SESAME: Vi Porto alla Scoperta dell’Atlante Uomo-Terra che Rivoluziona lo Studio del Nostro Pianeta!

Amici appassionati di scienza e del nostro meraviglioso pianeta, oggi voglio parlarvi di qualcosa che mi ha letteralmente entusiasmato: il SESAME Human-Earth Atlas. Immaginate di avere tra le mani uno strumento capace di svelare le intricate connessioni tra le attività umane e i delicati equilibri della Terra. Sembra fantascienza? Beh, preparatevi, perché è realtà!

Un Problema Spinoso: Dati Frammentati e Mondi Separati

Da sempre, chi come me si occupa di studiare il nostro pianeta sa quanto sia complicato mettere insieme i pezzi del puzzle. Da un lato abbiamo le attività umane – produzione alimentare, industria estrattiva, trasporti, edilizia – che modificano profondamente l’ambiente terrestre e marino. Pensate alla perdita di biodiversità, all’inquinamento delle acque, all’erosione del suolo, ai cambiamenti climatici… sono tutte conseguenze dirette del nostro impatto. Dall’altro lato, c’è lo studio dei sistemi naturali della Terra. Il problema? Questi due mondi, quello umano e quello “non-umano”, sono stati per troppo tempo studiati separatamente.

Questo ha portato a una vera e propria frammentazione dei dati. I dati sul sistema Terra fisico sono spesso disponibili in formati standardizzati, su griglie geografiche, grazie anche ai satelliti. Ma i dati che riguardano noi umani? Generalmente vengono raccolti dai governi a livello nazionale o regionale, archiviati in tabelle, e spesso non sono direttamente confrontabili con i dati ambientali. È come cercare di capire una partita di calcio guardando solo le statistiche di una squadra e ignorando completamente l’altra! Questa divisione ha reso difficilissimo integrare una comprensione profonda del sistema umano globale nel resto del sistema Terra.

Vi faccio un esempio concreto: mettiamo di avere i dati sulla massa totale degli edifici per ogni nazione (un singolo valore per paese). Confrontatelo ora con una mappa della temperatura di bulbo umido (un indicatore cruciale per la sopravvivenza umana al caldo estremo), che invece è disponibile su una griglia dettagliata e mostra enormi variazioni all’interno di uno stesso paese. Capite bene che confrontare direttamente queste due informazioni è quasi impossibile e ci limita enormemente nella capacità di fare analisi geospaziali locali che colleghino le variabili umane a quelle del sistema Terra.

La Soluzione Rivoluzionaria: L’Atlante SESAME Uomo-Terra

Ed è qui che entra in gioco il protagonista della nostra storia: il SESAME Human-Earth Atlas. Pensatelo come un gigantesco atlante digitale, scaricabile e facile da navigare, che raccoglie centinaia di variabili, sia umane che non-umane, organizzate su griglie spaziali comuni (con risoluzioni di 1 grado e 0.25 gradi). Una vera manna dal cielo per ricercatori e curiosi!

L’obiettivo di questo progetto è ambizioso ma fondamentale:

• Fornire un atlante di dati compatto e completo che abbracci discipline tradizionalmente separate, per promuovere una comprensione olistica delle interazioni Uomo-Terra.
• Permettere agli utenti di creare facilmente dataset spazialmente grigliati partendo da diverse fonti, inclusa una tecnica chiamata mappatura dasimetrica per i dati giurisdizionali (come quelli nazionali).

Il bello è che l’Atlante è costruito utilizzando il pacchetto software open-source SESAME (Surface Earth System Analysis and Modelling Environment). I dati sono forniti in formato netCDF, perfetto per gestire serie storiche multidimensionali. Per quanto ne so, questo è un approccio davvero innovativo per integrare in modo così completo variabili umane e non-umane in una griglia spaziale, pronta per essere visualizzata, analizzata e riutilizzata.

E non è tutto! Gli sviluppatori hanno seguito i principi FAIR (Findable, Accessible, Interoperable and Reusable – Reperibili, Accessibili, Interoperabili e Riutilizzabili). Questo significa che i dati sono facili da trovare, da usare con diversi strumenti e software, e pensati per essere riutilizzati in contesti scientifici diversi. Con poche righe di codice in Python, chiunque può accedere, convertire, scaricare e visualizzare questi dati. Una vera democratizzazione della scienza!

Dentro l’Atlante: Le “Sfere” del Sapere Terrestre

Per organizzare questa mole impressionante di informazioni (parliamo di oltre 250 variabili nella prima versione!), l’Atlante suddivide i dati in cinque “sfere”, un modo intuitivo per categorizzare i diversi aspetti del nostro pianeta, anche se sappiamo bene che sono tutte profondamente interconnesse:

