Quanto carbonio viene immagazzinato in un albero?

Qualche settimana fa ho iniziato a raccontarvi come sto affrontando il tema del cambiamento climatico con i miei studenti. Ricordate dove eravamo rimasti? 

Nella prima lezione, ho avviato una discussione partendo dal fatto che durante il G20 è stata presa la decisione di piantare mille miliardi di alberi entro il 2030 per cercare di mitigare il cambiamento climatico. Abbiamo letto un articolo, discusso gli eventi e ho cercato di far emergere quanto i ragazzi sapevano (o credevano di sapere) sul problema del cambiamento climatico e sui suoi effetti globali. 

Nella lezione successiva, ho costruito un background  di conoscenze che aiutasse i ragazzi a capire perché gli alberi sono così importanti nella lotta al cambiamento climatico.  

Siccome l’apprendimento significativo si costruisce a partire dall’esperienza diretta, per trasformare tutte queste informazioni in esperienze concrete ho cercato di riprodurre, anche se in modo semplificato, il lavoro sul campo degli scienziati.

Non essendo un’esperta, mi sono messa a studiare e così ho scoperto che la quantità di carbonio immagazzinato negli alberi dipende da un insieme di fattori tra cui:

1. la specie di appartenenza, 
2. le condizioni di crescita nell’ambiente, 
3. l’età e 
4. la densità degli alberi circostanti. 

Ho scoperto anche che ci sono diversi modi, piuttosto complessi a dire il vero, per calcolare la quantità di CO₂ immagazzinata negli alberi e, alla fine, ho scelto di utilizzarne uno basato sul calcolo della massa dell’albero perché era, in realtà, l’unico che mi avrebbe permesso di esplorare la cosa insieme ai ragazzi.

Come si fa a calcolare la CO₂ immagazzinata in base alla massa dell’albero?

Esiste una formula che permette di fare una stima media della CO₂ immagazzinata negli alberi, ma per poterla utilizzare è necessario tener conto di alcune generalizzazioni:

1.  il 35% della massa verde di un albero è acqua, quindi il 65% è massa secca solida;
2. il 50% della massa secca di un albero è costituita da carbonio;
3. il 20% della biomassa degli alberi si trova sotto il livello del suolo, nelle radici, quindi, si deve utilizzare un fattore di moltiplicazione del 120%; 
4. per determinare la quantità equivalente di anidride carbonica, il valore calcolato di carbonio viene moltiplicato per un fattore di 3,67.

Tenendo conto di tutto ciò, la quantità di CO₂ sequestrata per albero (in kg) si calcola grazie alla seguente formula:

quantità di CO₂ sequestrata per albero (in kg)= massa dell’albero (kg di biomassa fresca) x 65% (massa secca) x 50% (% di carbonio) x 3,67 x 120%

Per capire meglio facciamo un esempio. Per un albero di eucalipto maculato di 12 anni, che ha una massa verde  di 600 kg, la quantità di CO₂ sequestrata dall’intero albero è pari a: 

600kg x 65% x 50% x 3,67 x 120% = 859 kg di CO₂ (ossia 71.5 kg di CO₂ /anno)

Quindi, conoscendo la massa dell’albero il calcolo è piuttosto semplice, ma io non avevo la minima idea di come fare a calcolare la massa dell’albero. 

Non mi sono arresa e continuando a cercare  ho scoperto che la massa di un albero può essere stimata utilizzando i parametri del volume e della densità del legno.

Massa dell’albero (kg) = Volume dell’albero (m³) x densità del legno (kg/m³)

Quindi, per prima cosa,  avremmo dovuto calcolare il volume dell’albero, ma come?

Accettando un certo grado di approssimazione, in realtà anche questo è piuttosto semplice.

Se si conosce il diametro dell’albero ci sono delle formule semplificate che si possono utilizzare per alberi a forma di cono o di forma cilindrica. 

Per capire: per un  albero di forma cilindrica come l’eucalipto maculato, con un’ altezza 8 metri e un diametro di 40 cm, il volume sarà uguale a 

Volume= 8 m x 0.4m² x 0.7854 = 1.0 m³

Una volta calcolato il volume, determinare la massa dell’albero diventa davvero un gioco da ragazzi, perchè basta determinare se l’albero in questione è di legno duro o tenero.

