Animali, matematica e IA contro il cambiamento climatico

Nuovi spunti per parlare di cambiamento climatico

Il cambiamento climatico è un termine che si riferisce alle modifiche del clima che si verificano su scala globale. È considerato una delle sfide più importanti e complesse della nostra contemporaneità, con significativi impatti sugli ecosistemi, come l’aumento della temperatura, l’innalzamento del livello del mare, la maggiore frequenza e intensità di eventi climatici estremi e la perdita della biodiversità.

Il presente contributo mira a stimolare studenti e studentesse:

ad approcciarsi a un sapere interconnesso, più significativo e motivante, in uno scenario di cittadinanza attiva;
a riflettere su evidenze scientifiche che mostrano l’importanza della salvaguardia degli animali, i quali, sia come vittime che come attori inconsapevoli, offrono indizi cruciali per comprendere la portata della crisi climatica;
a veicolare il messaggio della necessità di adottare uno stile di vita meno impattante, riducendo gli sprechi di acqua ed energia, optando per una mobilità sostenibile, attraverso spostamenti a piedi, in bicicletta o con i mezzi pubblici: piccoli gesti quotidiani possono generare un impatto reale e contribuire significativamente a contrastare il cambiamento climatico, con le proprie scelte.

L’Agenda 2030, la cui finalità principale è garantire il benessere dell’umanità e del pianeta, attraverso 17 Obiettivi di Sviluppo Sostenibile,dedica al clima un obiettivo specifico: il goal 13 “Lotta contro il cambiamento climatico”, che mira ad adottare misure urgenti e di impatto volte a contrastare il cambiamento climatico.

Partendo dai contenuti di questo articolo il consiglio di una classe quinta di Scuola secondaria di II grado può elaborare una proposta di un percorso di Educazione civica, inserita all’interno del nucleo concettuale “Sviluppo economico e sostenibilità”, con il coinvolgimento delle discipline di Scienze, Italiano, Matematica e Informatica.

Animali “ecologisti”

Nella lotta contro la crisi climatica, molte specie animali hanno una funzione chiave nell’ecosistema terrestre e marino, svolgendo ruoli ecologici che si concretizzano in azioni.
Veri e propri “ingegneri ecologici” vengono definiti i picchi e i castori. I primi, scavando nei tronchi per nutrirsi di insetti e creare nidi, accelerano la decomposizione del legno e offrono rifugio e cibo ad altre specie, vitali per la biodiversità; i castori evidenziano un talento inaspettato per l’ingegneria idraulica, costruendo dighe, trasformano corsi d’acqua in stagni, e creano habitat per altre specie, favorendo la biodiversità e mitigando gli effetti delle inondazioni.

Efficaci serbatoi naturali di carbonio sono:

i gusci delle ostriche e dei mitili;
le carcasse delle balene che affondano negli abissi, portando con sé grandi quantità di carbonio, immagazzinato durante la vita;
gli ecosistemi umidi (paludi, stagni e lagune) al cui mantenimento e protezione provvedono rane, rospi e anatre;
i nidi delle formiche, nei quali il materiale organico viene decomposto e immagazzinato, trattenendo così il carbonio nel suolo.

Api e farfalle sono i principali insetti impollinatori, responsabili della riproduzione delle piante.
Elefanti, bisonti, bufali e altri grandi erbivori attuano anche strategie di mitigazione del cambiamento climatico. Pascolando, disperdono i semi e fertilizzano il suolo, aiutando il sequestro del carbonio. Sfogliando la vegetazione, creano fasce tagliafuoco, prevenendo incendi boschivi, e aumentano l’effetto albedo, ossia le superfici che riflettono la radiazione solare, raffreddando la superficie terrestre. Compattando la neve con gli zoccoli, riducono l’effetto isolante e preservano il permafrost, il terreno ghiacciato tutto l’anno.
Contrastano l’erosione costiera le barriere formate dai coralli e i banchi di ostriche, i loro gusci diventano anche habitat per altre specie marine.
Fondamentali fertilizzanti degli oceani sono le balene che, con i loro escrementi ricchi di nutrienti, favoriscono la produzione del fitoplancton; una sostanza che assorbe a sua volta anidride carbonica dall’atmosfera, mitigando il riscaldamento globale.
Le salamandre, i pipistrelli e i lombrichi, ritenuti i “re del compost”, migliorano la qualità del terreno, nutrendosi di insetti.

Animali “ricicloni”

Alcune specie animali svolgono un ruolo ecologico fondamentale trasformando scarti in risorse, contribuendo così all’economia circolare della natura.
Alcuni protagonisti di questo processo sono:

gli avvoltoi e le iene, che si nutrono di carcasse, impedendo la diffusione di malattie e restituendo nutrienti al suolo;
le formiche,che trasformano materia organica morta (foglie, legno, escrementi) in humus fertile;
i crostacei, che puliscono i fondali, mangiando alghe in eccesso e resti di pesci;
il corallo, che costruisce habitat sottomarini utilizzando materiali di scarto;
il gabbiano, che aiuta a pulire gli accumuli di spazzatura mangiando gli avanzi di cibo.

Animali “ambasciatori”

I cambiamenti climatici stanno impattando negativamente gli ecosistemi e molte specie animali, che, con le loro reazioni biologiche e comportamentali, segnalano alterazioni climatiche locali, che spesso sfuggono all’osservazione umana diretta. Questi animali vengono definiti ambasciatori, barometri, sentinelle e sono cruciali nel cambiamento climatico.

