Che cos’è l’acidificazione dell’oceano?
Dall’inizio della rivoluzione industriale, quando gli esseri umani hanno iniziato a bruciare carbone in grandi quantità, l’acqua oceanica del mondo è gradualmente diventata più acida. Come il riscaldamento globale, questo fenomeno, noto come acidificazione degli oceani, è una diretta conseguenza dell’aumento dei livelli di anidride carbonica (CO2) nell’atmosfera terrestre.
Prima dell’industrializzazione, la concentrazione di anidride carbonica nell’atmosfera era di 280 parti per milione (ppm). Con l’aumento dell’uso di combustibili fossili, quel numero si sta avvicinando a 400 ppm e il tasso di crescita sta accelerando. Gli scienziati calcolano che l’oceano sta attualmente assorbendo circa un quarto dell’anidride carbonica che gli esseri umani stanno emettendo. Quando l’anidride carbonica si combina con l’acqua di mare, si verificano reazioni chimiche che riducono il pH dell’acqua di mare, da qui il termine acidificazione dell’oceano.
Attualmente, circa la metà dell’anidride carbonica antropogenica (causata dall’uomo) nell’oceano si trova nei 400 metri superiori (1.200 piedi) della colonna d’acqua, mentre l’altra metà è penetrata nel termoclino inferiore e nell’oceano profondo. Densità e circolazione guidata dal vento aiutano a mescolare le acque superficiali e profonde in alcune regioni costiere e ad alta latitudine, ma per gran parte dell’oceano aperto, i cambiamenti di pH profondi dovrebbero ritardare i cambiamenti di pH superficiale di alcuni secoli.
L’acidificazione degli oceani e il riscaldamento globale sono problemi diversi, ma sono strettamente collegati perché condividono la stessa causa principale: le emissioni umane di anidride carbonica. La concentrazione atmosferica di anidride carbonica è ora più alta di quanto lo sia stata negli ultimi 800.000 anni e forse più alta di qualsiasi altra volta negli ultimi 20 milioni di anni. Gli esseri umani hanno finora beneficiato della capacità dell’oceano di contenere enormi quantità di carbonio, inclusa una grande parte di questo eccesso di anidride carbonica. Se l’oceano non avesse assorbito quantità così grandi di anidride carbonica, la concentrazione atmosferica sarebbe ancora più alta e le conseguenze ambientali del riscaldamento globale (aumento del livello del mare, mutamenti dei modelli meteorologici, eventi meteorologici più estremi, ecc.) e i loro impatti socioeconomici associati sarebbero probabilmente ancora più pronunciati. Tuttavia, gli oceani non possono continuare ad assorbire anidride carbonica al ritmo attuale senza subire cambiamenti significativi nella chimica, nella biologia e nella struttura dell’ecosistema.
Misurazione dell’acidificazione degli oceani: Passato e presente
Gli scienziati sanno che gli oceani assorbono anidride carbonica e successivamente diventano più acidi dalle misurazioni effettuate sull’acqua di mare raccolte durante le crociere di ricerca, che forniscono un’ampia copertura spaziale per un breve periodo di tempo, e dalle misurazioni automatizzate del carbonio oceanico su ormeggi fissi, che forniscono dati a lungo termine e ad alta
Questi record possono essere estesi indietro nel tempo utilizzando quelli che sono noti come proxy chimici per fornire una misurazione indiretta della chimica del carbonato di acqua di mare. Un proxy è una misura da un archivio naturale (carote di ghiaccio, coralli, anelli degli alberi, sedimenti marini, ecc.) che viene utilizzato per dedurre le condizioni ambientali passate. Ad esempio, analizzando la composizione chimica di minuscoli gusci fossili trovati nei sedimenti oceanici profondi, gli scienziati hanno sviluppato record di pH oceanici da tempi antichi quando non c’erano pHmetri. Inoltre, poiché l’acqua superficiale dell’oceano è in equilibrio chimico approssimativo, o equilibrio, con l’atmosfera sopra di esso, un record di pH oceanico storico può essere dedotto dai record di anidride carbonica atmosferica derivati dalla Groenlandia e dalle carote di ghiaccio antartico, che contengono bolle d’aria dall’antica atmosfera. Tali prove indicano che le attuali concentrazioni di anidride carbonica atmosferica e i livelli di pH dell’oceano sono senza precedenti per almeno gli ultimi 800.000 anni.
Tornando più in profondità nella storia della Terra al confine Paleocene-Eocene circa 55 milioni di anni fa, gli scienziati hanno trovato prove geochimiche di un massiccio rilascio di anidride carbonica accompagnato da un sostanziale riscaldamento e dissoluzione di sedimenti carbonatici poco profondi nell’oceano. Anche se in qualche modo analogo a quello che stiamo osservando oggi, questo rilascio di anidride carbonica si è verificato nel corso di diverse migliaia di anni, molto più lentamente di quello che stiamo assistendo oggi, fornendo così il tempo per gli oceani parzialmente per tamponare il cambiamento. Nella documentazione geologica, durante i periodi di rapido cambiamento ambientale, le specie si sono acclimatate, adattate o estinte. I coralli hanno subito grandi eventi di estinzione in passato (come l’estinzione del Permiano 250 milioni di anni fa) e nuove specie di coralli si sono evolute per prendere il loro posto, ma ci sono voluti milioni di anni per recuperare i precedenti livelli di biodiversità.
In che modo l’acidificazione degli oceani influisce sulla chimica degli oceani?
