profondi cambiamenti agli ecosistemi ed ai processi che li regolano e dai quali dipendono il clima e la vita sulla Terra. Studiare i cambiamenti globali significa valutare, tramite modelli e misure sperimentali, le alterazioni dovute a cause naturali ed antropiche, che influenzano il funzionamento del Sistema Terra e prevederne gli effetti sull'ambiente, il clima, gli ecosistemi, la biodiversità e sulla nostra società . E' necessario invece un approccio sistemico e olistico per analizzare il Sistema Terra nella sua interezza, includendo gli aspetti socio-economici. Vi è un'imprescindibile necessità di monitorare i cambiamenti mediante osservazioni a lungo termine, combinate con studi retroattivi e predittivi, che includano anche i cambiamenti degli ecosistemi e i realtivi impatti sociali - obiettivo complesso da attuare per costante mancanza di risorse finanziarie e di personale specifiche e continuative. La ricerca sui cambiamenti globali in Italia è troppo spesso settoriale e non integrata, confinata dai rigidi steccati disciplinari presenti nel sistema Università/Ricerca. Mentre si sta faticosamente realizzando l'integrazione fra discipline (fisica, chimica, biologia, geologia) e fra i diversi comparti (atmosfera, oceano, biosfera, geosfera), ancora carente è il collegamento fra le attività sperimentali e quelle modellistiche la cui integrazione è importante per fornire la necessaria sintesi dei risultati. Inoltre, le attività interdisciplinari che uniscono scienze naturali ed umanistiche sono molto scarse.

Obiettivi

L'obiettivo generale: integrazione in modelli complessi (come gli Earth System Models) di processi fisico-chimico-biologici e geologici con la dinamica degli ecosistemi alle diverse scale spaziali e temporali di interesse. Obiettivo a più lungo respiro è invece l'integrazione dei risultati con le competenze socio-economiche, presenti in altri Dipartimenti e in altri Enti e Università, per fornire elementi utili ai policy maker. Obiettivi scientifici: i) studio dei cambiamenti globali nel Sistema Terra, della dinamica e della predicibilità del clima, attraverso lo sviluppo e l'implementazione di modelli climatici, e ricostruzioni stratigrafiche, paleoclimatiche e paleoceanografiche; ii) osservazione dei cambiamenti nella composizione dell'atmosfera ed interazione tra clima, qualità dell'aria (incluse le implicazioni per la salute); iii) analisi dell'interazione biosfera-geosfera-oceano; iv) analisi dei cicli biogeochimici di carbonio, azoto, zolfo, boro, fosforo e metalli in traccia nelle loro componenti atmosferiche, acquatiche, oceaniche, del suolo, della biosfera, del mantello e della crosta terrestre; v) analisi del ciclo dell'acqua e dei regimi di precipitazione liquida e solida, risposta dei ghiacciai e della copertura nevosa, delle acque superficiali e delle falde acquifere, componente marina; vi) analisi degli impatti associati ai cambiamenti globali in aree remote ed antropizzate e in hot-spots climatico-ambientali (Mediterraneo, aree polari, montane e costiere, megacities, foreste, zone aride, zone umide, laghi, suoli); vii) analisi degli effetti dei cambiamenti sulla biosfera e sugli ecosistemi marini e di transizione, terrestri e acquatici, sulla dinamica degli oceani e della superficie terrestre; viii) sviluppo di strategie di mitigazione e di adattamento ai cambiamenti globali; ix) eventi estremi nel sistema accoppiato oceano-atmosfera; x) contaminazione ambientale; xi) cambiamenti ecosistemici non lineari e regime shifts.

Il quadro delle ricerche in ambito internazionale

Il punto di riferimento dell'Area Progettuale è il programma internazionale Future Earth (http://www.futureearth.org) che ha integrato tutti i precedenti programmi internazionali sui cambiamenti globali a componenti afferenti alle scienze naturali, umane, sociali ed economiche. Future Earth è una piattaforma globale di ricerca che ha l'obiettivo di produrre la conoscenza necessaria alla transizione verso una società globale sostenibile nell'ottica della Conferenza ONU Sustainable Development (Rio+20) ed è suddiviso in tre tematiche: i) Dynamic Planet : studia i cambiamenti osservati e previsti nelle diverse componenti del Sistema Terra (clima, suoli, criosfera, oceani), i cicli biogeochimici, la biodiversità, la qualità dell'aria e dell'acqua, gli oceani e le pressioni antropiche, oltre agli sviluppi futuri in ambienti a rischio quali coste, montagne, foreste tropicali, zone aride, zone umide e regioni polari e montane; ii) Global Sustainable Development: i studia i legami fra cambiamenti globali e società e di come lo sviluppo della società possa tradursi in un'ulteriore pressione sul pianeta; iii) Transformations towards Sustainability: studia le trasformazioni necessarie per raggiungere un futuro sostenibile. Il quadro della ricerca è nello specifico sostenuto dai progetti attivi in Future Earth: DIVERSITAS, IGBP, IHDP, WCRP. Altre realtà importanti sono: Climate and Clean Air Coalition (CCAC), Group on Earth Observation (GEO), UNEP, GEOTRACES, ICOS e altri programmi inerenti le infrastrutture di ricerca (ICOS-ERIC, ACTRIS-ESFRI) e le maggiori convenzioni internazionali. Riferimento europeo sono le azioni di Horizon 2020 Climate, Environment, Resource Efficiency and Raw Materials e Food Security, Sustainable Agriculture and Forestry, Marine, Maritime and Inland Water Research and Bioeconomy, Bluegrowth e European Climate Research Alliance (ECRA) ed i Copernicus Atmosphere, Climate Change and Marine Services.

