Gli ecosistemi terrestri ed il Protocollo di Kyoto - Giacomo Grassi European Commission - Joint Research Centre - Ispra (VA)
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Gli ecosistemi terrestri ed
il Protocollo di Kyoto
Giacomo Grassi
European Commission – Joint Research Centre – Ispra (VA)
(image from Mollicone)1. IL CLIMA STA CAMBIANDO 2. IL RUOLO DEGLI ECOSISTEMI TERRESTRI 3. IL “PROTOCOLLO DI KYOTO”: si può governare il clima? 4. (Le ricerche condotte al Joint Research Centre)
1. IL CLIMA STA CAMBIANDO
Gli effetti
(IPCC, 2007)• Biodiversità La vegetazione si sposta A quote più elevate in montagna
A latitudini più elevate
• Maggiore frequenza e intensità di eventi
climatici estremi ?Le cause È molto probabile (>90%) che le attività umane siano la causa principale del riscaldamento globale (IPCC, 2007)
… ma ci sono ancora numerose incertezze
Chi emette i gas serra in atmosfera ?
Emissioni pro capite
annue da combustibili
fossili, 2000 (t C/yr):
USA: 5
Europa: 3
Paesi industrializzatiCosa succederà in futuro ? Rispetto ad ora, l’IPCC considera “probabile” che: - la temperatura a fine secolo aumenti tra 1.8 e 4C, - il livello dei mari si alzi di 28-43 cm, - l’intensità e la frequenza di eventi climatici estremi aumenti
Negli ultimi due anni è cresciuto il consenso scientifico e la
sensibilità dell’opinione pubblica:
la discussione politica è passata da “SE esiste il cambiamento
climatico” a “COME affrontarlo”
The final proof of climate change2. PERCHE’ GLI ECOSISTEMI TERRESTRI SONO IMPORTANTI ? - Sono parte della causa
change
Deforestazione tropicale: 13 Milioni ha/anno
Emissioni di Carbonio nel tempo:
2000-2006
1.80
1.5 Pg C y-1
1.60 Africa (16% total emissions)
1.40 Latin America
1.20 S. & SE Asia
Pg C yr-1
SUM
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
1990
2000
1980
1870
1910
1950
1850
1860
1880
1890
1900
1920
1930
1940
1960
Houghton, unpublished 19702000-2006
fossil fuel emissions
7.6
CO2 flux (Pg C y-1)
Source
deforestation
1.5
atmospheric CO22
4.1
Sink
land
2.8
ocean
2.2
Time (y)
Le Quéré, unpublished; Canadell et al. 2007, PNAS[2000-2006]
45% of all CO2 emissions accumulated in the atmosphere
55% were removed by natural sinks
Ocean removes 24% Land removes 30%
Canadell et al. 2007, PNAS2. PERCHE’ GLI ECOSISTEMI
TERRESTRI SONO IMPORTANTI ?
Sono parte della causa…
… ma sono anche parte della soluzione¾ Il ciclo del carbonio
Serbatoi di C (Gt C):
-C “stabile” (sedimenti):
70000000
-C “libero”:
Atmosfera 750
Oceani 38000
Ecosist. terrestri 2000
Flussi di C (Gt C/anno):
- Flussi di C antropici:
combust. fossili 7.6+0.3
deforestaz. 1.5+0.8
- Accumuli di C
Gli ecosistemi terrestri, assorbendo atmosfera 4.1 +0.1
parte della CO2 emessa dall’uomo, stanno oceani 2.2 +0.5
rallentando i cambiamenti climatici ecosist.terrestri 2.8+1.1
ma grande incertezza su QUANTO assorbono !Seasonal effect due to terrestrial C uptake
• Dove va a finire la CO2 assorbita dagli ecosistemi terrestri ?
CO2 “SLOW IN”
“FAST OUT”
GPP plant Heterotrophic Disturbance:
photosynthesis respiration respiration fire, harvest
120 GtC/yr 60 GtC/yr 50 GtC/yr 8-9 GtC/yr
e rm e e
erm tak te rag r m tak
t p m o r te up il
rt n u ss diu st itte ng n so
o e n l lo rbo e+
sh rbo ma m rbo nd
ca bio ca il a ca tre
in so
Ecological Terms: Net Primary Production Net Ecosystem Production Net Biome Production
NPP: 60 GtC/yr NEP: 10 GtC/yr NBP: 1-2
~ GtC/yr
Gran parte torna in atmosfera con la respirazione autotrofa (piante) ed
eterotrofa (microorganismi del suolo). Solo una piccola parte (Net Biome
Production) viene accumulata nei suoli e nella biomassa…. ma sulla stabilità
nel tempo di questo accumulo c’è molta incertezza !• Quale ecosistema assorbe più CO2 ? 18%
Si stima che 2/3 della Foreste
produzione primaria netta 7% Agricoltura
2%
degli ecosistemi terrestri Deserti
8% Praterie
sia nelle foreste 65%
Savane e Arbusti
• Dove viene accumulato il C che
rimane nell’ecosistema ?