L’acqua di mare ha un pH di 8,2 in media perché contiene ioni alcalini naturali che provengono principalmente dagli agenti atmosferici delle rocce continentali. Quando l’acqua di mare assorbe anidride carbonica dall’atmosfera, viene prodotto acido carbonico (vedi Riquadro 1), riducendo il pH dell’acqua. Dagli albori dell’industrializzazione, il pH medio dell’oceano superficiale è diminuito a circa 8,1.
Poiché la scala del pH è logaritmica (una variazione di 1 unità di pH rappresenta una variazione decuplicata dell’acidità), questa variazione rappresenta un aumento del 26% dell’acidità in circa 250 anni, un tasso che è 100 volte più veloce di qualsiasi cosa l’oceano e i suoi abitanti abbiano sperimentato in decine di milioni di anni.
L’acidificazione può colpire molti organismi marini, ma soprattutto quelli che costruiscono i loro gusci e scheletri dal carbonato di calcio, come coralli, ostriche, vongole, cozze, lumache e fitoplancton e zooplancton, le minuscole piante e animali che formano la base della rete alimentare marina.
Questi “calcificatori marini” affrontano due potenziali minacce associate all’acidificazione degli oceani: 1) I loro gusci e scheletri possono dissolversi più facilmente man mano che il pH dell’oceano diminuisce e l’acqua di mare diventa più corrosiva; e 2) Quando la CO2 si dissolve nell’acqua di mare, la chimica dell’acqua cambia in modo tale che meno ioni carbonati, i mattoni primari per conchiglie e scheletri, sono disponibili per l’assorbimento da parte degli organismi marini. Gli organismi marini che costruiscono gusci o scheletri di solito lo fanno attraverso un processo chimico interno che converte il bicarbonato in carbonato per formare carbonato di calcio.
Esattamente come l’acidificazione dell’oceano rallenta i tassi di calcificazione, o la formazione di gusci, non è ancora completamente compreso, ma diversi meccanismi sono in fase di studio. La maggior parte delle ipotesi si concentra sull’energia aggiuntiva che un organismo deve spendere per costruire e mantenere i suoi gusci e scheletri di carbonato di calcio in un ambiente sempre più corrosivo. Di fronte a questo dispendio energetico aggiuntivo, l’esposizione a fattori di stress ambientali aggiuntivi (aumento delle temperature oceaniche, diminuzione della disponibilità di ossigeno, malattie, perdita di habitat, ecc.) probabilmente aggraverà il problema.
Questi effetti sono già stati documentati in molti organismi marini, in particolare nei coralli tropicali e di acque profonde, che presentano tassi di calcificazione più lenti in condizioni più acide. L’impatto sui coralli è di grande preoccupazione perché producono massicce strutture di carbonato di calcio chiamate barriere coralline che forniscono habitat per molti animali marini, tra cui pesci commercialmente importanti e specie di molluschi che utilizzano le barriere coralline come terreni vivaio. Le barriere coralline sono vitali per l’uomo come fonti di cibo e medicine, protezione dalle tempeste e al centro dell’eco-turismo. Oltre ai coralli, studi hanno dimostrato che l’acidificazione compromette la capacità di alcuni plancton calcificanti, minuscole piante galleggianti e animali alla base della rete alimentare, di costruire e mantenere i loro gusci. Gli scienziati hanno anche osservato un aumento dei tassi di mortalità larvale di diversi pesci e molluschi commercialmente importanti.
Cosa possiamo aspettarci in futuro?
L’acidificazione degli oceani si sta verificando ad un ritmo 30-100 volte più veloce che in qualsiasi momento durante gli ultimi milioni di anni guidato dal rapido tasso di crescita della CO2 atmosferica che è quasi senza precedenti nella storia geologica. Secondo l’Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), gli scenari economici e demografici prevedono che i livelli atmosferici di CO2 potrebbero raggiungere 500 ppm entro il 2050 e 800 ppm o più entro la fine del secolo. Ciò non solo porterà a significativi aumenti di temperatura nell’atmosfera e nell’oceano, ma acidificherà ulteriormente l’acqua oceanica, riducendo il pH da 0,3 a 0,4 unità entro il 2100, un aumento del 150% dell’acidità rispetto ai tempi preindustriali. Ipotizzando un “business-as-usual” IPCC, le emissioni di CO2 scenario, modelli predittivi di biogeochimica dell’oceano progetto che le acque di superficie dell’Artico e dell’oceano Australe diventerà undersaturated con aragonite (una forma più solubile di carbonato di calcio) in pochi decenni, il che significa che queste acque diventerà altamente corrosivo per i gusci e scheletri di aragonite-produzione di marino calcifiers come planctoniche lumache marine noto come pteropods.
Sebbene l’acidificazione degli oceani sia emersa solo di recente come una questione scientifica, ha rapidamente sollevato serie preoccupazioni per gli impatti a breve termine sugli organismi marini e sulla salute a lungo termine degli oceani. Gli scienziati stimano che nei prossimi migliaia di anni, il 90% delle emissioni di CO2 antropogeniche sarà assorbito dall’oceano. Ciò può potenzialmente influenzare i processi biologici e geochimici come la fotosintesi e il ciclo dei nutrienti che sono vitali per gli ecosistemi marini su cui si basano la società umana e molti sistemi naturali. Allo stesso tempo, gli organismi marini dovranno affrontare l’enorme sfida di adattarsi all’acidificazione degli oceani, al riscaldamento dell’acqua e al calo delle concentrazioni di ossigeno nel sottosuolo.