Benvenuti nell'era dei ritorni decrescenti


venerdì 23 giugno 2017

L'insostenibilità della sostenibilità



SM 3812 — L’insostenibilità della sostenibilità — 2015

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gli asini29, 39-44 (settembre-ottobre 2015)
Giorgio Nebbia nebbia@quipo.it
Gli anni sessanta del Novecento sono stati anni di grandi rivoluzioni: i paesi liberatisi dal colonialismo si sono messi in testa di rivendicare prezzi più equi per le loro risorse naturali — rame, gomma, cobalto, fibre tessili, uranio, petrolio — che fino allora erano stati sfruttati dai loro colonizzatori; in tanti nel mondo avevano imparato a osservare la Terra, fotografata dai satelliti artificiali, e quella sfera nello spazio era apparsa come l’unica casa per gli esseri umani, grande ma limitata nei suoi continenti e nelle sue ricchezze; alcuni economisti avevano ironizzato sul significato del PIL mostrando che questo indicatore ufficiale della ricchezza e del benessere non è capace di tenere conto dei costi e dei dolori provocati da sempre più frequenti inquinamenti o alluvioni; alcuni sociologi avevano mostrato tutti i limiti della società dei consumi; alcuni biologi aveva denunciato che la popolazione terrestre stava crescendo troppo rapidamente rispetto alla disponibilità di cibo, di spazio, di acqua. La terribile parola, “limite”, aveva fatto la sua comparsa nel vocabolario, con grande spavento per gli economisti ufficiali, per capitalisti, imprenditori e uomini politici.
Si poteva capire che gli esponenti di una gioventù ribelle nei campus universitari cavalcassero questa insoddisfazione, che gli operai nelle fabbriche fossero insoddisfatti delle condizioni e dei pericoli del lavoro. Ma che un club proprio di intellettuali borghesi e di imprenditori e governanti si fosse messo in testa di ordinare un libro che, nel 1972, spiegava che sarebbe stato necessario porre dei “Limiti alla crescita” della popolazione, delle merci e della produzione — questo passava tutti i segni.
Tanto più che la velenosa idea fece una qualche presa nel mondo; anche nei paesi industriali, nel mondo politico, non solo nei giovani ribelli. Qualche governante considerò con attenzione la analisi dei “Limiti alla crescita”, circolò il termine austerità, in Italia rapidamente soffocato; perfino i dirigenti sovietici parlarono di “uso parsimonioso delle risorse”, per non parlare del mondo cattolico in cui circolavano inviti a minori sprechi.
Bisognava provvedere, e i rappresentanti del potere economico crearono una Commissione che elaborò un rapporto, tradotto in italiano col titolo: “Il futuro di noi tutti”, che ha lanciato su larga scala la moda della sostenibilità, definendo “ufficialmente” sostenibile lo svi­luppo che consente alla nostra generazione di usare le risorse del pianeta lasciando, alle generazioni future, un patrimonio di risorse che assicuri anche a loro un uguale sviluppo. Per vostra tranquillità ve lo trascrivo nell’originale inglese: “Development that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs”.
Ci sono senza dubbio problemi ambientali, di inquinamento, di impoverimento delle riserve naturali, ma la società capitalistica — questa la tesi sottintesa — è capace di assicurare lo stesso lo sviluppo economico, pur con alcune correzioni, uno sviluppo duraturo, sostenibile, appunto. Purtroppo c’è una insanabile contraddizione in termini in tale definizione: se usiamo oggi una parte delle risorse terrestri non rinnovabili, questa parte non sarà più disponibile per le generazioni future, per coloro che nasceranno fra venti o quarant’anni. Una espressione popolare americana spiega che non si può mangiare la torta e averla ancora. “Can’t eat a pie and have it”.
Inoltre c’è confusione fra sviluppo e crescita dei beni materiali, quelli appunto che si possono ottenere soltanto usando e modificando le risorse fisiche della natura. Lo “sviluppo” consiste nel diritto di avere una vita dignitosa, per le donne e per gli uomini, di disporre di abitazio­ni, di cibo e di acqua decenti, di avere accesso all’informazione, alla conoscenza, al lavoro e di godere il diritto della libertà.
Ancora peggio: per il principio di conservazione della massa tutte le materie estratte dalla natura, dalla biosfera, durante e dopo la trasformazione in beni materiali, in merci, alla fine “finiscono” sotto forma di scorie e rifiuti gassosi, liquidi e solidi nei corpi naturali: aria, acque, suolo. In questa circolazione quegli stessi corpi naturali da cui trarre le risorse necessarie per la vita risultano peggiorati: l’aria meno respirabile, l’acqua meno bevibile, il suolo meno fertile.  Se anche una parte dei rifiuti solidi può essere trattata per trarne qualche materia ancora utilizzabile per produrre altre merci, tali merci “riciclate” sono inevitabilmente in quantità inferiore a quella dei rifiuti riciclati (altri rifiuti si formano nel riciclo) e sono di qualità peggiore delle merci originali.