Dipende molto dal tipo di ecosistema.
In media, circa 3/4 del C è nei suoli.• L’assorbimento di C è omogeneo nel globo?
NO: i maggiori
-0.2
-0.1
0.0 assorbimenti di C
avvengono
-0.3 0.0
-0.1 nell’emisfero
-0.1 -0.1
settentrionale
-0.2 +0.0 -0.1
+0.3 0.0
+0.1
Rilascio di carbonio Assorbimento di carbonio
+0. 0.0 -0.1 -0.3 -0.5 -0.7
1
(Baker, 2007)
Si stima che in Europa circa
il 7-12% delle emissioni di C molto incerto !
antropogeniche vengano
assorbite dagli ecosistemi
terrestri• L’assorbimento di C è costante nel tempo ?
NO: c’è una sorprendente
Flussi di C in Europa (1980-2000)
variabilità interannuale !
molto incerto !
Es. l’ondata di caldo+siccità del 2003 gli
ecosistemi europei hanno emesso C,
anzichè assorbirlo !• Perché gli ecosistemi terrestri stanno assorbendo carbonio ?
(fino a poco tempo fa si pensava che, a livello globale, fossero in equilibrio con l’atmosfera)
1) CO2 e N: l’aumento di
CO2 atmosferica e le
deposizioni azotate
hanno finora avuto un
effetto “fertilizzante”
sulle piante
2) CLIMA: l’aumento di temperatura ha finora favorito la
crescita delle piante (ad es. allungando la stagione vegetativa)
3) GESTIONE: l’abbandono di aree agricole e forestali marginali,
una volta intensamente sfruttate, ha finora stimolato
l’espansione e la ricrescita delle foreste (soprattutto in Europa)
- Altri fattori ?• Come risponderanno gli ecosistemi ai cambiamenti climatici futuri ?
Di solito elevate CO2 stimolano una
maggiore crescita delle piante, ma
risposte variabili:
- interazione con altri fattori
(N e acqua)
- scala spaziale/temporale
analizzata
- specie/ecosistema esaminato
da Canadell (2005)
No sign of N
saturation?
(Magnani et al. 2007)Inoltre, molto poco si conosce su altri possibili effetti che i
futuri cambiamenti climatici potrebbero provocare su:
• decomposizione della
sostanza organica del
suolo (forti emissioni di
CO2 ?)
- In 25 anni suoli inglesi hanno
perso 13 Mt CO2/anno (?)
- Effetto del solo
cambiamento climatico ?
- Risultati estendibili ad altre
aree in Europa ? molto incerto !
• fisiologia e fenologia delle piante
• risposta ai parassiti, competizione tra specie
• distribuzione delle specie e dei biomi- Che ruolo giocheranno gli ecosistemi terrestri nel futuro ?
1) CO2 e N 2) CLIMA 3) GESTIONE
? ? ?
Molti modelli prevedono molto incerto !
che entro fine secolo gli
ecosistemi terrestri
diventerranno una fonte
di C verso l’atmosfera,
contribuendo
ulteriormente ai
cambiamenti climaticiQualche conclusione
Gli ecosistemi terrestri, accumulando carbonio, stanno
attivamente mitigando i cambiamenti climatici.
C’è molta incertezza sull’entità, localizzazione, variabilità
e la stabilità nel tempo di questo accumulo.
Le maggiori incertezze riguardano il suolo.
Queste incertezze sono tra le principali fonti di
incertezza sulle future previsioni di cambiamenti climatici
comprendere e fare previsioni sugli ecosistemi
terrestri rappresenta una delle principali sfide che
oggi si trova ad affrontare la scienza3. Il “PROTOCOLLO DI KYOTO”:
si può governare il clima?
