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La vita nell’Artico ai tempi del riscaldamento globale: studi recenti, big data e scenari futuri

Chi si adatta, chi modifica le sue abitudini, chi rischia l’estinzione in risposta ai profondi mutamenti ambientali in corso nel Grande Nord, dove la temperatura corre più che in qualsiasi altro luogo della Terra

Tutti noi dipendiamo direttamente o indirettamente dall’oceano e dalla criosfera, cioè la massa di ghiaccio e di neve presente sulla Terra. Entrambi hanno una funzione cruciale all’interno del ciclo idrologico, e l’oceano riveste un ruolo fondamentale anche nel processo di assorbimento e ridistribuzione del diossido di carbonio (CO2) e del calore. L’oceano e/o la criosfera sono fonti di acqua, cibo, energia rinnovabile, salute, benessere, insomma: di vita.

Entrambi stanno cambiando velocemente in risposta ai cambiamenti climatici indotti dall’uomo.

La comunità scientifica internazionale ha documentato la realtà che ormai molti conoscono: l’oceano  si riscalda, perde ossigeno, continuando a rimuovere CO2 dall’atmosfera, si acidifica; la maggior parte dei ghiacciai si scioglie, le calotte glaciali della Groenlandia e dell’Antartide perdono massa, il livello del mare si innalza, l’estensione e lo spessore del ghiaccio marino nell’Artico (banchisa) si riducono, la copertura nevosa dell’emisfero settentrionale diminuisce e il permafrost si scongela.

Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate, Technical Summary (Fig. TS.2, www.ipcc.ch/srocc/chapter/technical-summary/) – Crediti IPCC

Tutto il Pianeta risente delle conseguenze dei cambiamenti climatici nelle regioni artiche e antartiche.

L’alterazione della catena alimentare marina, l’apertura di nuove rotte commerciali e turistiche  e una maggiore accessibilità alle risorse petrolifere offshore e terrestri nelle regioni artiche sono il risultato della riduzione della banchisa dovuta all’innalzamento della temperatura, ed hanno tutte significative implicazioni socioeconomiche e politiche per il commercio globale, ed un notevole impatto anche dal punto di vista ambientale.

Lo scioglimento delle calotte glaciali e dei ghiacciai nelle regioni polari provoca inoltre l’innalzamento del livello del mare, con ripercussioni sulle regioni costiere e le loro vaste popolazioni ed economie. Diversi studi dimostrano che i cambiamenti  ambientali in corso nell’Artico, in particolare la perdita di ghiaccio marino, possono influenzare il clima alle medie latitudini, mentre il rilascio di  CO2 e metano associato al disgelo del permafrost può alimentare il riscaldamento su scala globale.

L’AMPLIFICAZIONE ARTICA E LE SUE CONSEGUENZE

La temperatura sta aumentando molto più velocemente nelle regioni artiche che in qualsiasi altra parte della Terra, fenomeno chiamato “Arctic amplification”.

Secondo quanto riportato nello “Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate” dell’IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), nell’ultimo ventennio  la temperatura dell’aria nell’Artico è aumentata di oltre il doppio l’incremento medio dell’intero Pianeta, con conseguente grave perdita della massa di ghiaccio e di neve della calotta glaciale della Groenlandia (–247 Giga tonnellate/anno dal 2012 al 2016) e dei ghiacciai artici (–212 Gt/anno dal 2006 al 2016 ), e relativo cospicuo innalzamento del livello del mare(circa 0,6 mm/anno dal 2006 al 2015, ciascuno). Notevole anche la riduzione in estensione della banchisa, che negli ultimi due decenni ha raggiunto i valori più bassi mai registrati, con record nel 2012 e, al secondo posto, nel 2020. L’analisi dei dati satellitari della NASA e del NSIDC (National Snow and Ice Data Center, University of Boulder, Colorado) ha permesso di  stabilire che l’estensione minima dei ghiacci marini del 2020, raggiunta il 15 settembre, è stata pari a 3,74 milioni di chilometri quadrati, solo 400 mila chilometri quadrati in più rispetto al record assoluto del 2012.

15 settembre 2020: estensione minima del ghiaccio marino artico (la linea rossa delimita l’estensione minima media nel trentennio 1981-2010) – Crediti NASA’s Scientific Visualization Studio (Trent L. Schindler).

LA TRISTE STORIA DELL’ORSO POLARE E DEL NARVALO

La riduzione del ghiaccio marino, il declino della copertura nevosa e della superficie ghiacciata dei laghi, l’incremento del deflusso dei fiumi nell’oceano, il rapido disgelo del permafrost, l’inverdimento della tundra, i numerosi incendi, senza precedenti negli ultimi diecimila anni, e l’imbrunimento di alcune zone della foresta boreale stanno alterando profondamente la biodiversità degli ecosistemi acquatici e terrestri dell’Artico.