Nella definizione “ufficiale” di sviluppo sostenibile si fa riferimento alla crescita dell’uso delle risorse naturali che sono, lo spiega bene l’ecologia, limitate fisicamente. Se si traggono petrolio o gas naturale dai pozzi, carbone dalle miniere, inevitabilmente se ne lascia di meno alle generazioni future; se si aumenta la produzione di cereali o di soia si lascia, inevitabilmente, un terreno impoverito di sostanze nutritive e esposto all’erosione; se si usano i fiumi come ricettacolo dei rifiuti e delle scorie delle attività umane non si può sperare e preten­dere di avere acqua potabile a valle.
La nostra società di mercato stabilisce che è bene, anzi obbligatorio, fare aumen­tare il prodotto interno lordo, cioè la quantità di denaro che ogni anno circola attraverso una economia. Ma tale indicatore aumenta soltanto se aumenta la produzione e l’uso e il consumo  di automobili, di cereali, di benzina, di cemento, di scarpe, di telefoni e computer, di elettricità, carta, eccetera, tutte cose che possono essere ottenute soltanto estraendo dalle miniere o dai campi o dalle foreste risorse naturali che non saranno più disponi­bili alle generazioni future; tutte cose che inevita­bilmente generano, come si è detto, scorie che peggiorano la qualità delle risorse naturali (acqua, aria, suolo, mare) che lasciamo alle generazioni future.
Per farla breve, le attuali regole economiche fanno sì che l’attuale società — italiana, europea, mondiale — sia intrinsecamente insostenibile. Ci stiamo prendendo in giro, con le grandi attestazioni di amore per lo svi­luppo sostenibile, per la sostenibilità, in un mondo in cui le regole di base dei rapporti umani e economici sono insostenibili. E la situazione è tanto più grave in quanto le stesse regole economiche sono state assimilate dai paesi ex-socialisti e vengono puntiglio­samente esportate nei paesi emergenti come Cina, India, Brasile e anche in quelli poveri del mondo.
Eppure la speranza di poster continuare sulla gloriosa strada della crescita merceologica, si è diffusa non solo nella borghesia imprenditoriale, ma anche nel mondo ambientalista, quello da cui era nata la grande contestazione degli anni sessanta. E così ci sono stati volonterosi sforzi per attuare un ambientalismo scientifico, per proporre soluzioni tecnico-scientifiche “verdi”, “compatibili”, coerenti con il disegno di ipotetico sviluppo sostenibile, nella doverosa possibilità di produrre e consumare e disporre di più beni materiali.
Se le abitazioni sono strutture che divorano energia e cemento e acqua è possibile immaginare nuovi materiali da costruzione, tecniche di isolamento termico, l’inserimento di pannelli solari sui tetti, pensare e proporre città e case “sostenibili”.
E’ vero che i consumi di energia sotto forma di prodotti petroliferi, di carbone e gas naturale immettono nell’atmosfera crescenti quantità di gas, come l’anidride carbonica, che modificano la composizione chimica dell’atmosfera e provocano mutamenti climatici disastrosi; è vero che sarebbe ragionevole diminuire le emissioni dei gas serra, consumando di meno energia, ma di energia c’è bisogno ed ecco le proposte sostenibili di filtrare i gas dai camini delle fabbriche e delle centrali, di immettere tali gas nel sottosuolo, di sostituire le fonti fossili con quelle rinnovabili, ed ecco un proliferare di pale eoliche, di pannelli fotovoltaici, di centrali alimentate con la biomassa, magari con oli importati dai paesi tropicali, tutto grazie a provvidenziali finanziamenti pubblici, ed ecco nuove proficue fonti di affari e di crescita finanziaria, pur di far correre automobili sostenibili in congestionate città sostenibili, con grattacieli sostenibili sempre più svettanti nel cielo.
E’ vero che molte merci inquinano durante la produzione e durante il “consumo”, è vero che, a conti fatti, non si consuma niente, che le attività umane non fanno altro che trasformare le merci in rifiuti gassosi, liquidi e solidi — quattro chili di rifiuti per ogni chilo di merce prodotta e usata — ma anche qui — dicono — le soluzioni sostenibili non mancano. E’ possibile trarre elettricità e affari dal trattamento e dal riciclo dei rifiuti, è possibile utilizzare materie alternative biodegradabili e “verdi” tratte dalla biomassa vegetale in alternativa a quelle derivate dal petrolio.
Anche se, col procedere verso improbabili soluzioni sostenibili si è poi visto che si usciva da una trappola per cascare in un’altra; la produzione su larga scala di carburanti sostenibili, alternativi alla benzina, dal mais o dallo zucchero sconvolgeva l’agricoltura dei paesi poveri; l’uso di grassi vegetali per la produzione di carburanti diesel provocava la distruzione delle foreste tropicali per fare spazio a piantagioni di palma. Al punto da riconoscere che si toglieva il cibo di bocca ai paesi poveri per far correre i SUV dei paesi industriali.
Pochi numeri aiutano a mostrare la insostenibilità della sostenibilità. La produzione primaria netta — cioè il peso di materiali vegetali formati attraverso la fotosintesi (detratte le perdite per la respirazione vegetale) — è, sulle terre emerse, di circa 100 miliardi di tonnellate all’anno.
