Acidificación del océano
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La acidificación del océano es el proceso prolongado de reducción del pH de los océanos, que ocurre principalmente debido al intercambio de dióxido de carbono (CO2) con la atmósfera.[1][2] Este intercambio de CO2 ocurre de manera natural,[2] pero desde la Revolución Industrial los niveles de CO2 atmosférico se han incrementado desde aproximadamente 280 partes por millón (ppm) hasta superar los 400 ppm en 2018.[3] La escala temporal de ambos procesos es diferente y tiene su origen en el ciclo del carbono.
Este incremento de las emisiones de CO2 está relacionado con actividades humanas como la combustión de combustibles fósiles, la deforestación, y la fabricación de productos industriales como el cemento.[1] Aproximadamente un tercio de este CO2 atmosférico adicional producido por humanos ha sido absorbido por los océanos.[4][5] Esto hace que los océanos sean los sumideros de carbono más importantes del planeta.[6]
Cuando el CO2 se disuelve produce cambios químicos en las aguas marinas que llevan a una disminución en su pH, haciéndolas más acídicas.[2] El CO2 se incorpora a los océanos como gas disuelto o en las conchas de moluscos, que al morir caen al fondo y se convierten en creta o piedra caliza. La excesiva incorporación del CO2 al océano puede generar problemas ecológicos.[7] Un pequeño cambio en el pH del agua puede suponer en muchos casos catástrofes medioambientales graves como la destrucción de arrecifes de coral, especialmente susceptible a cambios en la acidez del agua de mar. Se estima que entre 1751 y 1994 el pH de la superficie del océano ha descendido desde aproximadamente 8.179 a 8.104 (-0.075).[8][9] Las proyecciones para 2100 indican que a medida que el océano absorba más CO2 se producirá un descenso de más de 0.3-0.5.[8][10] En combinación con otros cambios biogeoquímicos del océano, esta disminución del valor del pH podría socavar el funcionamiento de los ecosistemas marinos y alterar la provisión de numerosos bienes y servicios asociados al océano, a partir del año 2100.
Origen de la acidificación
El origen del mecanismo es que el agua de mar y el aire están en constante equilibrio en cuanto a la concentración de CO2. El gas se incorpora al agua en forma de anión carbonato, según la siguiente reacción:[11]
CO2 + H2O ⇌ H2CO3 ⇌ HCO3− + H+ ⇌ CO32− + 2H+
La liberación de dos protones (H+) es la que provoca el cambio de pH en el agua. Así, un incremento de dicho gas en la atmósfera comportará un aumento de su concentración en el océano (y una rebaja del pH), mientras que un descenso de su concentración en la atmósfera provocará la liberación del gas desde el océano (y un aumento del pH). Es un mecanismo de tampón que atempera los cambios en la concentración de dióxido de carbono producidos por factores externos, como pueda ser el vulcanismo, la acción humana, el aumento de incendios, etc.[7]
A una escala muchísimo más lenta, el ion carbonato disuelto en el océano acaba precipitando, asociado con un catión de calcio, formando piedra caliza. Esta piedra caliza acaba incorporándose a la corteza terrestre, y al cabo del tiempo regresa a la atmósfera por las emisiones volcánicas, en forma de CO2 una vez más, dentro del ciclo geoquímico del carbonato-silicato.[12] Otra posibilidad es que emerja a la superficie terrestre por procesos tectónicos.
La acidificación tiene su origen, pues, en el rápido tamponamiento del aumento atmosférico de CO2. El pH de la superficie del océano ya ha caído 0,1 unidades, lo que representa un aumento del 30% en la acidez. A finales de este siglo, al ritmo actual de emisiones, el pH podría caer otras 0,3 unidades, lo que significaría, debido a la escala logarítmica del pH, un aumento de acidez de casi el 100%. Como comparación, en los últimos 300 millones de años, el pH del océano nunca ha caído más de 0,6 unidades por debajo del nivel de 1750. Pero, al ritmo actual de emisiones, el pH del océano podría caer más de 0,7 unidades por debajo del nivel preindustrial.[7]
La velocidad actual de acidificación es al menos 100 veces superior a la velocidad máxima de los últimos cientos de miles de años y podría afectar a corales, estrellas de mar, ostras, cangrejos, gambas, mejillones, langostas, cocolitóforos (un tipo de fitoplancton), pterópodos (caracoles marinos) y foraminíferas (plancton relacionado con las amebas).[7]
El Ciclo del Carbono
En el ciclo natural del carbono, la concentración de dióxido de carbono (CO2) muestra un equilibrio de flujos entre los océanos, la biosfera terrestre y la atmósfera. Las actividades humanas tales como los cambios en los usos del suelo, la combustión de combustibles fósiles, y la producción de cemento ha supuesto un nuevo aporte de CO2 a la atmósfera. Parte de este aporte ha permanecido en la atmósfera (donde es responsable del aumento de las concentraciones atmosféricas), parte se cree que ha sido tomada por las plantas terrestres, mientras que otra parte ha sido absorbida por los océanos.
Cuando el CO2 se disuelve, reacciona con el agua para formar un equilibrio entre especies químicas iónicas y no iónicas: el dióxido de carbono libre en disolución (CO2 (aq)), el ácido carbónico (H2CO3), el bicarbonato (HCO3-) y el carbonato (CO32-). La relación entre estas especies depende de factores tales como la temperatura del agua de mar y la alcalinidad.