Una recente ricerca pubblicata sul Journal of Experimental Biology rivela che i rapidi cambiamenti  climatici nelle regioni artiche stanno minacciando la sopravvivenza soprattutto degli animali che fanno affidamento sulla presenza stabile e prevedibile della banchisa. Tra di essi, quelli maggiormente in difficoltà sono proprio i due grandi mammiferi simbolo dell’Artico, l’orso polare e il narvalo, particolarmente vulnerabili a causa delle loro abitudini di caccia, della dieta e degli adattamenti fisiologici all’esercizio aerobico lento. Per entrambi, la perdita di ghiaccio marino si è tradotta in costi di spostamento anche quattro volte superiori rispetto a quelli necessari  alcuni decenni fa, quando le condizioni dell’habitat in cui questi animali si sono evoluti erano ancora favorevoli.

Pagano A. M. and Williams T. M., “Physiological consequences of Arctic sea ice loss on large marine carnivores: unique responses by polar bears and narwhals” (Fig. 1), Journal of Experimental Biology, 2021 – Crediti The Company of Biologists Ltd

Per gli orsi polari, all’aumento del dispendio energetico dovuto ai maggiori spostamenti necessari per il reperimento del cibo si aggiunge la riduzione dell’apporto calorico delle nuove prede su cui questo mammifero è spesso costretto a ripiegare.

Gli orsi polari sono infatti  cacciatori “sedentari”, che acquisiscono fino a due terzi del loro fabbisogno energetico annuale durante la primavera e l’inizio dell’estate,  catturando con tecniche d’imboscata le foche che emergono dalle aperture  nel ghiaccio marino per respirare.  Poiché la frammentazione e il ritiro della banchisa durante la primavera e l’estate sono sempre più  precoci, e la ricostituzione in autunno sempre più in ritardo, il tempo di permanenza degli orsi polari nel loro habitat di foraggiamento primario,  e quindi l’accessibilità alle foche, è sempre più ridotto. A ciò si aggiunge  l’assottigliamento del ghiaccio marino, che ne provoca la deriva e ne accentua la frammentazione, rendendo davvero difficile per questi animali trovare una superficie galleggiante ampia e  stabile.

Foto Pixabay by Leni8

Per  potersi nutrire, gli orsi sono così costretti a nuotare a lungo, anche per giorni, coprendo decine di chilometri prima di trovare le foche, con grande dispendio di energia. In alternativa rimangono sulla terraferma, percorrendo lunghe distanze camminando in cerca di prede terrestri, meno ricche di energia e assolutamente non in grado di compensare il calo della disponibilità di foche.  “Per eguagliare l’energia digeribile disponibile nel grasso di una foca adulta un orso polare dovrebbe consumare circa 1,5 caribù, 37 salmerini alpini, 74 oche delle nevi, 216 uova di oca delle nevi (ovvero 54 nidi con quattro uova per covata) o 3 milioni di mirtilli rossi” hanno precisato gli autori della ricerca.  Ciò significa che gli orsi polari sono altamente vulnerabili alla fame.

Ormai da diversi anni questi animali trascorrono circa un mese in più sulla terraferma rispetto agli anni ’90, mostrando un deterioramento delle condizioni fisiche e una riduzione nella produzione di cuccioli. Le proiezioni dei modelli prevedono che entro la fine del secolo il numero di orsi polari sarà diminuito di circa  due terzi.

I narvali sono cetacei simili ai beluga, famosi per il  lunghissimo dente, che utilizzano per la caccia.

L’adattamento principale di questi mammiferi alla vita artica risiede nella capacità di immersione a grande profondità, anche oltre 1500 m, e di apnea prolungata,  fino a venti minuti, possibili grazie ad un apparato locomotore altamente specializzato e grande capacità di immagazzinare ossigeno all’interno soprattutto dei muscoli. Queste caratteristiche rendono i narvali nuotatori relativamente lenti  e di grande resistenza,   in grado di svernare nelle regioni polari estreme,  con meno del 3 % di acque libere,  per  accumulare la maggior parte della riserva energetica annuale, cacciando pesci bentonici come l’ipoglosso nero, ma anche merluzzi artici, calamari e gamberetti.

In condizioni così estreme, la chiave per la sopravvivenza è la capacità di bilanciare alla perfezione l’utilizzo delle riserve di ossigeno durante l’immersione con posizioni affidabili delle aperture nel ghiaccio, necessarie per respirare e ricostituire la riserva di ossigeno per l’immersione successiva.

A causa dei cambiamenti climatici, la posizione delle aperture nel ghiaccio è diventata assai meno stabile, esponendo questi animali a rischi gravi,  come l’intrappolamento,  con conseguente morte per fame, o per predazione degli orsi polari, o per cattura da parte dei cacciatori.