• Atmosfera: Qui troviamo dati meteorologici classici come precipitazioni, temperatura, pressione, vento, umidità, nuvolosità, ma anche variabili legate all’energia atmosferica (flussi di radiazione solare e terrestre) e alla composizione (aerosol, albedo). Molti di questi dati coprono periodi che vanno dal 2000 al 2022, e alcuni, come temperatura e precipitazioni, si estendono addirittura dal 1940 al 2024!
• Biosfera: Questa sfera è dedicata agli esseri viventi, inclusi noi umani. È suddivisa in variabili umane (demografia, Prodotto Interno Lordo, lavoro, impronta ecologica) e variabili ecologiche (produzione primaria netta terrestre e oceanica, biomi, specie minacciate, ricchezza di specie, copertura forestale, biomassa). Ad esempio, possiamo trovare la densità di popolazione globale dal 2000 al 2020, o la produzione di specifiche colture.
• Idrosfera: Comprende dati sugli oceani (temperatura superficiale, ossigeno disciolto, salinità, concentrazione di clorofilla) e sulle acque dolci (proprietà di fiumi e laghi, portata, flusso dei corsi d’acqua). Alcuni dati oceanici, come la temperatura superficiale, risalgono addirittura al 1870!
• Litosfera: Riguarda la parte solida della Terra. Include la copertura frazionata di 15 tipi di rocce (sedimenti non consolidati, rocce vulcaniche, rocce metamorfiche, ecc.) e varie proprietà del suolo (densità del carbonio organico, azoto totale, pH) a diverse profondità.
• Tecnosfera: Questa è particolarmente affascinante perché si riferisce a tutta la materia non alimentare estratta dalle altre sfere e trasformata dall’uomo per i propri usi. Parliamo di macchinari agricoli, aerei commerciali, navi mercantili, materiale rotabile, oleodotti e gasdotti, strade, ferrovie, e persino gli stock di edifici commerciali e residenziali. Questi dati, spesso disponibili solo a livello nazionale, vengono distribuiti spazialmente sulla griglia utilizzando la mappatura dasimetrica.

Come Funziona la Magia? La Mappatura Dasimetrica e Altre Tecniche

Vi starete chiedendo come fanno a trasformare, ad esempio, il dato nazionale sulla quantità di acciaio usato nelle ferrovie in una mappa dettagliata. Uno degli strumenti chiave è la mappatura dasimetrica. In parole povere, si tratta di una tecnica che ridistribuisce i dati disponibili a livello giurisdizionale (es. nazionale) su una griglia più fine, basandosi sulla covarianza con una o più variabili “surrogato” spazialmente risolte. Ad esempio, la massa dei materiali stradali di un paese può essere distribuita sulla griglia in base alla densità della rete stradale esistente in ciascuna cella.

Ma SESAME non si ferma qui. Il software è in grado di convertire e armonizzare ben 5 tipi principali di dati spaziali:

• Dati raster/griglia (come le immagini satellitari)
• Dati puntuali (es. localizzazione di centrali elettriche)
• Dati lineari (es. reti stradali, ferroviarie, oleodotti)
• Dati poligonali (es. ecoregioni, aree minerarie)
• Dati tabellari (es. statistiche nazionali)

Un aspetto notevole è la gestione dei cambiamenti dei confini nazionali nel tempo. Sappiamo che i confini possono cambiare, e questo è un grosso ostacolo per creare serie storiche coerenti. SESAME affronta questo problema convertendo le serie storiche dei poligoni dei confini in un dataset netCDF che tiene conto di queste variazioni, permettendo una corretta attribuzione dei dati nel tempo.

Esempi Concreti: Vedere per Credere

L’Atlante non è solo una collezione di dati, ma uno strumento per fare scoperte. Prendiamo la Produzione Primaria Netta (NPP), un indicatore della quantità di carbonio fissato dalle piante. SESAME combina dati NPP terrestri (da MODIS) e oceanici (media di cinque modelli), li standardizza sulla stessa griglia e permette di visualizzare, ad esempio, come la NPP si distribuisce globalmente o per fasce di latitudine.

Oppure, pensiamo alle infrastrutture: l’Atlante può convertire dati puntuali sulla localizzazione e capacità delle centrali elettriche in una mappa grigliata della capacità installata (in W/m²). Può trasformare i tracciati lineari delle ferrovie in mappe di densità dei binari. O ancora, partendo da poligoni che definiscono i tipi di roccia, può calcolare la frazione di copertura di ciascun tipo di roccia per ogni cella della griglia.

Torniamo all’esempio iniziale: la massa degli edifici. Utilizzando il volume edificato globale come variabile surrogato, SESAME può trasformare i dati nazionali sulla massa degli edifici in una mappa grigliata. Mettendo questa mappa accanto a quella della temperatura di bulbo umido (anch’essa nell’Atlante), si possono fare osservazioni potentissime. Ad esempio, si potrebbe scoprire (come suggerisce lo studio originale) che un numero considerevole di nuovi edifici viene costruito in aree dove la temperatura di bulbo umido si avvicina alla soglia di abitabilità umana (~32-35 °C), regioni a rischio di ondate di calore estreme con l’aumento delle temperature globali. Questo tipo di analisi incrociata, resa semplice da SESAME, è fondamentale per pianificare un futuro più sostenibile.

Un Futuro Open Source e Collaborativo

L’Atlante SESAME Uomo-Terra è disponibile pubblicamente su Figshare. Essendo open-source, non solo i dati ma anche gli strumenti software SESAME sono accessibili a tutti. Questo apre la porta a infinite possibilità: i ricercatori possono utilizzare l’Atlante, ma anche contribuire con nuovi dataset o suggerire miglioramenti, favorendo la collaborazione transdisciplinare.

In futuro, il team prevede di continuare ad aggiornare ed espandere l’Atlante. Anche il pacchetto software SESAME crescerà, includendo capacità di modellazione, con l’obiettivo di permettere ai ricercatori di esplorare, manipolare, modellare e visualizzare i dati del sistema Uomo-Terra su un’unica piattaforma.

Personalmente, trovo che iniziative come SESAME siano cruciali. In un’epoca in cui le sfide globali richiedono risposte integrate e basate su dati solidi, avere a disposizione strumenti così potenti e accessibili è un passo da gigante. Ci permette di passare da una visione frammentata a una comprensione olistica delle complesse dinamiche che legano l’umanità al suo pianeta. E capire, come sappiamo, è il primo passo per agire con saggezza.

Quindi, se siete curiosi, vi invito a esplorare questo straordinario strumento. Chissà quali nuove scoperte ci attendono, nascoste tra le maglie di questi dati!

Fonte: Springer