¿Qué es la acidificación de los océanos?
Desde el comienzo de la Revolución Industrial, cuando los humanos comenzaron a quemar carbón en grandes cantidades, el agua oceánica del mundo se ha vuelto gradualmente más ácida. Al igual que el calentamiento global, este fenómeno, que se conoce como acidificación de los océanos, es una consecuencia directa del aumento de los niveles de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera de la Tierra.
Antes de la industrialización, la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera era de 280 partes por millón (ppm). Con el aumento del uso de combustibles fósiles, ese número se acerca a las 400 ppm y la tasa de crecimiento se está acelerando. Los científicos calculan que el océano absorbe actualmente alrededor de una cuarta parte del dióxido de carbono que emiten los seres humanos. Cuando el dióxido de carbono se combina con el agua de mar, se producen reacciones químicas que reducen el pH del agua de mar, de ahí el término acidificación del océano.
Actualmente, aproximadamente la mitad del dióxido de carbono antropogénico (causado por el hombre) en el océano se encuentra en los 400 metros superiores (1.200 pies) de la columna de agua, mientras que la otra mitad ha penetrado en la termoclina inferior y en el océano profundo. La circulación impulsada por la densidad y el viento ayuda a mezclar las aguas superficiales y profundas en algunas regiones costeras y de latitudes altas, pero para gran parte del océano abierto, se espera que los cambios de pH profundos retrasen los cambios de pH de la superficie unos pocos siglos.
La acidificación de los océanos y el calentamiento global son problemas diferentes, pero están estrechamente vinculados porque comparten la misma causa raíz: las emisiones humanas de dióxido de carbono. La concentración atmosférica de dióxido de carbono es ahora más alta de lo que ha sido en los últimos 800.000 años y posiblemente más alta que en cualquier momento en los últimos 20 millones de años. Hasta ahora, los seres humanos se han beneficiado de la capacidad del océano para contener enormes cantidades de carbono, incluida una gran parte de este exceso de dióxido de carbono. Si el océano no hubiera absorbido cantidades tan grandes de dióxido de carbono, la concentración atmosférica sería aún mayor, y las consecuencias ambientales del calentamiento global (aumento del nivel del mar, cambios en los patrones climáticos, eventos climáticos más extremos, etc.).) y sus impactos socioeconómicos asociados probablemente serían aún más pronunciados. Sin embargo, los océanos no pueden seguir absorbiendo dióxido de carbono al ritmo actual sin sufrir cambios significativos en la química, la biología y la estructura del ecosistema.
Medición de la acidificación de los océanos: Los científicos del pasado y del presente
saben que los océanos absorben dióxido de carbono y, posteriormente, se vuelven más ácidos a partir de mediciones realizadas en agua de mar recolectada durante cruceros de investigación, que proporcionan una amplia cobertura espacial en un corto período de tiempo, y de mediciones automatizadas de carbono oceánico en amarres estacionarios, que proporcionan datos a largo plazo y de alta resolución desde un solo lugar.
Estos registros se pueden extender a través del tiempo utilizando lo que se conoce como proxies químicos para proporcionar una medición indirecta de la química del carbonato de agua de mar. Un proxy es una medición de un archivo natural (núcleos de hielo, corales, anillos de árboles, sedimentos marinos, etc.).) que se utiliza para inferir condiciones ambientales pasadas. Por ejemplo, mediante el análisis de la composición química de conchas fósiles diminutas encontradas en sedimentos oceánicos profundos, los científicos han desarrollado registros de pH oceánicos de tiempos antiguos cuando no había medidores de pH. Además, debido a que el agua superficial del océano está en equilibrio químico aproximado, o equilibrio, con la atmósfera por encima de ella, se puede inferir un registro del pH histórico del océano a partir de registros de dióxido de carbono atmosférico derivados de núcleos de hielo de Groenlandia y la Antártida, que contienen burbujas de aire de la atmósfera antigua. Tales pruebas indican que las concentraciones actuales de dioxidocarbónico en la atmósfera y los niveles de pH oceánicos se encuentran en niveles sin precedentes durante al menos los últimos 800.000 años.
Remontándonos más profundamente en la historia de la Tierra hasta el límite Paleoceno-Eoceno hace unos 55 millones de años, los científicos han encontrado evidencia geoquímica de una liberación masiva de dióxido de carbono acompañada de un calentamiento sustancial y la disolución de sedimentos de carbonato poco profundos en el océano. Aunque algo análogo a lo que estamos observando hoy, esta liberación de dióxido de carbono se produjo a lo largo de varios miles de años, mucho más lentamente de lo que estamos presenciando hoy, proporcionando así tiempo para que los océanos amortiguen parcialmente el cambio. En el registro geológico, durante períodos de rápido cambio ambiental, las especies se han aclimatado, adaptado o se han extinguido. Los corales han sufrido grandes eventos de extinción en el pasado (como la extinción pérmica hace 250 millones de años), y nuevas especies de coral evolucionaron para ocupar su lugar, pero se necesitaron millones de años para recuperar los niveles anteriores de biodiversidad.
¿Cómo afecta la acidificación de los océanos a la química de los océanos?