La perdita di ghiaccio marino estivo ha provocato anche l’espansione verso le alte latitudini di animali tipici di zone più temperate, che si sono così inseriti nell’ecosistema marino artico, entrando in competizione con le specie autoctone; tra essi l’orca, uno dei pochi animali acquatici noti per attaccare e uccidere i narvali.

Foto Unsplash by Brian Goff

In fuga dalle orche e da temperature sempre più alte, i narvali hanno modificato abitudini migratorie e comportamenti, spostandosi verso aree con banchisa più compatta, prolungando i tempi di immersione e migrando verso acque poco profonde, sempre con i loro movimenti lenti, spesso insufficienti per sfuggire agli attacchi delle orche, e con grande dispendio di energia.

A  ciò si  sono recentemente aggiunti l’aumento del disturbo antropico associato alla navigazione e alle attività estrattive (con relative esplorazioni sismiche) e il declino delle prede principali di questi cetacei in risposta alla crisi climatica e all’aumento dell’attività commerciale di pesca,  con conseguente aumento del  rischio, per questo straordinario mammifero artico, di ulteriori carenze energetiche.

I BIG DATA PER STUDIARE L’IMPATTO DEI CAMBIAMENTI CLIMATICI SULLA FAUNA ARTICA

Un importante strumento per monitorare la fauna artica e documentare come sta rispondendo ai  mutamenti del clima in termini di migrazione, riproduzione e interazione interspecifica è l’Arctic Animal Movement Archive, una  raccolta di dati di monitoraggio provenienti da quasi 250 progetti che, insieme, contengono oltre 47 milioni di localizzazioni di oltre 13.000 animali appartenenti a quasi cento specie acquatiche e terrestri, rilevate nelle regioni artiche e subartiche dal 1987 ad oggi.  La NASA ha finanziato l’implementazione iniziale di questo imponente archivio con l’Arctic-Boreal Vulnerability Experiment (ABOVE), un progetto della durata di dieci anni che prevede lo studio dei cambiamenti delle foreste, del permafrost e degli ecosistemi in Alaska e Canada mediante osservazioni satellitari, aeree e terrestri. Movebank è il database che gestisce l’enorme mole di dati di AAMA ed è stato sviluppato dal Max Planck Institute of Animal Behavior.  Tutti vi possono accedere per consultazione o per contribuire concretamente alla raccolta di dati. “Ecological insights from three decades of animal movement tracking across a changing Arctic” è invece il titolo dell’articolo pubblicato da Science il 6 novembre 2020, con il quale i 148 co-autori  presentano l’AAMA e  alcuni risultati ottenuti analizzando i dati in esso contenuti.

Tracciamento degli spostamenti degli animali attraverso l’Artico ottenuto elaborando i dati di AAMA, e cambiamento stagionale della vegetazione, della copertura nevosa (bianco) e dello strato di ghiaccio marino (viola). Crediti NASA’s Scientific Visualization Studio (Greg Shirah, NASA/GSFC)

Attraverso tre casi-studio, gli autori documentano l’impatto dei cambiamenti climatici sulle migrazioni delle aquile reali, sul ciclo riproduttivo dei caribù (nome nordamericano delle renne) e sulle interazioni  interspecifiche preda-predatore.

E’ emerso che in risposta ad inverni  sempre più miti le aquile reali più giovani anticipano la migrazione estiva,  lasciando i loro territori di svernamento per volare verso nord per la riproduzione con quasi due settimane di anticipo rispetto a venticinque anni fa, rischiando di trovare condizioni avverse durante la migrazione o nei territori estivi, che potrebbero  compromettere la loro sopravvivenza o quella dei pulli.

Lo studio sui caribù, specie in declino a livello globale, rivela che  le popolazioni  situate nelle terre più settentrionali del Canada mostrano tendenze significative verso il parto anticipato (da 0,4 a 1,1 giorni/ anno dal 2000 al 2017) in risposta al progressivo anticipo dell’inizio della primavera. Questo risultato è molto importante perché è la prima prova retrospettiva su scala continentale che i caribù si stanno adattando ai cambiamenti climatici.

Foto Pixabay by Natalia Kollegova

I ricercatori hanno infine studiato gli effetti della temperatura e delle precipitazioni sui tassi di movimento stagionale di due specie erbivore, i caribù e gli alci, e tre specie di predatori, orso nero, orso grizzly e lupo, dal 1998 al 2019.

