Dal 2003 al 2021, la produzione primaria netta globale è cresciuta grazie agli ecosistemi terrestri, mentre gli oceani mostrano un calo legato al riscaldamento climatico. Serve un monitoraggio congiunto per proteggere la biosfera e guidare la mitigazione
Crescita fotosintetica terrestre compensata dal respiro oceanico.
Le piante terrestri hanno determinato un aumento della fotosintesi globale tra il 2003 e il 2021, una tendenza parzialmente compensata da un lieve calo della fotosintesi — il processo mediante il quale la luce solare viene utilizzata per produrre nutrimento — tra le alghe marine, secondo uno studio pubblicato su Nature Climate Change (1). I risultati potrebbero contribuire alla valutazione della salute del pianeta, migliorare la gestione degli ecosistemi e orientare le proiezioni e le strategie di mitigazione dei cambiamenti climatici.
Gli organismi fotosintetici — noti anche come produttori primari — costituiscono la base della catena alimentare, rendendo possibile la maggior parte della vita sulla Terra. Utilizzando l’energia del sole, i produttori primari fissano, ovvero convertono, il carbonio presente nell’aria in materia organica, cioè a base di carbonio. Tuttavia, i produttori primari rilasciano anche carbonio attraverso un processo chiamato respirazione autotrofa, che è in qualche modo simile alla respirazione. Il tasso di accumulo di carbonio, una volta considerata la perdita dovuta alla respirazione, è chiamato produzione primaria netta.
«La produzione primaria netta misura la quantità di energia che gli organismi fotosintetici catturano e rendono disponibile per sostenere quasi tutta la vita all’interno di un ecosistema», ha dichiarato il dottor Yulong Zhang (2), primo autore dello studio e ricercatore presso il laboratorio della dottoressa Wenhong Li (3) alla Nicholas School of the Environment della Duke University. «Essendo la base delle reti alimentari, la produzione primaria netta determina la salute degli ecosistemi, fornisce cibo e fibre per gli esseri umani, mitiga le emissioni di carbonio di origine antropica e contribuisce a stabilizzare il clima terrestre».
Le ricerche precedenti sulla produzione primaria netta si sono generalmente concentrate o sugli ecosistemi terrestri o su quelli oceanici, lasciando lacune nella comprensione della produzione primaria netta a livello globale e delle sue potenziali implicazioni per la mitigazione del cambiamento climatico.
Per questo studio, il team ha analizzato le tendenze annuali e la variabilità della produzione primaria netta globale, con particolare attenzione all’interazione tra ecosistemi terrestri e marini.
«Se si vuole valutare la salute del pianeta, è necessario considerare sia i domini terrestri che quelli marini per avere una visione integrata della produzione primaria netta. Gli studi pionieristici che hanno combinato per la prima volta la produzione primaria terrestre e marina non sono stati sostanzialmente aggiornati da oltre vent’anni», ha affermato il dottor Nicolas Cassar, co-autore dello studio e titolare della cattedra Lee Hill Snowdon Bass presso la Nicholas School, che ha supervisionato la ricerca insieme a Zhang.
Sguardi Satellitari
Le osservazioni satellitari offrono una prospettiva continua sulla fotosintesi effettuata dalle piante e dalle alghe marine chiamate fitoplancton. In particolare, strumenti satellitari specializzati misurano il grado di “verde” superficiale, che rappresenta l’abbondanza di un pigmento verde chiamato clorofilla, prodotto dagli organismi fotosintetici. I modelli computazionali stimano poi la produzione primaria netta combinando i dati sul verde con altri dati ambientali, come temperatura, luce e variabilità dei nutrienti.
Gli autori del nuovo studio hanno utilizzato sei diversi set di dati satellitari sulla produzione primaria netta — tre relativi alla terraferma e tre agli oceani — per gli anni dal 2003 al 2021. Attraverso metodi statistici, hanno analizzato le variazioni annuali della produzione primaria netta, separatamente per la terra e per l’oceano.
Hanno riscontrato un aumento significativo della produzione primaria netta terrestre, con un tasso di 0,2 miliardi di tonnellate metriche di carbonio all’anno tra il 2003 e il 2021. La tendenza è risultata diffusa dalle zone temperate a quelle boreali, cioè ad alta latitudine, con un’eccezione rilevante nei tropici del Sud America.