Acidificación
El CO2 disuelto en el agua incrementa también de concentración del ion hidrógeno en el océano, descendiendo así en pH oceánico. El uso del término "acidificación oceánica" para describir este proceso fue introducido por Caldeira y Wickett (2003).[16] Desde el comienzo de la revolución industrial, se ha estimado que el pH de la superficie del océano ha caído desde poco menos de 0,1 unidades (en la escala logarítmica de pH)), y se ha estimado que descenderá más allá de las 0,3-0,5 unidades para 2100 a medida que el océano absorba más CO2 antropogénico.[16][13][17] Nótese que, aunque el océano se acidifica, su pH es aún superior a 7 (el del agua neutra), de manera que se puede decir también que el océano se está haciendo menos alcalino.
Posibles impactos
El pH oceánico, las concentraciones de iones carbonato (CO₃²⁻) y los estados de saturación de los minerales de carbonato de calcio han disminuido debido a la absorción de aproximadamente el 30 % de las emisiones antropogénicas de CO₂ durante los últimos 270 años (desde alrededor de 1750). Mientras que la absorción natural de CO2 por los océanos mundiales ayuda a mitigar los efectos climáticos de las emisiones antropogénicas de CO2 este proceso, conocido comúnmente como acidificación del océano, dificulta que los organismos marinos calcificadores formen sus conchas o estructuras esqueléticas, poniendo en riesgo a los arrecifes de coral y a los ecosistemas marinos en general.[18]
El aumento de la temperatura del océano y la pérdida de oxígeno actúan de manera simultánea con la acidificación, y en conjunto constituyen el “trío letal” de presiones del cambio climático sobre el ambiente marino. Sus impactos serán especialmente graves para los arrecifes de coral y otros organismos marinos con concha, así como para las poblaciones humanas que dependen de los servicios ecosistémicos que estos sistemas proporcionan.[19] [20]
Impactos sobre los organismos marinos calcificadores
En condiciones normales la calcita es estable en las aguas superficiales dado que el ion carbonato se encuentra en concentraciones sobresaturadas. No obstante, a medida que el pH desciende, lo hace la concentración de este ion, y cuando el carbonato pasa a estar en insaturación, las estructuras hechas de carbonato cálcico pasan a ser vulnerables a la disolución. Diversas investigaciones han encontrado que en corales,[21] algas cocolitofóridas,[22] foraminíferos[23] y mariscos[24] se detecta la reducción de la calcificación y el incremento de la disolución cuando son expuestos a CO2 elevados.
La reducción de la calcificación causada por la acidificación del océano puede afectar el secuestro de carbono impulsado biológicamente, que transporta carbono desde la atmósfera hacia el interior del océano y los sedimentos del fondo marino, debilitando la bomba biológica. La acidificación del agua de mar también podría reducir el tamaño del fitoplancton antártico, haciéndolo menos eficaz para almacenar carbono.[25] Hay también algunas evidencias de que en particular el efecto de la acidificación en los cocolitofóridos (que están entre el fitoplancton más abundante del océano) puede ocasionalmente exacerbar el cambio climático, mediante el descenso del albedo de la tierra a través de sus efectos sobre la cobertura de nubes oceánicas.[26]
Otras especies
Aparte de los efectos sobre la calcificación (y específicamente sobre las especies calcáreas), los organismos pueden sufrir otros efectos adversos, tanto directos como en cuanto a la su fisiología y su reproducción (p.ej. la acidificación de los fluidos corporales inducida por el CO2, conocida como hipercapnia), o indirectamente a través de impactos negativos en los recursos alimentarios.
Por ejemplo, algunos peces marinos tienen mayores dificultades para detectar depredadores, encontrar hábitats adecuados y comunicarse en océanos más ácidos.[27] Las plantas y algas, en cambio, pueden verse favorecidas por concentraciones más altas de CO₂ en el océano, ya que utilizan este gas para la fotosíntesis.[28]
Impacto en la economía y la sociedad
La acidificación del océano representa una amenaza para la pesca comercial y el turismo costero. Varios bienes y servicios que proveen los océanos podrían verse deteriorados en el futuro, lo que podría afectar a los medios de vida de entre 470 y 870 millones de las personas más pobres del mundo, dependiendo del escenario de emisiones de gases de efecto invernadero.[29][30][31] En el Ártico, las pesquerías comerciales están especialmente amenazadas, ya que la acidificación daña a los organismos calcificadores que forman la base de las redes tróficas de esta región.[32]
Posibles soluciones
Reducir las emisiones de dióxido de carbono (es decir, aplicar medidas de mitigación del cambio climático) es la única solución que aborda la causa raíz de la acidificación oceánica. Por ejemplo, algunas medidas de mitigación se enfocan en la remoción de dióxido de carbono (CDR, por sus siglas en inglés) de la atmósfera, como la captura directa de aire (DAC por sus siglas en inglés) o la bioenergía con captura y almacenamiento de carbono (BECCS por sus siglas en inglés). Estas acciones también permitirían desacelerar el ritmo de la acidificación.
Existen además enfoques que buscan remover dióxido de carbono directamente del océano, entre ellos la fertilización oceánica con nutrientes, el afloramiento y hundimiento artificial, el cultivo de algas marinas, la recuperación de ecosistemas, el aumento de la alcalinidad del océano, la meteorización mejorada y los procesos electroquímicos.[33]
