Acidificación oceánica

La acidificación del océano es la disminución en curso en el pH de la Tierra 's océanos , causada por la absorción de dióxido de carbono ( CO
2) de la atmósfera . [2] La principal causa de la acidificación de los océanos es la quema de combustibles fósiles . El agua de mar es ligeramente básica (es decir, pH> 7) y la acidificación del océano implica un cambio hacia condiciones de pH neutro en lugar de una transición a condiciones ácidas (pH <7). [3] El problema de la acidificación de los océanos es la disminución de la producción de conchas de mariscos y otras formas de vida acuática con conchas de carbonato de calcio. Las cáscaras de carbonato de calcio no pueden reproducirse en aguas acidóticas muy saturadas. Se estima que entre el 30% y el 40% del dióxido de carbono de la actividad humana liberado a la atmósfera se disuelve en océanos, ríos y lagos. [4] [5]Parte de él reacciona con el agua para formar ácido carbónico . Algunas de las moléculas de ácido carbónico resultantes se disocian en un ión bicarbonato y un ión hidrógeno, aumentando así la acidez del océano ( concentración de iones H + ). Entre 1751 y 1996, se estima que el pH de la superficie del océano disminuyó de aproximadamente 8,25 a 8,14, [6] lo que representa un aumento de casi el 30% en la concentración de iones H + en los océanos del mundo. [7] [8] Los modelos del sistema terrestre proyectan que, alrededor de 2008, la acidez del océano superó los análogos históricos [9] y, en combinación con otros cambios biogeoquímicos del océano , podría socavar el funcionamiento de los ecosistemas marinos e interrumpir el suministro de muchos bienes y servicios. asociados con el océano a partir de 2100. [10]

Mapa mundial que muestra los cambios variables en el pH en diferentes partes de diferentes océanos.
Cambio estimado en el pH del agua de mar causado por el CO creado por humanos
2entre la década de 1700 y la de 1990, del Proyecto de análisis de datos oceánicos globales (GLODAP) y el Atlas mundial de los océanos
Aquí hay una imagen detallada del ciclo completo del carbono.
NOAA proporciona evidencia de la afluencia de agua "acidificada" en la plataforma continental. En la figura anterior, observe las secciones verticales de (A) temperatura, (B) saturación de aragonito, (C) pH, (D) DIC y (E) p CO
2en la línea de transecto 5 de Pt. San Jorge, California. Las superficies de densidad potencial se superponen en la sección de temperatura. La superficie de densidad potencial de 26.2 delinea la ubicación del primer caso en el que el agua subaturada se asoma desde profundidades de 150 a 200 m hacia la plataforma y aflora en la superficie cerca de la costa. Los puntos rojos representan ubicaciones de muestra. [1]
Infografía de acidificación del océano

Se cree que el aumento de la acidez tiene una serie de consecuencias potencialmente dañinas para los organismos marinos, como reducir las tasas metabólicas y las respuestas inmunitarias en algunos organismos y provocar el blanqueamiento de los corales . [11] Al aumentar la presencia de iones de hidrógeno libres, el ácido carbónico adicional que se forma en los océanos finalmente resulta en la conversión de iones de carbonato en iones de bicarbonato. La alcalinidad del océano (aproximadamente igual a [HCO 3 - ] + 2 [CO 3 2− ]) no cambia con el proceso, o puede aumentar durante largos períodos de tiempo debido a la disolución de carbonatos . [12] Esta disminución neta en la cantidad de iones de carbonato disponibles puede dificultar que los organismos calcificantes marinos, como el coral y algo de plancton , formen carbonato de calcio biogénico , y tales estructuras se vuelven vulnerables a la disolución. [13] La acidificación en curso de los océanos puede amenazar las futuras cadenas alimentarias vinculadas con los océanos. [14] [15] Como miembros del Panel InterAcademy , 105 academias de ciencias han emitido una declaración sobre la acidificación de los océanos recomendando que para 2050, el CO global
2las emisiones se reduzcan en al menos un 50% en comparación con el nivel de 1990. [16] Para garantizar que se minimice la acidificación de los océanos, el Objetivo de Desarrollo Sostenible 14 de las Naciones Unidas ("Vida submarina") tiene como objetivo garantizar que los océanos se conserven y utilicen de forma sostenible. [17]