Rio (1992): UNFCCC Protocollo di Kyoto (1997)
- UNFCCC: “stabilizzare i gas serra nell’atmosfera ad un livello che eviti
pericolose interferenze con il clima”,
- Kyoto: riduzione delle emissioni di gas serra nel periodo 2008-2012 del
5% (in media) rispetto ai livelli del 1990. CO2, CH4, N2O, HFC, PFC, SF6
Entrato in vigore il 16 febbraio 2005, con l’adesione di 157 Paesi ed alcune
importanti assenze (Stati Uniti) .. L’Australia ha ratificato nel 2007.
SOLO i Paesi industrializzati hanno obiettivi di “riduzione” vincolanti:
Es. l’Unione Europea -8%, l’Italia -6.5%, Russia 0%, Spagna +15%
Ogni anno, questi Paesi devono redigere un inventario di gas serra, che
viene revisionato da esperti indipendenti dell’UNFCCC.Strumenti del Protocollo di Kyoto:
• Riduzione diretta delle emissioni:
- minor uso di combustibili fossili (aumento delle
energie rinnovabili – incluse biomasse -,
tecnologie più efficienti)
- minori emissioni dall’agricoltura
• Accumulo del carbonio nei sistemi agroforestali
(sinks)
Nel sistemi di contabilita’ delle emissioni previsto dall’UNFCCC,
gli ecosistemi terrestri sono inclusi in due settori:
“Agricoltura” (emissioni di N20 e CH4)
“Land Use, Land Use Change and Forestry” (LULUCF:
emissioni e assorbimenti di CO2).Il settore LULUCF, importante perche’ capace di assorbire CO2
(compensando le emissioni di altri settori), e’ pero’ caratterizzato da:
- Incertezza delle stime
- Dubbi su saturazione del “sink” e permanenza del C accumulato
- Addizionalita’ (come distinguere l’ impatto antropico da un sottofondo
“naturale” molto variabile?)
Questo ha reso questo settore molto complesso e controverso, e l’accordo
finale e’ stato un difficile compromesso:
-Art. 3.3: conteggio obbligatorio delle emissioni/assorbimenti da
afforestazione/riforestazione/deforestazione dal 1990.
Biomassa 1 Biomassa 2
forestazione calcolo
1990 2008 2012
- Art. 3.4: Un Paese puo’ scegliere SE includere nel conteggio
complessivo le emissioni/ assorbimenti derivanti da:
- gestione forestale (con un massimo valore di assorbimento)
- gestione delle terre agricole e dei pascoli
- rivegetazione• Strumenti di flessibilità supplementari:
- Emission trading: scambio di crediti di CO2 tra Paesi industrializzati
ridurre le emissioni attraverso il “libero mercato” è più economico
…oggi la CO2 è quotata in borsa ! Quotazione della CO2
- Joint Implementation e Clean Development: promozione di attività di
riduzione delle emissioni o di aumento di assorbimenti in altri Paesi
(ad es., è possibile guadagnare crediti di C tramite trasferimento di
tecnologie pulite o piantando foreste nei Paesi in via di sviluppo,
ma la deforestazione tropicale e’ esclusa!)- Critiche al Protocollo di Kyoto (1):
• E’ costoso. Vero (in Europa applicare Kyoto costa ~ 3-8 Miliardi
€/anno), ma quando si considerano altri costi socio-economici ….
• danno economico per le inondazioni nel 2002: ~ 17 Miliardi €
• danno all’agricoltura nel 2003: ~ 13 Miliardi €
• decessi dovuti all’onda di calore del 2003: ~ 35.000
• danno economico per l’uragano Katrina (2005) > 60 Miliardi $
…..soldi spesi dagli italiani per lotterie nel 2005: 23 Miliardi € !
Kyoto costa molto meno di quello che fara’ risparmiare (Stern Review)
E’ un’occasione per riconvertire l’intero sistema energetico
• Si basa su dati non certi, ed il rischio di eventi catastrofici e’ basso.
Vero, ma e’ giusto non far nulla se la posta in gioco e’ importante ?