El agua de mar tiene un pH de 8,2 en promedio porque contiene iones alcalinos naturales que provienen principalmente de la intemperie de las rocas continentales. Cuando el agua de mar absorbe dióxido de carbono de la atmósfera, se produce ácido carbónico (véase el recuadro 1), lo que reduce el pH del agua. Desde los albores de la industrialización, el pH promedio de la superficie de los océanos ha disminuido a aproximadamente 8,1.
Debido a que la escala de pH es logarítmica (un cambio de 1 unidad de pH representa un cambio diez veces mayor en la acidez), este cambio representa un aumento del 26 por ciento en la acidez durante aproximadamente 250 años, una tasa 100 veces más rápida que cualquier cosa que el océano y sus habitantes hayan experimentado en decenas de millones de años.
La acidificación puede afectar a muchos organismos marinos, pero especialmente a aquellos que construyen sus conchas y esqueletos a partir de carbonato de calcio, como corales, ostras, almejas, mejillones, caracoles y fitoplancton y zooplancton, las diminutas plantas y animales que forman la base de la red alimentaria marina.
Estos «calcificadores marinos» se enfrentan a dos amenazas potenciales asociadas con la acidificación de los océanos: 1) Sus conchas y esqueletos pueden disolverse más fácilmente a medida que el pH del océano disminuye y el agua de mar se vuelve más corrosiva; y 2) Cuando el CO2 se disuelve en el agua de mar, la química del agua cambia de manera que hay menos iones de carbonato, los bloques de construcción primarios para conchas y esqueletos, disponibles para su absorción por los organismos marinos. Los organismos marinos que construyen conchas o esqueletos generalmente lo hacen a través de un proceso químico interno que convierte el bicarbonato en carbonato para formar carbonato de calcio.
Todavía no se comprende completamente cómo la acidificación de los océanos ralentiza las tasas de calcificación, o la formación de caparazones, pero se están estudiando varios mecanismos. La mayoría de las hipótesis se centran en la energía adicional que un organismo debe gastar para construir y mantener sus conchas y esqueletos de carbonato de calcio en un entorno cada vez más corrosivo. Frente a este gasto de energía adicional, la exposición a factores de estrés ambientales adicionales (aumento de la temperatura del océano, disminución de la disponibilidad de oxígeno, enfermedades, pérdida de hábitat, etc.).) probablemente agravará el problema.
Estos efectos ya se están documentando en muchos organismos marinos, particularmente en corales tropicales y de aguas profundas, que exhiben tasas de calcificación más lentas en condiciones más ácidas. El impacto en los corales es de gran preocupación porque producen estructuras masivas de carbonato de calcio llamadas arrecifes que proporcionan hábitat para muchos animales marinos, incluidas especies de peces y mariscos de importancia comercial que utilizan los arrecifes como zonas de cría. Los arrecifes de coral son vitales para los seres humanos como fuentes de alimentos y medicinas, protección contra las tormentas y el foco del ecoturismo. Además de los corales, los estudios han demostrado que la acidificación deteriora la capacidad de algunos plancton calcificante, pequeñas plantas flotantes y animales en la base de la red alimentaria, para construir y mantener sus conchas. Los científicos también han observado un aumento de las tasas de mortalidad larvaria de varios peces y mariscos de importancia comercial.
¿Qué podemos esperar en el futuro?
La acidificación de los océanos se está produciendo a una velocidad de 30 a 100 veces más rápida que en cualquier otro momento de los últimos millones de años, impulsada por la rápida tasa de crecimiento del CO2 atmosférico, que es casi sin precedentes en la historia geológica. Según el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC), los escenarios económicos y demográficos predicen que los niveles de CO2 en la atmósfera podrían alcanzar 500 ppm para 2050 y 800 ppm o más para fines de siglo. Esto no solo conducirá a aumentos significativos de temperatura en la atmósfera y el océano, sino que también acidificará aún más el agua del océano, reduciendo el pH en un estimado de 0,3 a 0,4 unidades en 2100, un aumento del 150 por ciento en la acidez en tiempos preindustriales. Asumiendo un escenario de emisiones de CO2 del IPCC «como de costumbre», los modelos predictivos de biogeoquímica oceánica proyectan que las aguas superficiales de los Océanos Ártico y Sur se saturarán con aragonita (una forma más soluble de carbonato de calcio) en unas pocas décadas, lo que significa que estas aguas se volverán altamente corrosivas para las conchas y esqueletos de calcificadores marinos productores de aragonita, como los caracoles marinos planctónicos conocidos como pterópodos.
Aunque la acidificación de los océanos ha surgido recientemente como una cuestión científica, rápidamente ha suscitado serias preocupaciones sobre los efectos a corto plazo en los organismos marinos y la salud a largo plazo de los océanos. Los científicos estiman que en los próximos miles de años, el 90 por ciento de las emisiones antropogénicas de CO2 serán absorbidas por el océano. Esto puede afectar los procesos biológicos y geoquímicos, como la fotosíntesis y el ciclo de nutrientes, que son vitales para los ecosistemas marinos de los que dependen la sociedad humana y muchos sistemas naturales. Al mismo tiempo, los organismos marinos se enfrentarán al enorme desafío de adaptarse a la acidificación de los océanos, el calentamiento del agua y la disminución de las concentraciones de oxígeno en el subsuelo del océano.