Il ciclo dell'acqua sulla Terra è guidato dall'energia solare (che fa evaporare l'acqua dagli oceani e dalle superfici terrestri) e dalla gravità (che porta l'acqua a cadere come pioggia e a scorrere verso il mare). In questo ciclo, gli alberi svolgono un ruolo di pompa attiva: assorbono l'acqua del suolo attraverso le radici e la rilasciano nell'atmosfera attraverso la traspirazione fogliare, amplificando enormemente il ciclo idrologico delle terre emerse rispetto a quello che avverrebbe con sole rocce e suolo nudo. Senza gli alberi, il ciclo idrologico terrestre sarebbe completamente diverso: molte zone interne dei continenti sarebbero molto più aride di quanto sono.

L'albero come pompa idraulica: i numeri

Un albero adulto di media dimensione (faggio, quercia, olmo: altezza 20-25 m, chioma di 10-15 m di diametro) traspira: in estate (luglio-agosto): 150-400 litri di acqua al giorno. In primavera e autunno: 50-150 litri di acqua al giorno. In inverno (foglie cadute): quasi zero. Per confronto: il consumo idrico umano è circa 2 litri di acqua al giorno. Un singolo albero traspira quanto 75-200 persone bevono. Una foresta di 100 alberi per ettaro traspira 15.000-40.000 litri di acqua al giorno per ettaro = 15-40 mm di acqua per ettaro in un giorno estivo. L'intera foresta amazzonica (5,5 milioni di km2) traspira circa 20 miliardi di tonnellate di acqua al giorno: più di quanto il Rio delle Amazzoni scarichi nell'oceano. Questa è la "pompa biotica" delle foreste tropicali: il vapore acqueo sale, si condensa a circa 5-8 km di quota, e ricade come pioggia sulle regioni interne del continente. Il meccanismo fisico della traspirazione: l'acqua sale dalle radici alla chioma attraverso il legno xilema per tensione capillare negativa: le foglie traspirano (evaporano acqua dagli stomi), creando una pressione negativa nel mesofillo che "aspira" l'acqua dalle cellule adiacenti, che a loro volta tirano l'acqua dalla vena fogliare, dalla nervatura, dal ramo, dal tronco, fino alle radici. Una catena di tensione idraulica che si estende per decine di metri dal suolo alla foglia. Le pressioni generate dal tensionarsi della colonna d'acqua nello xilema raggiungono i -20-30 bar (molto al di sotto della pressione atmosferica): un sistema idraulico sotto pressione negativa che funziona senza pompe meccaniche.

Gli alberi e le precipitazioni locali: la pioggia che si crea

L'influenza degli alberi sulle precipitazioni locali è più diretta di quanto la maggior parte delle persone immagini. Il vapor acqueo traspiro dagli alberi contribuisce direttamente alla formazione delle nuvole e delle precipitazioni locali. I "fiumi volanti" dell'Amazzonia: il concetto di "atmospheric river" generato dalle foreste tropicali è stato sviluppato dai fisici brasiliani Antonio Nobre e Jose Marengo. Il vapor acqueo traspiro dalla foresta amazzonica (20 miliardi di tonnellate/giorno) sale in quota, forma nuvole, e viene trasportato dai venti verso ovest e verso sud, portando le precipitazioni nelle regioni agricole del Brasile, Paraguay e Argentina. Questa corrente di vapor acqueo è stata chiamata "fiume volante" (rio voador) ed è fondamentale per le precipitazioni agricole del centro-sud del continente sudamericano. La deforestazione dell'Amazzonia (già il 20-25% della foresta originale è stato distrutto) sta riducendo questo fiume volante e aumentando la siccità nelle regioni agricole più dipendenti da esso. La cicatrice idrologica della deforestazione: le aree deforestate mostrano riduzioni delle precipitazioni locali di 5-30% nei decenni successivi alla deforestazione. In Europa, studi sui dati meteorologici storici mostrano che le aree con maggiore copertura forestale hanno precipitazioni mediamente più abbondanti delle aree con scarsa copertura. Gli alberi nelle città e la pioggia urbana: le foreste urbane aumentano le precipitazioni locali (micro-scale) in modo misurabile. Uno studio di Bounoua et al. (2018) ha mostrato che le aree urbane con maggiore copertura arborea ricevono precipitazioni estive più frequenti per effetto della maggiore evapotraspirazione.