Come ci comportiamo dal medico, o con l’ assicurazione dell’ auto?- Critiche al Protocollo di Kyoto (2): • E’ inutile. Vero, serve ben altro per rallentare i cambiamenti climatici, ma: - è il primo passo nella giusta direzione… - è il primo tentativo di governo mondiale dell’ambiente - può avere altre importanti ricadute positive (qualità aria, biodiversità) • Nessun sacrificio viene richiesto ai Paesi in via di sviluppo. Vero, ma storicamente il problema dei gas serra in atmosfera è stato causato dai paesi ricchi.. Sono loro che devono iniziare a risolverlo. • Si concentra sulla MITIGAZIONE, trascurando l’ADATTAMENTO. Vero, occorre trovare un equilibrio tra lo sforzo di evitare l’ingestibile (mitigazione) e il gestire l’ inevitabile (adattamento) • Le foreste sono una scappatoia per evitare di ridurre le emissioni. In gran parte vero. Ma senza la “flessibilita’ ambigua” offerta dalle foreste, oggi non avremmo Kyoto. Occorre migliorare per il post-Kyoto.
- A che punto siamo in Europa ?
Comparison of 2005 EU-15 emissions with hypothetical target
path towards the EU-15 Kyoto target
GHG emissions
(Base-year level = 100)
Kyoto Protocol
commitment period
2008-2012
100 Target path
98.0
Distance to target path
96.9 96.6
Use of carbon sinks
and Kyoto mechanisms
EU-15 Kyoto target
90
80
1990 1995 2000 2005 2010
EU-15 trend EU-15 Kyoto target (2008-2012) Hypothetical linear target pathWast e Emissioni
T o t al GHGin EU-15 per
Agricult ure
3% settore
2 0 0 5(2005)
9%
Indust rial
processes
8%
Energy use
excluding
t ransport
Transport
59%
21%
Energy excl. transport -3%
Transport 25%
Industrial processes -16%
Agriculture -11%
Waste -38%
-60% -40% -20% 0% 20% 40%Emissioni gas serra dell’ Italia (UNFCCC 2007)
700
Data (without LULUCF)
650 Trend (without LULUCF)
GHG Emissions (Tg CO2 eq)
target 2010 613
Tendenza
600
Situazione 582
attuale (+12%)
550 135 (-22%)
519
500
Obiettivo per
l’Italia:
450 485
-6.5% rispetto
al 1990
400
1990 2005 2010
YearContributo previsto del settore AGROFORESTALE al raggiungimento degli obiettivi italiani
Quale prospettiva per il post-Kyoto? L’ultima conferenza UNFCCC (Bali, Dic. 2007) ha avviato un importante processo negoziale che dovrebbe concludersi a Copenaghen nel Dic. 2009 con un accordo di azione globale sui cambiamenti climatici (operativo dal 2013). Punti-chiave: - Mitigazione: si spera in obiettivi ambiziosi (Paesi sviluppati: - 25/40% entro il 2020?), segnali incoraggianti per il coinvolgimento dei PVS. - Adattamento: maggiore aiuto ai paesi piu’ a rischio - Sviluppo e trasferimento di tecnologie eco-compatibili
Nell’ ambito della mitigazione, sono previsti incentivi per azioni di
riduzione delle emissioni da deforestazione tropicale (REDD)
Emissions from deforestation
reference scenario
Reduced
emissions, for
which a “positive
incentive”
(C market? fund?)
may be received
Reference Period Assessment Period
time
1990? 2005?
• Azioni “dimostrative” dal 2008
• Grandi aspettative: finalmente soldi per ridurre la deforestazione
• Sfida per la comunita’ scientifica: e’ possibile misurare in modo
semplice e credibile le emissioni di deforestazione tropicale?CONCLUSIONI
Per ora il Protocollo di Kyoto ha modestissimo significato per
il clima, ma un grande significato politico (e presto anche
economico)
Gli ecosistemi terrestri stanno naturalmente accumulando C,
mitigando cosi’ i cambiamenti climatici.
Incentivare tale accumulo (come fa Kyoto) può risultare
utile per prendere tempo, ma l’ effetto e’ modesto e limitato
nel tempo.
Ben piu’ importante e`la protezione degli ecosistemi naturali
ricchi di C, es. foreste tropicali (non incentivata da Kyoto,
ma inclusa negli accordi futuri)Gli alberi sono sempre stati al centro delle
negoziazioni sul climaE grazie per l’attenzione !