Di questa ricchezza in gran parte rinnovabile, rigenerata ogni anno dai cicli della natura, per l’alimentazione umana e degli animali da allevamento e come legno e altre materie vengono prelevati circa 30 miliardi di tonnellate all’anno. Il peso del carbone, del petrolio e del gas naturale portati via ogni anno dalle viscere della Terra ammonta a oltrecirca 12 miliardi di tonnellate, a cui vanno aggiunti circa 60 miliardi di tonnellate all’anno di minerali, materiali da costruzione, tutti non rinnovabili. La trasformazione di tutti i materiali, tratti dalla natura, da parte degli oltre sette miliardi di esseri umani esistenti nel 2015, e che aumentano in ragione di circa 60 milioni di persone all’anno, genera ogni anno circa 35 miliardi di tonnellate di gas anidride carbonica, oltre a miliardi di tonnellate di altri gas che finiscono nell’atmosfera alterandone la composizione chimica e accelerando i mutamenti climatici; e genera miliardi di tonnellate di sostanze organiche e inorganiche che finiscono nelle acque prelevate dai corpi naturali e restituite inquinate alla natura in ragione, nel mondo, di circa 4000 miliardi di tonnellate all’anno; e genera scorie e residui solidi che finiscono sul suolo. Una parte infine, soprattutto di minerali e metalli e rocce, resta immobilizzata nella tecnosfera — nell’universo delle cose fabbricate, edifici, macchinari, oggetti a vita media e lunga — che si dilata continuamente e irreversibilmente.
In un piccolo paese come l’Italia la sola massa dei rifiuti solidi ammonta a circa 0,2 miliardi di tonnellate all’anno, quella dei gas di rifiuto ammonta a oltre mezzo miliardo di tonnellate all’anno, la massa di acqua che entra nelle fabbriche, nelle case e nei campi e ne esce contaminata da rifiuti e agenti vari ammonta a circa 60 miliardi di tonnellate all’anno.
Volenti o nolenti, comunque di cose materiali gli esseri umani hanno bisogno, in quantità crescente anche per l’inarrestabile aumento della popolazione mondiale. Tutto quello che si può fare per attenuare la insostenibilità dovuta all’impoverimento e al peggioramento della qualità ecologica delle risorse naturali, è cominciare a chiedersi: chi ha bisogno di che cosa ?
Davanti a circa 2000 milioni di abitanti della Terra che sono sazi di beni e di merci, talvolta obesi di sprechi, ci sono sulla Terra circa 3000 milioni di persone che, nei paesi di nuova industrializzazione, stanno correndo a tutta velocità nell’aumento insostenibile della produzione e del consumo di energia, di metalli, di cemento, di automobili, di apparecchiature elettroniche, e poi ci sono altri 2000 milioni di persone povere e metà di queste non dispongono di una quantità sufficiente di cibo, di acqua di buona qualità, sono povere di libertà e dignità, beni che richiedono anch’essi beni materiali, perché non si può essere liberi e non si può vivere una vita dignitosa se mancano abitazioni decenti, letti di ospedale, banchi di scuola. Una mancanza che è giusta fonte di rivendicazioni, di violenza, di pressioni migratorie verso paesi opulenti che non vogliono spartire la loro opulenza. Una mancanza che può essere sanata soltanto con la terribile e improponibile proposta di imporre ai ricchi di consumare di meno per lasciare ai poveri una maggiore frazione di beni materiali che gli consenta di avere una vita minimamente decente.
Resta la domanda: quanto a lungo può durare una società insostenibile ? Da quando gli esseri umani hanno abbandonato la loro condizione di animali cacciatori e raccoglitori, in relativo equilibrio con i cicli rinnovabili e sostenibili delle risorse naturali, è cominciato un inarrestabile cammino verso l’aumento della popolazione, l’aumento dei desideri di questi nuovi animali speciali, gli umani, e, di conseguenza, il crescente impoverimento delle riserve di “beni” naturali e il peggioramento delle condizioni, della qualità, dei corpi naturali. L’insostenibilità è la punizione di cui parla la Bibbia per coloro che hanno osato mangiare il frutto della conoscenza.
E’ del tutto vano chiacchierare su quanto a lungo potrà durare la storia dell’uomo sulla Terra, su quanto potranno durare le riserve di petrolio o di minerali, su quanti gradi aumenterà la temperatura del pianeta o su quanti metri si solleveranno gli oceani, sul massimo numero di esseri umani che la Terra può sopportare. Nove miliardi di persone a metà del XXI secolo ? dieci o undici alla fine del XXI secolo ? Come vivranno e dove saranno questi in futuro ? Finirà un giorno l’avventura degli esseri umani su questo pianeta ? Domande futili perché anche dopo la scomparsa degli esseri umani, dei nostri arroganti grattacieli e delle nostre fabbriche e centrali, e anche quando le scorie radioattive che lasciamo alle generazioni future si saranno stancate di liberare radioattività, continuerà la vita, quella si, sostenibile, a differenza delle cose umane, fino a quando il Sole anche lui, non si sarà stancato di gettare calore nello spazio. Per ora, nel brevissimo (rispetto ai tempi della natura) spazio di una o dieci o cento generazione, accontentiamoci di ammirare il mondo che ci circonda e, se possibile di rispettarne le meraviglie.