Las últimas investigaciones cuestionan el posible impacto negativo del nivel de acidificación de los océanos de finales de siglo en el comportamiento de los peces coralinos y sugieren que el efecto podría ser insignificante. [18] De manera controvertida, los experimentos de laboratorio en el ambiente controlado mostraron CO
2induce el crecimiento de las especies de fitoplancton. [19] El estudio de campo del arrecife de coral en Queensland y Australia Occidental de 2007 a 2012 sostiene que los corales son más resistentes a los cambios de pH ambiental de lo que se pensaba anteriormente, debido a la regulación interna de la homeostasis; esto hace que el cambio térmico, más que la acidificación, sea el principal factor de vulnerabilidad de los arrecifes de coral debido al calentamiento global. [20]

Si bien la acidificación en curso de los océanos es de origen al menos parcialmente antropogénico , ha ocurrido anteriormente en la historia de la Tierra, [21] y el colapso ecológico resultante en los océanos tuvo efectos duraderos para el ciclo global del carbono y el clima. [22] [23] El ejemplo más notable es el Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno (PETM), [24] que ocurrió hace aproximadamente 56 millones de años cuando cantidades masivas de carbono ingresaron al océano y la atmósfera y condujeron a la disolución de sedimentos carbonatados. en todas las cuencas oceánicas.

La acidificación de los océanos se ha comparado con el cambio climático antropogénico y se ha denominado "el gemelo malvado del calentamiento global " [25] [26] [27] [28] [29] y "el otro CO
2problema ". [26] [28] [30] Los cuerpos de agua dulce también parecen estar acidificando, aunque este es un fenómeno más complejo y menos obvio. [31] [32]

El CO
2 ciclo entre la atmósfera y el océano

El ciclo del carbono describe los flujos de dióxido de carbono ( CO
2) Entre los océanos, terrestre biosfera , litosfera , [33] y la atmósfera . Las actividades humanas como la combustión de combustibles fósiles y los cambios en el uso de la tierra han dado lugar a un nuevo flujo de CO
2en la atmósfera. Aproximadamente el 45% ha permanecido en la atmósfera; la mayor parte del resto ha sido absorbida por los océanos, [34] y parte de las plantas terrestres. [35]

Distribución de (A) aragonito y (B) profundidad de saturación de calcita en los océanos globales [5]
Este mapa muestra los cambios en el nivel de saturación de aragonito de las aguas superficiales del océano entre la década de 1880 y la década más reciente (2006-2015). La aragonita es una forma de carbonato de calcio que muchos animales marinos utilizan para construir sus esqueletos y conchas. Cuanto menor sea el nivel de saturación, más difícil será para los organismos construir y mantener sus esqueletos y caparazones. Un cambio negativo representa una disminución de la saturación. [36]

El ciclo del carbono implica tanto compuestos orgánicos como la celulosa como compuestos de carbono inorgánicos como el dióxido de carbono , el ión carbonato y el ión bicarbonato . Los compuestos inorgánicos son particularmente relevantes cuando se habla de la acidificación de los océanos, ya que incluyen muchas formas de CO disuelto.
2presente en los océanos de la Tierra. [37]

Cuando CO
2se disuelve, reacciona con el agua para formar un equilibrio de especies químicas iónicas y no iónicas: dióxido de carbono libre disuelto ( CO
2 (aq)), ácido carbónico ( H
2CO
3), bicarbonato ( HCO-
3) y carbonato ( CO2−
3). La proporción de estas especies depende de factores como la temperatura , la presión y la salinidad del agua de mar (como se muestra en un gráfico de Bjerrum ). Estas diferentes formas de carbono inorgánico disuelto se transfieren de la superficie de un océano a su interior mediante la bomba de solubilidad del océano .

La resistencia de un área del océano a absorber CO atmosférico
2se conoce como el factor Revelle .

Disolución de CO
2en el agua de mar aumenta el ion hidrógeno ( H+
) concentración en el océano y, por lo tanto, disminuye el pH del océano, de la siguiente manera: [38]

CO 2 (ac) + H 2 O ⇌ H 2 CO 3 ⇌ HCO 3 - + H + ⇌ CO 3 2− + 2 H + .

Caldeira y Wickett (2003) [2] situaron la velocidad y la magnitud de los cambios modernos de acidificación de los océanos en el contexto de probables cambios históricos durante los últimos 300 millones de años.