Al contrario, il team ha identificato un calo complessivo della produzione primaria netta marina, pari a circa 0,1 miliardi di tonnellate metriche di carbonio all’anno nello stesso periodo. I cali più marcati si sono verificati principalmente negli oceani tropicali e subtropicali, in particolare nell’Oceano Pacifico.
Nel complesso, le tendenze terrestri hanno prevalso su quelle oceaniche: la produzione primaria netta globale è aumentata in modo significativo tra il 2003 e il 2021, con un tasso di 0,1 miliardi di tonnellate metriche di carbonio all’anno.
Architettura del Cambiamento Ambientale
Per comprendere i potenziali fattori ambientali in gioco, il team ha analizzato variabili come la disponibilità di luce, la temperatura dell’aria e della superficie marina, le precipitazioni e la profondità dello strato di rimescolamento — una misura che riflette il grado di mescolamento nello strato superiore dell’oceano causato da vento, onde e correnti superficiali.
«L’aumento della produzione primaria sulla terraferma è dovuto principalmente alle piante delle latitudini più elevate, dove il riscaldamento ha esteso le stagioni di crescita e creato temperature più favorevoli, e alle regioni temperate che hanno sperimentato un aumento locale delle precipitazioni, l’espansione delle foreste e l’intensificazione delle coltivazioni», ha spiegato la dottoressa Wenhong Li, professoressa di scienze della Terra e del clima presso la Nicholas School e co-autrice dello studio.
Le temperature in aumento sembrano aver avuto un effetto opposto in alcune aree oceaniche.
«L’innalzamento delle temperature della superficie marina ha probabilmente ridotto la produzione primaria del fitoplancton nelle regioni tropicali e subtropicali», ha aggiunto il dottor Nicolas Cassar (4). «Le acque più calde possono stratificarsi sopra quelle più fredde e ostacolare il rimescolamento dei nutrienti essenziali per la sopravvivenza delle alghe».
Sebbene la terra abbia guidato l’aumento complessivo della produzione primaria globale, gli oceani hanno influenzato principalmente la variabilità da un anno all’altro, soprattutto durante eventi climatici intensi come El Niño e La Niña, hanno osservato gli autori.
«Abbiamo osservato che la produzione primaria oceanica risponde in modo molto più marcato agli eventi El Niño e La Niña rispetto a quella terrestre», ha dichiarato il dottor Shineng Hu (5), professore associato di dinamiche climatiche presso la Nicholas School e co-autore dello studio. «Una serie di eventi come La Niña è stata in parte responsabile dell’inversione di tendenza nella produzione primaria oceanica che abbiamo identificato dopo il 2015. Questo risultato evidenzia la maggiore sensibilità dell’oceano alla variabilità climatica futura».
Orizzonti Consequenziali
Lo studio evidenzia l’importante ruolo degli ecosistemi terrestri nel compensare il calo della produzione primaria netta tra i fitoplancton marini, secondo gli autori.
Tuttavia, hanno aggiunto che i cali della produzione primaria netta negli oceani tropicali e subtropicali, insieme alla stagnazione sulla terraferma nelle regioni tropicali, possono indebolire le basi delle reti alimentari tropicali, con effetti a cascata sulla biodiversità, sulla pesca e sulle economie locali. Nel tempo, queste perturbazioni potrebbero anche compromettere la capacità delle regioni tropicali di funzionare come efficaci pozzi di carbonio, intensificando potenzialmente gli impatti del riscaldamento climatico.
«Se il calo della produzione primaria negli oceani continuerà — e per quanto tempo e in che misura gli aumenti sulla terraferma potranno compensare tali perdite — resta una domanda fondamentale ancora senza risposta, con importanti implicazioni per valutare la salute di tutti gli esseri viventi e per orientare le strategie di mitigazione del cambiamento climatico», ha dichiarato Zhang. «Un monitoraggio coordinato e a lungo termine degli ecosistemi terrestri e oceanici, considerati come componenti integrati del sistema Terra, è essenziale».
Riferimenti:
(1) Contrasting biological production trends over land and ocean
(2) Yulong Zhang
(3) Wenhong Li
(4) Nicolas Cassar
(5) Shineng Hu
Descrizione foto: L’immagine qui sopra rappresenta come è cambiata, anno dopo anno, la quantità di carbonio assorbita dagli organismi fotosintetici del pianeta tra il 2003 e il 2021. - Credit: immagine per gentile concessione di Yulong Zhang et al., 2025.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Study Identifies Global Upswing in Photosynthesis Driven by Land, Offset by Oceans