sabato 17 giugno 2017

domenica 11 giugno 2017

I primi quattro miliardi di anni di luce solare sul pianeta Terra


Questo è un articolo piuttosto lunghetto e formale che è apparso nel volume intitolato "Trasparenze ed Epifanie" edito dall'Università di Firenze quest'anno. Una cosetta interdisciplinare interessante e ambiziosa che è disponibile anche in "open access". Non so se avete voglia di leggervi questo malloppo che ho scritto, fra ere geologiche, evoluzione biologica, energia rinnovabile e rivoluzioni metaboliche. Ma contiene molti ragionamenti che  ho rimuginato negli ultimi tempi. Insomma, eccolo qua!


Di Ugo Bardi

Più di una volta, nella storia della scienza si è detto che sarebbe arrivato un giorno in cui non ci sarebbe stato più niente da scoprire e che la scienza si sarebbe dovuta limitare a lavorare sugli ultimi decimali di misure ormai ben note (Horgan 1997). Tuttavia, le rivoluzioni scientifiche continuano a succedersi, una dopo l’altra; ciascuna arrivando a oltrepassare i limiti di tutto quello che si sapeva in precedenza. Il ventesimo secolo havisto rivoluzioni come la meccanica quantistica, la relatività, l’elettronica digitale e molto di più. Ma le rivoluzioni continuano e forse l’ultima in ordine di tempo è quella che ha avuto luogo negli ultimi decenni del ventesimo secolo e che si sta ancora svolgendo nei primi decenni del ventunesimo: la comprensione dei meccanismi di funzionamento dell’ecosistema del pianeta Terra. È una rivoluzione nella conoscenza ma, come tutte le rivoluzioni, ha delle conseguenze pratiche. Delle conseguenze che potrebbero portarci a trasformare completamente l’ecosfera terrestre in qualcosa mai visto nei quattro miliardi e più della sua storia.

La rivoluzione della scienza dei sistemi terrestri è una rivoluzione che non tutti hanno ancora notato, ma che parte da lontano. Ha i suoi antenati nel lavoro di Charles Darwin sull’evoluzione delle specie e, ancora prima, nel lavoro dei primi geologi, da Lyell a Buffon, che avevano cercato di interpretare il record stratigrafico della crosta terrestree di svelare come il nostro pianeta si era evoluto nella sua lunga storia.Non è stato facile; la rivoluzione della geologia è andata in parallelo con quella dell’astronomia e della cosmologia, ma più lentamente. Galileo Galilei poteva fare le sue grandi scoperte semplicemente puntando un telescopio verso il cielo. Ma non esisteva – e tuttora non esiste – l’equivalente di un telescopio per la geologia. Esistono analisi lente e meticolose del record stratigrafico che richiedono anni e anni di lavoro e che spesso sono incerte per tante ragioni. Ma, come in tanti altri campi della scienza, si va avanti.

Così, il quadro che si è gradualmente presentato ai ricercatori che cercavano di svelare la storia della terra è stata una cosa che loro stessi forse hanno trovato inaspettata. Il “record geologico” che troviamo oggi negli strati sedimentati del passato è una storia che va a balzi: la storia della terra è un po’ una scatola cinese di suddivisioni che si susseguono. Si parladi eoni, ere, periodi ed età, su scale sempre più brevi, ma sempre “geologiche”; nel senso che le suddivisioni più lunghe hanno durate dell’ordine del miliardo di anni, quelle più brevi dell’ordine del milione di anni e anche molto meno. L’esistenza di queste suddivisioni è apparsa immediatamente chiara in geologia; molto più tempo è stato necessario per capirne le ragioni.