Tutte le specie esaminate hanno mostrato tassi di movimento inferiori durante l’inverno rispetto all’estate, per compensare l’elevato dispendio energetico necessario per sopravvivere con temperature estreme. In occasione di temperature invernali un po’ più miti, solo i caribù della tundra hanno aumentato la velocità di movimento. In estate, durante periodi particolarmente caldi, i lupi e gli orsi neri hanno rallentato la velocità di movimento per compensare l’accelerazione del metabolismo, mentre le alci  l’hanno aumentata.

La neve ha rallentato i movimenti solo di lupi, caribù della foresta boreale e alci, mentre nessuna specie si è rivelata sensibile alle precipitazioni estive.

Foto Pixabay by AvinaCeleste

Queste risposte asincrone alle variazioni delle condizioni meteorologiche possono potenzialmente corrispondere a risposte asincrone al cambiamento climatico, che potrebbero condurre ad alterazioni del delicato equilibrio tra specie ed avere conseguenze sul piano demografico sia per i predatori sia per le prede.

IL FUTURO DELL’ARTICO:  LE PROIEZIONI E I POSSIBILI SCENARI

Come abbiamo visto,  gli elementi chiave della sopravvivenza, come la migrazione, la nascita della prole, gli spostamenti per la ricerca del cibo, stanno cambiando, suggerendo che i cambiamenti climatici in atto stanno profondamente influenzando la vita degli animali,  dando forma ad un Artico del futuro molto diverso da quello che conosciamo.

Secondo quanto riportato nello special report dell’IPCC, le proiezioni modellistiche prevedono che il riscaldamento artico prosegua  anche in futuro nella sua opera di smantellamento del ghiaccio marino,  della copertura nevosa sulla terraferma e della massa dei ghiacciai. A seconda delle misure di mitigazione che saranno adottate, a partire dal 2050 si potranno delineare scenari differenti.  Per un riscaldamento globale di 1,5 °C, la probabilità che a fine secolo l’Artico sia libero dai ghiacci marini nel mese di settembre è pari a 1 % , mentre la riduzione della massa prevista per i ghiacciai si attesta a circa il 16 %. Un riscaldamento stabilizzato a 2 °C vedrebbe invece salire anche al 35 % la probabilità di un Artico senza banchisa a fine estate, parallelamente alla perdita di un terzo della massa dei ghiacciai.

Tutti questi cambiamenti naturalmente andrebbero ad  impattare sugli habitat e sui biomi, provocando l’ulteriore declino della fauna artica, esposta anche alla forte competizione con le specie subartiche e, se non verranno posti dei limiti, al sempre più intenso disturbo da parte dell’uomo con attività di navigazione, estrazione di idrocarburi e pesca.

Foto Pixabay

La tundra sarà più verde di come la conosciamo, ricoperta per metà di arbusti e alberi entro il 2050.

Il permafrost sarà sempre meno esteso: entro il 2100 si prevede infatti una riduzione dal 2 al 66 % nel caso il riscaldamento globale si stabilizzasse a 1,5 °C, fino al 99 % (o comunque non meno del 30 %) qualora il riscaldamento raggiungesse i 2 °C. Oltre ai rischi legati al cedimento del terreno (il 70 % delle infrastrutture potrebbe essere a  rischio di subsidenza entro il 2050), ciò avrebbe importanti conseguenze sul clima a livello globale in quanto provocherebbe il rilascio in atmosfera di  enormi quantitativi di CO2 e metano, potenzialmente in grado di accelerare il cambiamento climatico. La perdita di permafrost e copertura nevosa provocherebbe inoltre  l’inaridimento del terreno, malgrado l’intensificazione del ciclo idrologico, con relativo aumento del rischio di incendi.  Nel corso di questo secolo,  si prevede infatti un incremento in estensione, frequenza e intensità degli incendi  nella sempre più verde tundra e nella foresta boreale.

LA CONNESSIONE CON LA NATURA

La connessione con la natura è l’essenza dell’identità artica per le comunità indigene:  le terre, le acque e il ghiaccio che circondano le comunità evocano un senso di casa, libertà e appartenenza, e sono cruciali per la cultura, la vita e la sopravvivenza”. I cambiamenti climatici stanno profondamente alterando la natura, con conseguenze su spostamenti, caccia, pesca e raccolta, e quindi implicazioni per i mezzi di sussistenza, le pratiche culturali, le economie e l’autodeterminazione delle persone che vivono in questo mondo estremo, ostile e al contempo affascinante.

 

Laura Bertolani

Laureata in Scienze Naturali, nel 1997 è entrata a far parte del team di meteorologi di Meteo Expert. Fino al 2012, all’attività operativa ha affiancato attività di ricerca, occupandosi dell’analisi della performance dei modelli di previsione. Attualmente si dedica a quest’ultima attività, ampliata implementando un metodo di valutazione dell’abilità dei modelli a prevedere dodici configurazioni della circolazione atmosferica sull’Italia, identificate per mezzo di una rete neurale artificiale.

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