Il quadro delle ricerche in ambito nazionale

In ambito nazionale, la ricerca sui cambiamenti globali è frammentata fra una molteplicità di Enti ed Università, sistematicamente sotto-finanziata, non coordinata e soffre inoltre di un approccio strettamente disciplinare motivato dall'organizzazione accademica nazionale, ma non più giustificabile nel quadro internazionale. Oltre a vari Dipartimenti Universitari nell'ambito delle scienze Fisiche, Chimiche, Biologiche e Geologiche, Ingegneristiche, i principali Enti nei quali ricerche sui cambiamenti globali vengono svolte a livello nazionale, oltre al CNR, sono ENEA, INOGS, INGV, CREA, Stazione Zoologica Anton Dohrn, CMCC, ISPRA. ASI è poi funzionale all'utilizzo delle piattaforme osservative satellitari necessarie per la comprensione e la valutazione dei cambiamenti globali e dei loro effetti. Ancora molto carente è invece in Italia la ricerca sui cambiamenti globali nell'ambito delle discipline umane, sociali ed economiche. Questa carenza è particolarmente sentita quando dallo studio dei cambiamenti globali si deve passare a fornire ai policy makers gli elementi non solo tecnologici ma anche sociali ed economici per definire politiche di mitigazione ed adattamento ai cambiamenti stessi. Altri Enti coinvolti nella tematica sono le ARPA Regionali, il Dipartimento della Protezione Civile (DPC). Il DTA coordina il Progetto di Interesse NextData. La ricerca italiana è presente anche nelle reti infrastrutturali internazionali che supportano la ricerca sui cambiamenti globali. Fra le reti partecipate dal CNR si segnalano: Rete di Ricerca Ecologica a Lungo Termine (LTER), Infrastruttura Europea di ricerca sulla biodiversità Lifewatch, Environmental Research Infrastructures (ENVRI), Svalbard Integrated Earth Observing System (SIOS).

Il posizonamento del Cnr

Per la sua multidisciplinarietà il CNR ha le grandi potenzialità a livello nazionale per integrare le competenze disciplinari e metodologiche necessarie allo studio dei cambiamenti globali e dei loro effetti, potendo contare al suo interno in tutte le competenze e gli strumenti per l'intera filiera della valutazione dell'impatto ambientale, dalla raccolta dei dati alla valutazione del rischio. Grazie alla presenza sull'intero territorio il CNR è collabora con Istituzioni nazionali e locali per la definizione strategie di mitigazione. Queste competenze sono distribuite in varia misura fra gli Istituti del DSTA, ma anche in Istituti afferenti ad altri Dipartimenti (Scienze bio-agroalimentari, Scienze biomediche e Informatica e Ingegneria delle Telecomunicazioni e Trasporti). Nell'ultimo decennio ci sono stati progressi importanti nel coniugare le ricerche ambientali con quelle socio-economiche al fine di analizzare vari scenari di mitigazione dei rischi ambientali a supporto di policy makers o altri stakeholders. Sono attivi programmi nell'ambito della gestione delle risorse idriche, in stretta collaborazione con Autorità ed Enti nazionali. Gruppi di ricerca del CNR coordinano o sono attivi, nell'ambito di programmi internazionali sui cambiamenti globali, inquinamento ambientale e sviluppo di tecnologie abilitanti (KETs), quali alcuni sottoprogetti di Future Earth, SOLAS, Global Energy and Water Exchanges Project (GEWEX), UNEP F&T;, GEOSS, HTAP, GEOTRACES, REACH, solo per citare alcuni tra quelli più rilevanti. I ricercatori del DSTA coordinano inoltre la Task Global Ecosystem Monitoring e Tracking Pollutants di GEO, il CRA Mountains as sentinels of change (Belmont Forum), missioni satellitari ESA e il progetto europeo H2020 ECOPOTENTIAL, oltre ad essere impegnati nel potenziamento della rete di Osservatori climatici, in aree remote, sul territorio nazionale. Sono attive collaborazioni con UNEP, WMO, WHO, IPCC, EUMETSAT, ECMWF, ICTP.