Per i legni duri, come ad esempio la pianta di eucalipto, si utilizzerà come valore di densità media 700 kg/m³, mentre per i legni dolci, come ad esempio il pino, si userà la densità di 400 kg/m³.

Sentivo di essere sempre più vicina alla soluzione. Potevamo misurare il diametro degli alberi, determinare la forma dell’albero (conica o cilindrica) e, grazie ad un’app per il riconoscimento delle piante, avremmo potuto determinare anche il tipo di legno (duro o tenero) e quindi la densità. 

Quindi, tornando al nostro esempio, se la massa dell’albero di eucalipto è uguale a 

massa = 1m³ x 700 kg/m³ = 700 kg

allora, la quantità di anidride carbonica sequestrata da questo albero di eucalipto sarà uguale a

700kg x 65% x 50% x 120% x 3.67= 1002 kg di CO₂ o, se preferite, 1,002 tonnellate.

Se poi volessimo determinare anche quanta CO₂ ha sequestrato questo albero ogni anno, dovremmo dividere la quantità di CO₂ ottenuta per l’età dell’albero, nel caso dell’esempio dell’eucalipto maculato, 12 anni. Quindi: 859 kg /12 = 71,5 kg/anno.

Come fare, però a stimare l’età di un albero? 

Gli scienziati utilizzano gli anelli di accrescimento annuali. Gli alberi, infatti, crescono sia in altezza che in larghezza. La crescita in senso orizzontale si può osservare grazie ad un accrescimento ad anelli concentrici, per cui l’età di un albero tagliato può essere determinata contando gli anelli di accrescimento del tronco, dove ogni anno si forma un nuovo strato di tessuto. 

Io avevo intenzione di portare i ragazzi nel piccolo parco vicino alla scuola per cui, prima di proporre l’attività, sono andata a fare un giro di ricognizione per vedere che tipo di alberi c’erano e se ci fosse stato un qualche modo per stabilirne l’età ma, naturalmente, non ho trovato nulla di utile per cui ci saremmo dovuti accontentare di fare una stima complessiva della CO₂ sequestrata dagli alberi.

Restava ancora un ultimo problema da risolvere. 

Come si fa a determinare l’altezza degli alberi del parco?

In questo caso la citizen science mi è venuta in soccorso.

Io ho una certa passione per le nuvole e, cercando un modo per imparare a classificarle, tempo fa avevo scoperto un programma di citizen science della NASA : il Global Learning and Observations to Benefit the Environment (per gli amici…GLOBE). Si tratta di un programma scientifico ed educativo internazionale che fornisce agli studenti di tutto il mondo (e alla popolazione in generale) l’opportunità di sperimentare direttamente il processo scientifico e la raccolta dei dati dando un contributo alla comprensione del sistema Terra senza possedere una formazione specifica.

Il programma è nato con l’intento di creare una comunità di studenti, insegnanti, scienziati e cittadini che lavorino insieme per comprendere, sostenere e migliorare l’ambiente della Terra a livello, locale, regionale e globale, sviluppando così quella che viene definita literacy ambientale.

GLOBE Observer utilizza un’App, disponibile sia per IOS che per Android, relativamente a diversi progetti. 

Avevo già utilizzato molte volteGLOBE CLOUDS, che fornisce istruzioni passo passo per fotografare nuvole e registrare osservazioni del cielo da inviare agli scienziati della NASA in modo da poter mettere a confronto queste osservazioni fatte sulla superficie terrestre con quelle satellitari al fine di comprendere il cielo sia da “sopra” che da “sotto” ma…esiste anche un altro progetto che si chiama (udite udite!) TREES che permette proprio di stimare l’altezza degli alberi!!!

Dopo aver scaricato l’app e creato un account, lo strumento TREES  guida l’utente nel processo di osservazione degli alberi. Si sceglie un albero e  si utilizza il proprio cellulare per misurarne l’altezza con un procedimento guidato, si misura la circonferenza, si scatta una fotografia e si invia tutto agli scienziati tramite l’app.