A lungo andare, ne è venuto fuori un quadro consistente con lo sviluppo della teoria emergente dei sistemi termodinamici fuori di equilibrio. Ed è chiaro che la Terra è un sistema termodinamico di questo tipo; ovvero un sistema fuori equilibrio dominato da flussi energetici esterni. Questo tipo di sistema tende ad agire come un trasduttore di energia che disperde i potenziali energetici disponibili alla massima velocità possibile (Sharma, Annila 2007; Kaila, Annila 2008); una proprietà che possiamo anche descrivere in termini del principio detto “massima produzione di entropia”(Kleidon 2004; Martyushev, Seleznev 2006; Kleidon, Malhi, Cox 2010). Se i flussi di energia incidenti rimangono approssimativamente costanti, i sistemi fuori equilibrio tendono a raggiungere la proprietà detta “omeostasi”; ovvero una condizione in cui i parametri del sistema rimangono approssimativamente gli stessi (Kleidon 2004). Sul breve periodo, il flusso di energia che arriva dal sole è approssimativamente costante (Iqbal1983).

Ma, sul lungo periodo, non è così e l’evoluzione dei corpi stellari fa sì che l’irradiazione solare aumenti molto lentamente e gradualmente; si stima di un fattore di circa il 10% per miliardo di anni (Schroeder, Smith 2008). Ne potremmo concludere che, su scale di tempo molto inferiori al miliardo di anni, la Terra dovrebbe mantenere una condizione di omeostasi. Ma non è così; il record stratigrafico ci mostra chiaramenteche il sistema terra è stato soggetto a cambiamenti relativamente rapidi per tutto il periodo della sua esistenza.

Quello che ha creato questi cambiamenti rapidi (detti anche “puntuali”) è stato l’effetto del flusso di energia che arriva dall’interno della Terra. Questo flusso di energia è il risultato sia del calore residuo accumulato nella massa planetaria durante la sua formazione, circa quattro miliardi di anni fa, sia del decadimento radioattivo di specie fissionabili. È molto inferiore, di circa due ordini di grandezza, a quello del flusso di energia solare (Davies, Davies 2010) e il suo valore medio cambia molto lentamente su scala geologica via via che la terra si raffredda e i nuclei instabili si esauriscono (Korenaga 2008). Tuttavia, questo flusso energetico è fondamentale. La vita sulla terra non potrebbe esistere se non fosse per il fatto che il nucleo terrestre è attivo e che l’interno della terra scambia continuamente materia ed energia con la superficie.

Un primo elemento che rende così importante l’aspetto geologico nel sistema terra è la natura discontinua del flusso di energia. La crosta terrestre è in continuo cambiamento e movimento secondo i meccanismi della tettonica a zolle e il risultato è che i flussi vengono diretti in modo disomogeneo, concentrandoli per esempio in eruzioni vulcaniche o province ignee (eruzioni particolarmente massicce). Le perturbazioni e i cambiamenti dei flussi di energia geotermica sono la causa principale delle discontinuità nel record geologico. Per esempio, si sa che durante il periodo detto “Fanerozoico”, iniziato 542,0 ± 1,0 milioni di anni fa, possiamo osservare una forte correlazione fra le eruzioni basaltiche delle grandi province ignee e le estinzioni di massa che definiscono la storia della biosfera terrestre (Wignall 2001; Kidder, Worsley 2010; Bond, Wignall 2014). Il risultato di questo flusso combinato di luce solare e di energia geotermica è l’ecosfera terrestre in tutta la sua lunga storia di circa quattro miliardi di anni. L’ecosfera è una “struttura dissipativa” secondo la definizione di Prigogine (1967; 1968). Ovvero è un sistema fuori di equilibrio che immagazzina energia e informazione e che ha la caratteristica di aumentare la velocità dissipativa del sistema. In termini ben noti ai chimici, potremmo chiamare l’ecosistema terrestre come un “catalizzatore”.

L’ecosfera terrestre è formata principalmente dalla biosfera, dall’idrosfera e dall’atmosfera. Tutte queste sono strutture dissipative, continuamente in movimento per dissipare l’energia solare che arriva sulla terra. L’idrosfera lo fa con le correnti oceaniche e con la circolazione dell’acqua sui continenti. L’atmosfera lo fa con il movimento delle masse d’aria che trasportano e dissipano il calore accumulato nella troposfera. La biosfera lo fa attraverso il processo di fotosintesi che crea tutta la struttura trofica dissipativa che conosciamo come tipica di quell’immenso sistema vivente che esiste sulla superficie della terra. Questi sistemi sono strettamente legati alla geosfera. Per esempio, la concentrazione di CO2 nell’atmosfera terrestre viene mantenuta approssimativamente costante per mezzo di un sistema di retroazione basato sulla lenta reazione del biossido di carbonio con i silicati della crosta terrestre, generando carbonati. Questa reazione è detta il ciclo “lungo” del carbonio per distinguerla dal ciclo “corto” che è quello della fotosintesi nella biosfera. Il ciclo lungo del carbonio tende a rimuovere il CO2 dall’atmosfera trasformandolo in carbonati. Questi carbonati vengono lentamente trasportati sul fondo marino dall’erosione idrica. Vengono poi incorporati nei gusci degli organismi marini e, alla loro morte, sedimentano sul fondo marino. Da lì, i movimenti tettonici li seppelliscono all’interno dell’“astenosfera”, la parte superiore del guscio interno detto “mantello”, quella che si trova in contatto con la parte inferiore della crosta terrestre. Nell’astenosfera, i carbonati vengono decomposti dalle alte temperaturee il CO2 ritorna nell’atmosfera attraverso le eruzioni vulcaniche.