L'effetto degli alberi sulle falde e sui torrenti

La presenza o l'assenza degli alberi influenza profondamente la quantità e la qualità dell'acqua nelle falde sotterranee e nei corsi d'acqua. Ricarica delle falde: il suolo forestale (con la sua struttura porosa e il suo spessore di humus) favorisce enormemente la ricarica delle falde sotterranee rispetto al suolo nudo o impermeabilizzato. L'acqua piovana si infiltra invece di scorrere in superficie. Le sorgenti e i torrenti nei bacini idrografici boscosi sono più costanti (meno variazione stagionale) rispetto a quelli nei bacini disboscati. La qualità dell'acqua: l'acqua che scorre attraverso la lettiera forestale e il suolo ricco di humus viene filtrata fisicamente e biologicamente (la comunità microbica del suolo degrada molti inquinanti organici e trattiene alcuni metalli pesanti). L'acqua dei torrenti forestali è tipicamente più pulita, con minori carichi di sedimenti, nutrienti e inquinanti rispetto a torrenti di bacini agricoli o urbani. Il bosco ripario (la fascia arborea lungo i corsi d'acqua): in Italia, tradizionalmente, i corsi d'acqua erano bordati da fasce di pioppi, salici, ontani e frassini (bosco ripario). La rimozione di questi boschi per guadagnare terra agricola o per sistemazioni idrauliche rigide ha: aumentato l'erosione delle sponde, ridotto la qualità dell'acqua (sedimenti, nutrienti dagli agro-ecosistemi adiacenti), eliminato habitat fondamentali per pesci, anfibi, uccelli acquatici e insetti. Il ripristino dei boschi ripari è una delle azioni di rinaturalizzazione più efficaci per migliorare la qualità ecologica dei corsi d'acqua italiani.

Alberi e cambiamento climatico: la trappola dell'evapotraspirazione

La relazione tra alberi e cambiamento climatico è più complessa del semplice sequestro di CO2. L'evapotraspirazione degli alberi ha effetti sia di raffreddamento (già discussi) che di potenziale riscaldamento in alcune condizioni. Il paradosso della foresta boreale: nelle foreste di conifere boreali (taiga: la foresta che si estende dalla Siberia al Canada), gli alberi scuri assorbono molto più calore della neve bianca che coprirebbe il suolo senza di loro. In alcune zone della taiga, questo assorbimento di calore (effetto albedo) supera il raffreddamento prodotto dall'evapotraspirazione e dal sequestro di CO2. Il bilancio netto: la foresta boreale potrebbe avere un effetto netto di riscaldamento locale (!) nonostante il sequestro di CO2. Questo paradosso si chiama "albedo-carbon trade-off" ed è ancora oggetto di dibattito scientifico. La foresta tropicale: nessun paradosso. Le foreste tropicali hanno effetti di raffreddamento molto maggiori delle foreste boreali per la loro intensa evapotraspirazione (in regioni dove la luce solare è sempre alta). Il sequestro di CO2, l'evapotraspirazione e la riduzione dell'albedo convergono tutti nella direzione del raffreddamento. Proteggere le foreste tropicali è la strategia di mitigazione climatica più urgente. Le foreste temperate (Europa, Italia): il bilancio è generalmente positivo per il clima (raffreddamento netto), con alcune incertezze sulle foreste alpine più settentrionali. Piantare alberi nelle zone temperate (specialmente nelle aree degradate o abbandonate) contribuisce alla mitigazione del cambiamento climatico. I rischi degli imboschimenti massivi nelle zone aride: nelle zone semi-aride, imboschimenti massivi possono ridurre paradossalmente le precipitazioni locali (gli alberi usano tutta l'acqua disponibile aumentando l'evapotraspirazione senza aumentare la pioggia locale in modo sufficiente a compensare). La Cina ha esperienza sia di successi che di fallimenti nei suoi programmi di imboschimento della zona di Loess Plateau: alcuni imboschimenti hanno aumentato la siccità locale. La selezione delle specie giuste, delle densità giuste e delle posizioni giuste è critica.