Qual è lo scopo di questo progetto di citizen science e perché si chiede di misurare proprio l’altezza degli alberi?

Monitorare l’altezza degli alberi nel tempo può aiutare gli scienziati a valutare la salute ecologica di una determinata area. La misura della circonferenza può essere utilizzata per calcolare l’età approssimativa dell’albero e le misurazioni vengono utilizzate anche per stimare la quantità di legname presente in una foresta. Sia l’altezza dell’albero che la circonferenza del tronco possono anche aiutare a misurare la biomassa di una determinata area, informazione utile per molte applicazioni come l’agricoltura, il disboscamento e la gestione della fauna selvatica.

Ma questi dati permettono anche di capire la quantità di carbonio immagazzinata nelle piante. Comprendere come gli ecosistemi terrestri immagazzinano e trasferiscono il carbonio da e verso l’atmosfera è, infatti, essenziale per comprendere il cambiamento climatico, quindi le stime della biomassa vengono spesso convertite in stoccaggio netto di carbonio. 

Insomma… ormai avevo tutto ciò che mi serviva e potevo finalmente mettere al lavoro i ragazzi!

In classe, ho quindi presentato il protocollo della nostra “ricerca” e prima di uscire sul campo ci siamo preparati alla raccolta dei dati guardando un paio di video tutorial che insegnavano a prendere le misure del diametro degli alberi nel modo corretto. Infatti, anche la semplice determinazione del diametro di un albero ha le sue regole: la misura deve essere presa all’altezza del petto, ossia a circa 1,3 m sopra il livello del suolo.

Pronti, partenza, via!

Siamo finalmente andati nel parco vicino alla scuola portando con noi tutta la “sofisticata” attrezzatura scientifica: un normale metro a nastro flessibile (un metro da sarta), il cellulare con l’app per l’identificazione degli alberi, come ad esempio  Leafsnap o Picture This, e l’app di GLOBE EXPLORER TREES, una calcolatrice scientifica e carta e penna.

Una volta fuori, seguendo le indicazioni del tutorial hanno individuato alberi con una circonferenza di almeno 38 cm annotando la circonferenza di ciascuno. Hanno, poi, assegnato un numero a ciascun albero misurato (ogni albero deve, infatti, avere un numero diverso), identificato la specie e il nome comune dell’albero utilizzando l’APP e scattato una foto a ciascun albero per documentarne la forma. 

L’app utilizzata per l’identificazione forniva anche informazioni sul tipo di legno dei diversi alberi (duro o tenero)  per cui non è stato necessario fare ulteriori ricerche.

Grazie all’APP GLOBE TREES hanno, poi, determinato l’altezza di ciascuna pianta.

Tornati in classe, i ragazzi hanno, quindi, calcolato il diametro in cm del tronco (semplicemente dividendo la misura della circonferenza in cm dell’albero per 3,14), determinato la massa dell’albero e calcolato così la quantità di anidride carbonica sequestrata da ciascun albero misurato.

Per registrare i dati,  i ragazzi hanno utilizzato un programma per fogli di calcolo (Fogli Google o Excel) inserendo in colonne separate le seguenti variabili:

• numero dell’albero

• specie arborea

• nome comune

• legno duro o legno tenero

• biomassa (kg)

• massa di carbonio (kg)

• CO2 assorbita (kg)

Con Google Earth, abbiamo poi calcolato l’area del piccolo parco in cui abbiamo raccolto i dati e avendo contato gli alberi presenti abbiamo fatto una stima (molto approssimativa) della quantità di CO₂ sequestrata da questa piccola area verde.

Per fare una stima più precisa avremmo avuto bisogno di censire e misurare tutti gli alberi presenti, ma i nostri calcoli, seppur imperfetti, ci hanno consentito di comprendere meglio il ruolo degli alberi nella mitigazione degli effetti del cambiamento climatico attraverso il sequestro della CO₂. Non credete anche voi?

Se vi interessa sapere qual è stato il passo successivo, vi aspetto sempre qui la prossima settimana! 🙂