Questo meccanismo non è soltanto un ciclo, ma un ciclo che si autoregola. Siccome la reazione del CO2 con i silicati è facilitata dalle alte temperature, il biossido di carbonio viene rimosso più rapidamente quando la temperatura dell’atmosfera è più alta. Ma il biossido di carbonio ha anche un’azione di “gas serra”, ovvero tende a intrappolare il calore solare e ad aumentare la temperatura dell’atmosfera. Quindi, più ce n’è, più rapidamente viene rimosso e il sistema si autoregola come se fosse un termostato. È il grande “termostato planetario” a cui alcuni hanno dato il nome di “Gaia”; dal nome dell’antica divinità della Terra (Kleidon 2004). È proprio questo ciclo che ha compensato il graduale incremento dell’irradiazione solare nel corso degli eoni. Senza questo ciclo, è probabile che il pianeta Terra non avrebbe potuto mantenere per così tanto tempo condizioni di temperatura compatibili con quelle della vita biologica.

Tutti i sistemi planetari in azione al giorno d’oggi sul pianeta Terra hanno una loro storia legata principalmente all’interazione fra il flusso di energia solare e quello geotermico. Nell’arco di alcuni miliardi di anni, la terra ha formato le strutture geologiche che conosciamo oggi. La crosta terrestre nella forma delle terre emerse, ovvero delle placche continentali, è il risultato della lenta accrezione di materiale che si accumula sotto l’effetto del “nastro trasportatore” oceanico generato dalle dorsali oceaniche, dove il calore geotermico si dissipa generando flussi di lava e di gas caldi. Questo fenomeno ha probabilmente creato le strutture biologiche che chiamiamo “vita organica” come risultato di fenomeni catalitici che avvengono nella vicinanza delle dorsali oceaniche (Lane 2015). La nascita della vita organica, a sua volta, ha creato il fenomeno che chiamiamo “evoluzione”, anche questo con una storia discontinua, caratterizzato da cambiamenti spesso rapidi, detti “rivoluzionari” (Szathmáry, Smith 1995; Kleidon 2004), in cui la biosfera “impara” come aumentare la velocità di dissipazione del flusso di energia solare creando strutture dissipative sempre più complesse. È stato stimato che la frazione di luce solare dissipata dagli organismi terrestri è aumentata di un fattore di circa 1000 nel corso di circa tre miliardi dianni (Lenton, Watson 2011).

Mentre la biosfera evolveva a salti – ma lentamente – nel corso degli eoni, un altro fenomeno si verificava: l’accumulo dei potenziali creati dalla luce solare all’interno di composti del carbonio immagazzinati nella crosta terrestre. È, anche questo, un meccanismo molto lento; un esempio di un fenomeno non ciclico che non si autoregola, anche se non è completamente irreversibile. Nel corso del tempo, la fotosintesi ha rimosso carbonio dall’atmosfera spaccando la molecola del biossido di carbonio e rilasciando ossigeno. L’ossigeno è una molecola molto reattiva e, per almeno un miliardo di anni (forse di più), è stato assorbito da minerali reattivi come certe forme di ossido di ferro che possono essere ulteriormente ossidate. Da notare che la forma ridotta dell’ossido di ferro è solubile negli oceani, ma quella ossidata non lo è; per cui grandi quantità di ossido di ferro si sono depositate sul fondo degli oceani a generare i “depositi di ferro a bande” osservabili ancora oggi.

Questo è un esempio interessante di come la geosfera interagisce con la biosfera in un modo praticamente irreversibile: gli ossidi di ferro sedimentati sul fondo degli oceani sono sostanzialmente stabili e non ci sono meccanismi geologici o geobiologici noti che potrebbero invertire ilprocesso (Lenton, Watson 2011). Fa eccezione l’attività umana della metallurgia del ferro che fa esattamente questo, ma su scale per il momento di modesta importanza rispetto alla scala con cui il fenomeno si è verificato nel passato. Con l’andare degli eoni, il processo di sedimentazione naturale ha fatto sì che la riserva di ferro ridotto disciolta negli oceani sia stata consumata e l’ossigeno ha cominciato ad accumularsi nell’atmosfera dando origine al “grande evento di ossigenazione” (GOE, “great oxygenation event”), avvenuto circa 2.5 Ga fa e correlato a dei cambiamenti fondamentali nella geosfera visibili al confine fra gli eoni Archeano e Proterozoico (Gargaud, Amils, Quintanilla et al. 2011).

