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AP1 - Cambiamenti Globali e cicli biogeochimici: dinamiche, impatti e mitigazione

AP1 - Cambiamenti Globali e cicli biogeochimici: dinamiche, impatti e mitigazione

AP1 - Cambiamenti Globali e cicli biogeochimici: dinamiche, impatti e mitigazione

Gli obiettivi dell'Area Progettuale

L’obiettivo generale è quello di integrare in modelli complessi (Earth System Models) i processi fisico-chimico-biologici e geologici e la dinamica dei sistemi ecologici alle diverse scale spaziali e temporali di interesse. Obiettivo di più lungo respiro è invece l’integrazione dei risultati con le competenze attinenti alle scienze sociali ed economiche, presenti in altri Dipartimenti e in altri Enti e Università, passo necessario per fornire le risposte richieste dai policy maker e dalla società.

Obiettivi scientifici:

  • studio dei cambiamenti globali nel Sistema Terra e nelle sue componenti, della dinamica e della predicibilità del clima, sviluppo ed implementazione di modelli climatici, ricostruzioni paleoclimatiche e geocronologia;
  • osservazione dei cambiamenti nella composizione dell'atmosfera ed interazione qualità dell’aria (e salute) clima;
  • interazione biosfera-geosfera-oceano;
  • 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;
  • 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;
  • 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);
  • effetti dei cambiamenti sulla biosfera e sugli ecosistemi marini e di transizione, terrestri e acquatici, sulla dinamica degli oceani e della superficie terrestre;
  • supporto allo sviluppo di strategie di mitigazione e di adattamento ai cambiamenti globali;
  • eventi estremi nel sistema accoppiato oceano-atmosfera;
  • contaminazione ambientale.

Rilievo

Il rilievo dell'Area Progettuale

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 materiale inquinante nell’ambiente, ma anche ai cambiamenti nell’uso del territorio, alla perdita di habitat e alla 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 stessa 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. I cambiamenti globali sono molto più del solo cambiamento climatico e non riguardano solo gli aspetti dinamici e biogeochimici, ma anche quelli socio-economici.
Lo studio dei cambiamenti globali è tradizionalmente avvenuto “scomponendo” il Sistema Terra nelle sue parti (approccio riduzionistico). E’ necessario invece un approccio sistemico per ricomporre il quadro completo e osservare il Sistema Terra nella sua interezza. Vi è un’imprescindibile necessità di monitorare i cambiamenti mediante osservazioni a lungo termine, obiettivo difficile da attuare per costante mancanza di risorse. La ricerca in questo campo 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), molto carente è tuttora il collegamento fra le attività sperimentali e quelle modellistiche la cui integrazione è importante per fornire la necessaria sintesi dei risultati.

Ambito Internazionale

Il quadro delle ricerche in ambito internazionale

Il punto di riferimento dell’Area Progettuale è il programma internazionale Future Earth che ha integrato tutti i precedenti programmi internazionali sui cambiamenti globali nelle loro 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).

Future Earth è suddiviso in tre tematiche:

    1. Dynamic Planet: fornisce la conoscenza per la comprensione dei cambiamenti osservati e previsti nel Sistema Terra e nelle sue componenti principali (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;
    2. Global Sustainable Development ha come obiettivo la comprensione dei legami fra cambiamenti globali e società e di come lo sviluppo della società possa tradursi in un’ulteriore pressione sul pianeta;
    3. Transformations towards Sustainability: intende comprendere 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 e altri programmi inerenti 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).

Ambito Nazionale

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 sono, oltre al CNR, 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 ed 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 fenomeni insiti nei 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). 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).

Posizionamento CNR

Il posizionamento del CNR

Il CNR è senz’altro l’Ente che, per la sua multidisciplinarietà, ha le maggiori potenzialità a livello nazionale per integrare tutte le componenti disciplinari e metodologiche necessarie allo studio dei cambiamenti globali e dei loro effetti. Il CNR possiede al suo interno tutte le competenze e gli strumenti per l’intera filiera della valutazione dell’impatto ambientale, dalla raccolta dei dati alla valutazione del rischio ed è la figura istituzionale più indicata, grazie alla presenza sull’intero territorio, a collaborare con le Istituzioni nazionali e locali per la definizione delle migliori strategie di mitigazione. Queste competenze sono distribuite in varia misura fra gli Istituti afferenti al Dipartimento Scienze del Sistema Terra e Tecnologie per l’Ambiente, ma anche in Istituti afferenti ad altri Dipartimenti, principalmente Scienze bio-agroalimentari, Scienze biomediche e Informatica e Ingegneria delle Telecomunicazioni e Trasporti.
Negli ultimi 10 anni nel CNR ci sono stati progressi significativi nel coniugare le ricerche ambientali con quelle socio-economiche al fine di analizzare vari scenari di mitigazione dei rischi ambientali a supporto dei policy makers e altri stakeholders.
Alcuni gruppi di ricerca del CNR sono attivi, anche con ruoli di coordinamento, nell’ambito di programmi internazionali sui cambiamenti globali, inquinamento ambientale e sviluppo di tecnologie abilitanti (KETs), quali alcuni sottoprogetti di Future Earth, SOLAS (Surface Ocean-Lower Atmosphere Study), GEWEX (Global Energy and Water Exchanges Project), UNEP F&T (Partnership on Mercury Fate and Transport Research), GEOSS, HTAP, GEOTRACES, REACH, solo per citare alcuni tra quelli più rilevanti.
I ricercatori del Dipartimento coordinano inoltre la Task Global Ecosystem Monitoring e Tracking Pollutants di GEO, il CRA Mountains as sentinels of change del Belmont Forum e missioni satellitari di ESA. Sono attive collaborazioni con UNEP, WMO, WHO, IPCC, EUMETSAT.

Attività svolte

Attività svolte

  • Clima e cambiamenti climatici - Comprende le 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 alla scala storica e paleoclimatica (archivi terrestri, lacustri, marini, polari e geocronologia), e il monitoraggio climatico.

  • Cambiamenti nella composizione dell’atmosfera e interazione qualità dell’aria (e salute)/clima - Comprende le ricerche sulle proprietà fisiche e chimiche dell’atmosfera e la loro variabilità spazio-temporale, i processi naturali ed antropici che modificano la composizione dell’atmosfera. Include le 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 – Comprende i 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.

  • Ciclo dell’acqua – Comprende lo studio 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.

Attività previste

Le attività previste

  • Clima e cambiamenti climatici: caratterizzazione del clima e della variabilità passata, presente e futura (ricostruzioni e 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.

  • Cambiamenti nella composizione dell’atmosfera e interazione qualità dell’aria-salute/clima: ricerca su processi e fenomenologie focalizzata sulla scala regionale e su specifici hot spots climatici e ambientali (insediamenti urbani, aree costiere, aree montane, aree polari, ecc.).

  • Cicli biogeochimici: osservazioni e modellistica del 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 sulla componente biotica lacustre, marina, sulle popolazioni vegetali terrestri 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.

  • 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.

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