Le principali attvità svolte

Clima e cambiamenti climatici - ricerche sulla modellistica del clima a scala globale e regionale e gli impatti della variabilità climatica sugli ecosistemi terrestri, acquatici, marini e le aree polari, la modellistica degli eventi estremi, le interazioni oceano-clima, le dinamiche di eventi estremi, gli effetti dei cambiamenti climatici sull'acidificazione dell'oceano, l'innalzamento del livello del mare e la vulnerabilità delle fasce costiere, la ricostruzione del clima alle diverse scale temporali e del suo impatto sugli ecosistemi alla scala secolare e millenaria (archivi continentali, marini e polari) e monitoraggio climatico.
Cambiamenti nella composizione dell'atmosfera e interazione qualità dell'aria (e salute) e clima - ricerche sulle proprietà fisiche e chimiche dell'atmosfera e loro variabilità spazio-temporale, processi naturali e antropici sulla composizione dell'atmosfera. Include ricerche a scala regionale e globale e negli hot spot climatici sulla relazione fra qualità dell'aria e clima, sulle isole di calore, gli impatti radiativi dei cambiamenti della composizione atmosferica e l'influenza climatica delle specie a breve tempo di vita. Cicli biogeochimici -principali cicli biogeochimici (carbonio, azoto, zolfo, boro, fosforo, metalli in traccia e le loro interconnessioni), gli scambi mantello-crosta-atmosfera, biosfera-atmosfera e atmosfera-idrosfera, le risposte funzionali degli ecosistemi alle dinamiche climatiche, il funzionamento, organizzazione, connettività, biodiversità e resilienza degli ecosistemi; resilienza e impatti sociali dovuti alla variazione dei servizi ecosistemici, dinamica della Earth Critical Zone. Ciclo dell'acqua - studia degli effetti delle nubi sul clima, le variazioni del ciclo idrologico a scala regionale e globale, e in particolare in regioni di alta quota, lo studio dei regimi di precipitazione liquida e solida e la risposta dei ghiacciai e della copertura nevosa, delle acque superficiali e delle falde acquifere.

Le attività previste

Clima e cambiamenti climatici: caratterizzazione del clima e della variabilità passata, presente e futura (ricostruzioni, scenari e modellistica numerica); stima dei rischi e degli impatti associati ai cambiamenti climatici; analisi dei processi fondamentali della dinamica e predicibilità del clima; valutazione degli impatti dei cambiamenti globali su risorse idriche, eventi estremi, ecosistemi e sulla Earth Critical Zone. Cambiamenti nella composizione dell'atmosfera e interazione qualità dell'aria-salute/clima: ricerca su processi su scala regionale e in specifici hot spot climatici e ambientali (città, aree costiere, aree montane, aree polari, ecc.). Cicli biogeochimici: ciclo del carbonio in diversi contesti geologici; analisi del ciclo del carbonio nei suoli e negli scambi mantello-crosta-atmosfera, suolo-vegetazione-atmosfera e idrosfera-atmosfera; processi e variabilità della composizione del mare; ruolo dei microorganismi nei cicli biogeochimici; validazione di indicatori biologici di qualità ambientale; meccanismi che regolano la produttività degli ecosistemi e l'immagazzinamento del carbonio in tutti i segmenti del sistema suolo-vegetazione-atmosfera; ciclo degli inquinanti persistenti (Hg e POPs); impatto dei cambiamenti globali e della variabilità meteo-climatica su componente biotica lacustre, marina, sulle popolazioni vegetali e sui suoli; interazione aria-mare, ciclo del carbonio e fitoplancton marino; cicli biogeochimici di metalli in traccia; resilienza naturale ed antropica ai cambiamenti climatici; analisi retrospettive e predittive di specie e di ecosistema, incluse transizioni critiche; valutazione degli impatti su servizi ecosistemici e sulla società. Ciclo dell'acqua: analisi delle variazioni nelle diverse componenti del ciclo dell'acqua: nubi, precipitazioni solide e liquide, ghiacciai e copertura nevosa, acque superficiali e sotterranee, interazioni suolo-vegetazione-atmosfera e flussi di vapore acqueo; modelli di evoluzione dei ghiacciai.

Area tematica

Scienze del sistema Terra e tecnologie per l'ambiente

Progetti

Ultimo aggiornamento: 12/11/2024