Il fatto che l’attività biologica abbia gradualmente eliminato il CO2 dall’atmosfera liberando l’ossigeno in esso contenuto pone la domanda correlata: cosa è successo del carbonio che rimaneva? Una risposta che appare inizialmente ovvia è che questo carbonio è stato incorporato nella biosfera. Dopotutto, animali e piante contengono carbonio come uno dei loro componenti principali. Ma questa interpretazione non regge a unesame quantitativo. La quantità di carbonio nella biosfera si stima comecirca 2100 miliardi di tonnellate (Gtons) (Current Carbon Stocks). Se tutto questo carbonio dovesse reagire con l’ossigeno atmosferico consumerebbe qualcosa come 5600 Gtons di ossigeno (tenendo conto che un atomo di ossigeno pesa più di un atomo di carbonio e che un atomo di carbonio si lega a due atomi di ossigeno). Ma la massa totale di ossigenonell’atmosfera è enormemente più grande; di oltre due ordini di grandezza (Canfield 2005). E tutto questo carbonio che non è nella biosfera, doveè finito? Lo sappiamo: è stato assorbito dalla crosta terrestre mediante il processo di sedimentazione, principalmente nella forma del composto detto “kerogene”.

Il kerogene è il risultato dell’accumulo di sostanze organihe provenienti da animali morti che si accumulano sul fondo dei mario di paludi continentali in condizioni di scarsità di ossigeno (condizioni dette “anossiche”). Nel corso degli eoni, quantità enormi di kerogene si sono accumulate nella crosta terrestre, più che sufficienti a rimuovere tutto l’ossigeno dall’atmosfera se si dovessero ricombinare con l’ossigeno (Vandenbroucke, Largeau 2007). Per fortuna, il kerogene brucia molto male in aria, e gli esseri umani non lo possono usare come combustibile. Tuttavia, una parte del carbonio sedimentato esiste in forme che gliesseri umani trovano utili per i loro scopi. Nel corso di tempi geologici, il kerogene si può ulteriormente degradare sotto l’effetto di alte pressioni e temperature, generando sostanze liquide e gassose a base principalmente di carbonio e idrogeno. Queste sostanze le chiamiamo “petrolio”e “gas naturale”. Li chiamiamo anche “combustibili fossili”. Il termine è corretto dato che sono di origine lontana nel tempo (fossile) e sono in grado di ricombinarsi con l’ossigeno (combustione).

Il termine “combustibile” porta una certa risonanza di “utilità” per gli esseri umani; ma queste sostanze non sono lì per fare un favore agli esseri umani, anzi,fanno dei danni spaventosi. Va detto che anche bruciando tutti i combustibili fossili che riteniamo essere bruciabili in linea di principio (Rogner 2000), non riusciremmo a eliminare abbastanza ossigeno dall’atmosfera da renderla irrespirabile. Tuttavia, anche quantità relativamente piccole di biossido di carbonio emesse dalla combustione dei fossili sono sufficienti a generare un effetto serra molto dannoso. Al momento, siamo arrivati a una quantità di CO2 nell’atmosfera corrispondente a oltre 400 parti per milione (ppm), molto maggiore delle 270 ppm che erano la quantità tipica dell’atmosfera in tempi pre industriali. Quali effetti sull’ecosistema deriveranno da questo aumento è difficile da dire con esattezza, ma siamo abbastanza certi che saranno molto negativi per l’entità che chiamiamo“civiltà umana” (Stocker, Qin, Plattner et al. 2013).

In sostanza, quello che ha creato la nostra civiltà è stata la trasformazione della luce solare in forme di energia chimica che gli esseri umani hanno utilizzato. È stato un lungo ciclo, partito negli eoni del passato con la lenta sedimentazione di materiale organico e la sua trasformazione in combustibili fossili. Quando siamo riusciti a trovare il modo di estrarli e di bruciarli ci siamo trovati ad avere una “luce concentrata” che ci ha portati a un espansione incredibile, che dura ancora oggi. Ma che non potrà durare ancora per molto tempo. Abbiamo chiara evidenza che abbiamo profondamente intaccato le riserve di idrocarburi combustibili create da antichi fenomeni biologici. Ma anche se avessimo ancora risorse abbondanti, stiamo veramente “giocando col fuoco” a riscaldare il pianeta così come stiamo facendo. E rischiamo seriamente di bruciarci. Che cosa ci aspetta allora? Evidentemente, dobbiamo rinunciare alla luce solare concentrata nella forma di idrocarburi combustibili. Se vogliamo mantenere qualcosa che si chiama “civiltà umana” su questo pianeta dobbiamo imparare a dissipare potenziali energetici diversi. È possibile? In linea di principio, sì.