Risorse in rete per approfondire
Cambiamenti climatici: informazioni generali su questioni scientifiche e politiche
- The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC): http://www.ipcc.ch/
- United Nations Framework Convention on Climate Change (multilingue):
http://unfccc.int/2860.php
- Commissione Europea:
DG Environment: pagina Climate Change (inglese)
http://www.europa.eu.int/comm/environment/climat/home_en.htm
Sito dedicato all’educazione ambientale (multilingue):
http://europa.eu.int/comm/environment/youth/air/arguments2_en.html
- Per informazioni aggiornate su questioni scientifiche e politiche: www.ghgonline.org
Ricerche sui cambiamenti climatici e gli ecosistemi terrestri
- Progetto di ricerca europeo “Carboeurope” su ciclo del carbonio in Europa:
http://www.carboeurope.org/, con iniziativa per le scuole: http://www.carboschools.org/
- Attività dell’Unità Cambiamenti Climatici del JRC: http://ies.jrc.cec.eu.int/fp6ccu.html
- Global Change and Terrestrial Ecosystem: http://www.gcte.org
Cosa posso fare io ? (in inglese)
- Per calcolare la CO2 che emetto: http://www.co2.org/calculator/index.cfm
- Per consigli su azioni concrete: http://www.climnet.org/publicawareness/index.htm
- http://kam.jrc.it/vgas/Le ricerche sugli ecosistemi terrestri al Centro Comune di Ricerca di Ispra (JRC) - Unità Cambiamenti Climatici
Come si studia il ruolo degli ecosistemi terrestri nel clima ?
Non esiste una metodologia unica e sempre valida.
Esistono diversi approcci, validi a scale spaziali e temporali differenti
Per tale motivo il progetto europeo CarboEurope-IP, a cui partecipa il JRC,
adotta un “approccio multiplo”, che confrontando i risultati di diverse
metodologie a diverse scale mira a:
Mappa di assorbimento di C in Europa
- Quantificare il bilancio del C
degli ecosistemi in Europa (con le
variazioni spaziali e temporali)
- Comprendere i processi e i
meccanismi che controllano il ciclo
del C negli ecosistemi, e l’impatto
che su di esso hanno i cambiamenti
climatici e la gestione del
territorio.L’approccio multiplo di CarboEurope-IP:
L’Unità Cambiamenti Climatici del JRC è impegnata in questi ambitiSiti del JRC
Rete di siti di
Carboeurope-IP
Zerbolò (Parco Ticino)
Piantagione di Pioppo
Pineta di Pino marittimo
San Rossore (Pisa)
In tutti questi siti:
- si misura la produttività primaria netta (assorbimento di C) dell’ecosistema
- si studiano i processi che sono alla base di questa produttivitàCome si misura l’assorbimento di C di un ecosistema?
Con una tecnica (Eddy Covariance) che, attraverso
sofisticati sensori, misura “pacchetti” di CO2 che
entrano ed escono dall’ecosistema
Esempio: andamento giornaliero dello scambio
Assorbimento Emissione
ecosistemico netto nella pineta
29 Giugno di S. Rossore (PI)
2002
10
5
0
2m s
NEE (umol m-2 s-1) -2
-5
NEE (µmolCO
-10
-15
-20
-25
-30
-35
0 2 4 6 8 1
10 12 14 16 18 20 22
Ora del giornoQuali processi dell’ecosistema si studiano ? E come ?
Flusso di linfa lungo il tronco Fotosintesi fogliare Flusso di C02 dal suolo
Flussi di N20 e CH4 dal suoloQUALCHE ESEMPIO DI RICERCHE IN ATTO PRESSO IL JRC…
1. Variabilità interannuale dello scambio ecosistemico
netto in una pineta a San Rossore, Pisa
Effetto del caldo + siccità 2003
40
30 1999 2000 2001 2002
2003
20
10
-1
NEE (gC m-2 month )
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
-100
JAN FEB MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP OCT NOV DEC
Pubblicazione su Nature!
Un assaggio del futuro
effetto del clima sugli
ecosistemi ?Foresta
Naturale
2. Effetti del cambio d’uso del
Ti
c in
o
suolo sul C dell’ecosistema,
Parco del Ticino (PV) Area di
rimboschimento
Bosco Siro Negri: foresta naturale,
eta’ circa 200 anni, 15 specie Pioppeto: eta’ 12 anni Piantagioni di pioppo
Coltivazioni di riso
40
La trasformazione
C del suolo (g/Kg)
35
-1
30
delle foreste
25
planiziali causa una
considerevole
20
perdita del
15
10
5
carbonio contenuto
0 nel suolo !
Bosco Negri Pioppeto3. Riduzione di emissioni da deforestazione tropicale:
la nuova frontiera tra foreste e clima
E’ possibile stimare in modo sufficientemente
accurato le emissioni di deforestazione tropicale ?
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