Nel 1960 la NASA invitò James Lovelock ai laboratori di Pasadena affinchè  sfruttasse le proprie conoscenze di chimico dell’atmosfera per aiutare l’ente spaziale a progettare gli strumenti necessari per identificare la presenza di forme di vita su pianeti diversi dalla Terra (in particolare il progetto era per Marte). Lovelock sosteneva che anche soltanto analizzando la composizione chimica dell’atmosfera di un pianeta doveva essere possibile capire se fosse abitato o meno e in effetti un confronto tra l’atmosfera marziana e quella terrestre metteva in evidenza la forte presenza di ossigeno e metano per il nostro pianeta mentre sul pianeta rosso vi era grande quantità di anidride carbonica, ma poco ossigeno (si suppone infatti che l’ossigeno in grandi quantità presente nella nostra atmosfera derivi proprio dai primi organismi viventi che lo emettevano come sostanza di scarto).

Lovelock suppose che l’atmosfera marziana si trovasse in uno stato di equilibrio mentre quella della Terra fosse mantenuta in un altro stato  da una serie di reazioni chimiche legate alla presenza di organismi viventi. Successivamente questa teoria venne ampliata e assunse un carattere più drastico secondo cui gli organismi viventi regolano l’atmosfera: era nata l’ipotesi Gaia.

Gaia fu definita dai suoi creatori (James Lovelock e Dian Hitchcock) come un’entità complessa che include atmosfera, biosfera, oceani e i suoli del nostro pianeta. Tutti questi enti sono legati da relazioni di interdipendenza e costituiscono una rete di feedback che garantisce un certo equilibrio di tutto il sistema.

Nel 1983 venne formulato un modello di come queste interazioni potessero avvenire: si trattava di uno schema molto semplice che cercava di relazionare la temperatura media del pianeta con il tipo di vegetazione presente. Era nato Daisyworld.

Daisyworld è un pianeta fittizio, dotato di atmosfera trasparente e libero da nubi e gas serra (perlomeno nel modello più semplice). E’ piatto (nessun continente e nessun oceano) e non presenta un asse inclinato perciò nessuna forma di stagionalità. Gli esseri viventi presenti sono soltanto vegetali e sono due tipi di margherite: ve ne sono una specie bianca e una nera.

Il parametro che verrà fatto variare sarà la luminosità del Sole (rispetto a quella attuale). Le diverse specie di margherite avranno, data la loro differenza cromatica, differenti valori di albedo che potremmo fissare, ad esempio a 0.25 per le margherite scure, 0.75 per quelle bianche e 0.50 sarà il valore di riferimento del terreno spoglio. Perciò della luce incidente le margherite nere rifletteranno il 25% e ne assorbiranno il 75%.

Nel grafico in alto possiamo vedere il tipo di pianta presente per una determinata luminosità solare, mentre in quello in basso la temperatura media. E' importante notare la differenza tra quest'ultimo grafico e la linea tratteggiata che rappresenta l'andamento lineare che si avrebbe in assenza di vegetazione.

All’inizio della simulazione supponiamo che il nostro pianeta sia troppo freddo per ospitare la vita perciò il terreno è del tutto spoglio, tuttavia man mano che la luminosità del Sole aumenta inizieranno a fiorire margherite nere (favorite rispetto alle bianche per la loro capacità di assorbire molta energia solare e non morire per la troppo poca luminosità) che mano mano occuperanno tutta la superficie del pianeta. A questo punto si innescherà un meccanismo di feedback che aumenterà molto la temperatura del pianeta (il 75% dell’energia viene assorbita e noi stiamo continuando ad aumentare la luminosità del Sole, ricordiamoci!).

Pertanto una buona parte della margherite nere non riuscirà più a sopravvivere e saranno le margherite bianche ad avere la meglio. Ma se aumenta la superficie coperta da margherite bianche aumenta anche l’albedo terrestre perciò la temperatura diminuisce. Si raggiunge pertanto il meccanismo di autoregolazione che Lovelock voleva dimostrare agli scienziati suoi contemporanei. Chiaramente questo meccanismo non funziona all’infinito: infatti se aumentiamo ulteriormente la luminosità il sistema collassa perchè le margherite bianche non riescono a mantenere la temperatura del pianeta abbastanza bassa e piano piano muoiono.

Questo modello, anche se molto semplice e decisamente irreale, può essere utile per schematizzare le interazioni tra clima e biosfera. Inoltre successivamente ci sono stati ulteriori studi su modelli come questo che sono stati arricchiti ad esempio dalla presenza di erbivori e di predatori di diversi tipi, con preferenza verso diversi tipi di margherite e diversi tipi di erbivori associati a certi tipi di piante, oppure considerando una parte del globo coperta da un oceano ad albedo costante, etc…

Per chi volesse curiosare un po’ ancora in questo mondo fittizio è possibile vederne una simulazione oppure leggerne di più. Per chi invece volesse cimentarsi nello scriverne una simulazione (e intendo farlo anche io) consiglio questo schema riassuntivo molto conciso.