Uno dei più noti ambasciatori ecologici è l’orso polare, la cui sopravvivenza dipende dalla stabilità dei ghiacci marini, che si stanno sciogliendo ad un ritmo allarmante, mettendo a rischio il suo habitat.

Tra le tante specie vulnerabili agli impatti dei mutamenti climatici figurano:

le tigri, per la perdita del loro habitat a causa della deforestazione;
le api, per il mancato nutrimento causato da alterazione dei tempi di fioritura delle piante;
le farfalle, per la distruzione di piante nutrici delle larve causata da eventi estremi;
gli uccelli migratori, per la mancata disponibilità di cibo nei luoghi di riproduzione a causa di alterazioni della tempistica e delle rotte migratorie.

Importanti bioindicatori della salute degli ecosistemi marini sono, poi, le salamandre, gli anfibi, le tartarughe marine, per la perdita degli habitat, causata dal riscaldamento globale, e soprattutto il fenomeno dello “sbiancamento” dei coralli.
Tutti questi animali rivelano il ritmo del cambiamento climatico e lanciano l’allarme affinché si agisca concretamente a contrastarlo.

Per portare queste tematiche in classe risulterebbe efficace ed inclusivo l’approccio metodologico di Flipped classroom, che prevede una prima fase focalizzata sullo studio autonomo a casa di materiali forniti dai docenti coinvolti, in relazione al proprio ambito.

In particolare per la disciplina Scienze e Italiano gli insegnanti e le insegnanti potrebbero fornire link di articoli, video, presentazioni e podcast riguardanti:

il ruolo cruciale ricoperto dagli animali “ecologisti”, “ambasciatori” e “ricicloni” nella lotta contro il cambiamento climatico;
l’importanza della loro tutela per preservare la biodiversità, fondamentale per la sopravvivenza del pianeta;

Modelli matematici

La modellizzazione matematica, quale processo di traduzione di un problema reale in termini matematici, è uno strumento fondamentale per la lotta al cambiamento climatico. Essa è un “laboratorio virtuale” perché permette, attraverso accurate simulazioni, di valutare l’efficacia delle strategie di mitigazione, focalizzate a ridurre le emissioni di gas serra, e strategie di adattamento, concentrate sulla gestione degli impatti già in atto, come gli eventi meteorologici estremi, per proteggere comunità ed ecosistemi vulnerabili, e prevedere scenari futuri.

I modelli matematici forniscono, quindi, la base quantitativa per la governance ambientale, trasformando dati ecologici in strumenti decisionali per la conservazione della biodiversità, e permettendo ai governi di identificare nuove aree protette e corridoi ecologici, necessari per la migrazione di specie animali, minacciate dai cambiamenti climatici.

Intelligenza artificiale

Gli algoritmi avanzati di intelligenza artificiale e, in particolare del machine learning,grazie alla loro capacità di analizzare grandi quantità di dati storici e attuali in tempo reale, offrono un contributo significativo nella lotta contro il cambiamento climatico. In ambito della mitigazione essi facilitano il monitoraggio delle emissioni dei gas serra; relativamente all’adattamento si rivelano fondamentali nella previsione di rischi, come la creazione di sistemi di allerta per eventi estremi.

La sinergia tra algoritmi di intelligenza artificiale e modelli matematici permette poi di migliorare l’efficienza e l’accuratezza dei modelli predittivi dei cambiamenti climatici, essenziali per valutare i rischi e le azioni di mitigazione.

Una soluzione innovativa alla crisi climatica e alla perdita della biodiversità, basata sulla collaborazione tra robot e specie animali, è stata proposta da gruppi di ricercatori. L’interazione, infatti, tra le capacità tecnologiche dei robot e i comportamenti naturali degli animali risulta virtuosa e permette di monitorare e proteggere gli ecosistemi, e ripristinare habitat degradati.

In classe, per le discipline Matematica e Informatica, si può sottolineare la rilevanza dei modelli matematici di idoneità ambientale, che, connettendo specie animali e fattori ambientali, sviluppano strategie per la protezione degli habitat. Inoltre è possibile proporre un approfondimento sul potenziale degli algoritmi di intelligenza artificiale nel migliorare l’efficienza dei modelli predittivi di impatto ambientale.

Conclusioni

In definitiva, partendo dai contenuti raccolti in questo articolo, si può invitare la classe a indagare la minaccia esistenziale delle cosiddette “crisi gemelle”, ossia del cambiamento climatico e della perdita della biodiversità, evidenziando:

il servizio ecosistemico di inestimabile valore fornito dagli animali, la cui riduzione o scomparsa potrebbe peggiorare tali crisi;
il notevole potenziale di strumenti avanzati, come i modelli matematici e l’intelligenza artificiale, che attraverso simulazioni di scenari complessi, consentono risposte più rapide ed efficaci per proteggere comunità e infrastrutture;
la responsabilità collettiva; non siamo l’ultima generazione a subire tali crisi, ma l’ultima che può intraprendere azioni per fermarle, attraverso le nostre scelte quotidiane.

Nella seconda fase della strategia metodologica di Flipped classroom la classe è guidata nella realizzazione di attività collaborative quali: dibattiti e lavori di gruppo. In questo contesto gli insegnati svolgono il ruolo di facilitatori, che si impegnano nel favorire il raggiungimento di traguardi di competenze di problem solving, digitali e relazionali.