La quantità di energia dissipata dalla civiltà umana si può misurare in termini del totale della cosiddetta “energia primaria”, corrispondente oggi a circa 17 Terawatt (TW). La capacità di questa dissipazione di generare le strutture complesse che chiamiamo “civiltà” dipende dalla quantità di energia (più esattamente di energia capace di produrre lavoro, o exergia) necessaria per mantenerle in funzione della loro degradazionedefinita dalla seconda legge della termodinamica. In pratica, questo dipende da alcuni parametri. Uno è l’energia netta (Odum 1973) definita come l’exergia generata dalla trasformazione di uno stock di energia inun altro stock. Un altro è il “ritorno energetico” (EROEI) (Hall, Cleveland, Kaufmann 1986). L’EROEI si definisce come il rapporto fra l’exergia generata da una struttura dissipativa e l’energia necessaria per crearee mantenere questa struttura. I combustibili fossili hanno potuto crearela civiltà umana dato che avevano delle EROEI dell’ordine di almeno 30 (Hall, Lambert, Balogh 2014). Se vogliamo fare a meno dei combustibili fossili, dobbiamo pensare ad altri modi per ottenere strutture dissipative complesse partendo dall’energia solare che, come detto prima, è molto abbondante con un flusso stimato come circa almeno 87.000 TW (Tsao,Lewis, Crabtree 2006).

Questo è possibile, tuttavia, soltanto se i metodi di trasduzione sono altrettanto efficienti di quelli usati per i combustibili fossili in termini di EROEI. Su questo punto, possiamo dire che tuttigli studi recenti che hanno esaminato la tecnologia fotovoltaica trovano valori dell’EROEI molto più grandi di 1 (Rydh, Sandén 2005; Richards,Watt 2007; Blankenship, Tiede, Barber et al. 2011; Chu 2011; Bekkelund 2013; Weißbach, Ruprecht, Huke et al. 2013) anche se alcuni studi riportano valori più bassi della media (Prieto, Hall 2011). Nella maggioranza dei casi, l’EROEI della tecnologia fotovoltaica sembra essere più basso di quello dei combustibili fossili anche se, in alcuni casi, viene descritto come più alto (Raugei, FullanaiPalmer, Fthenakis 2012). Valori anche più grandi sono riportati per impianti solari a concentrazione (CSP) (Montgomery 2009; Chu 2011) e per l’energia eolica (Kubiszewski, Cleveland,Endres 2010). La sostenibilità a lungo termine di queste tecnologie dipende dalla loro evoluzione, ma sembra che le tecnologie correnti non abbiano bisogno in modo critico di minerali rari e esauribili (García Olivares, Ballabrera, Poy, García, Ladona et al. 2012).

Esistono molte stime sulla massima quantità di energia che si potrebbe produrre mediante le moderne tecnologie rinnovabili. Il “potenziale tecnico” per l’energia solare da sola negli Stati Uniti è stimato a circa 150 TW (Lopez, Roberts, Heimiller et al. 2012). Secondo i calcoli (Liu, Yu,Liu et al. 2009), 1/5 dell’area del deserto del Sahara (2 milioni di kmq) potrebbe generare circa 50 TW. Sommando frazioni simili per i vari deserti, l’energia fotovoltaica potrebbe generare qualcosa come 50-60 TW, o anche di più, senza impattare sull’agricoltura umana. Sistemi eolici potrebbero generare quantità minori, ma dello stesso ordine di grandezzadell’energia primaria generata oggi (Miller, Gans, Kleidon 2011; Castro, Mediavilla, Miguel et al. 2011; Jacobson, Archer 2012). Chiaramente, il potenziale produttivo dell’energia rinnovabile in forma di vento ed energia solare diretta è enorme. Da questi dati, possiamo concludere che la dissipazione diretta dell’energia solare per mezzo di dispositivi a stato solido potrebbe rivoluzionare l’ecosistema in modo anche maggiore di quanto lo abbia fatto l’energia solare immagazzinata in composti del carbonio. L’uso di queste tecnologie potrebbe rappresentare una nuova “rivoluzione metabolica” nello stesso senso di quelle biologiche del remoto passato della terra (Szathmáry, Smith 1995; Lenton, Watson 2011). Se dovesse realizzarsial suo massimo potenziale, potrebbe rappresentare un cambiamento così radicale dell’ecosistema da meritare di essere definita come l’inizio di unanuova era geologica. Il nome di “Stereocene” (l’età dei sistemi a stato solido) potrebbe essere adatto.



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