Desde que comenzó la revolución industrial , el océano ha absorbido aproximadamente un tercio del CO
2que hemos producido desde entonces [39] y se estima que el pH de la superficie del océano ha caído un poco más de 0.1 unidades en la escala logarítmica de pH, lo que representa un aumento de aproximadamente 29% en H+
. Se espera que disminuya entre 0,3 y 0,5 unidades de pH más [10] (una duplicación adicional o el triple de las actuales concentraciones de ácido postindustrial ) para 2100 a medida que los océanos absorban más CO antropogénico.
2, siendo los impactos más severos para los arrecifes de coral y el Océano Austral . [2] [13] [40] Se prevé que estos cambios se aceleren a medida que aumenta el CO antropogénico
2es liberado a la atmósfera y absorbido por los océanos. El grado de cambio en la química de los océanos , incluido el pH del océano, dependerá de las vías de mitigación y emisiones [41] que adopte la sociedad. [42]

Aunque se esperan los cambios más importantes en el futuro, [13] un informe de los científicos de la NOAA encontró que grandes cantidades de agua subaturada en aragonito ya están surgiendo cerca del área de la plataforma continental del Pacífico de América del Norte. [1] Las plataformas continentales desempeñan un papel importante en los ecosistemas marinos ya que la mayoría de los organismos marinos viven o se reproducen allí, y aunque el estudio solo se ocupó del área desde Vancouver hasta el norte de California , los autores sugieren que otras áreas de la plataforma pueden estar experimentando efectos similares. [1]

PH medio de la superficie del océano [13] [ verificación fallida ]
Hora pH Cambio de pH relativo
al preindustrial		Fuente Cambio de concentración de H + en
relación con la preindustrial
Preindustrial (siglo XVIII)8.179 campo analizado [43] [ verificación fallida ]
Pasado reciente (década de 1990) 8.104 −0,075 campo [43]+ 18,9%
Niveles actuales ~ 8.069 −0,11 campo [7] [8] [44] [45]+ 28,8%
2050 (2 × CO
2 = 560 ppm) 		7,949 −0,230 modelo [13] [ verificación fallida ]+ 69,8%
2100 (IS92a) [46]7.824 −0,355 modelo [13] [ verificación fallida ]+ 126,5%
Aquí hay un diagrama detallado del ciclo del carbono dentro del océano.

Velocidad

Si continuamos emitiendo CO 2 al mismo ritmo, para el 2100 la acidez del océano aumentará en aproximadamente un 150 por ciento, un ritmo que no se ha experimentado durante al menos 400.000 años.

-  Programa de investigación sobre acidificación de los océanos del Reino Unido, 2015 [47]

Uno de los primeros conjuntos de datos detallados para examinar cómo varió el pH durante 8 años en una ubicación costera templada del norte específica encontró que la acidificación tenía fuertes vínculos con la dinámica de las especies bentónicas in situ y que la variación en el pH del océano puede hacer que las especies calcáreas se desempeñen peor que las no calcáreas. especies en años con pH bajo y predice consecuencias para los ecosistemas bentónicos cercanos a la costa . [48] [49] Se proyectó un punto de inflexión ecológico para el año 2030 y no más tarde del 2038. [50] Thomas Lovejoy , ex asesor en jefe de biodiversidad del Banco Mundial, ha sugerido que "la acidez de los océanos aumentará más más del doble en los próximos 40 años. Él dice que esta tasa es 100 veces más rápida que cualquier cambio en la acidez del océano en los últimos 20 millones de años, por lo que es poco probable que la vida marina pueda adaptarse de alguna manera a los cambios ". [51] Se predice que, para el año 2100, si los cambios biogeoquímicos coexistentes influyen en la entrega de bienes y servicios oceánicos, también podrían tener un efecto considerable en el bienestar humano de quienes dependen en gran medida del océano para su alimentación. empleos e ingresos. [10] [52] Un panel de expertos que había participado anteriormente en los informes del IPCC ha determinado que aún no es posible determinar un umbral de acidez oceánica que no se debe superar. [53]


Las tasas actuales de acidificación de los océanos se han comparado con el evento de invernadero en el límite del Paleoceno-Eoceno (hace unos 55 millones de años) cuando las temperaturas de la superficie del océano aumentaron entre 5 y 6 grados Celsius . No se observó ninguna catástrofe en los ecosistemas superficiales, sin embargo, los organismos que habitan en el fondo del océano profundo experimentaron una extinción importante. La acidificación actual está en camino de alcanzar niveles más altos que los vistos en los últimos 65 millones de años, [54] [55] [56] y la tasa de aumento es aproximadamente diez veces la tasa que precedió a la extinción masiva del Paleoceno-Eoceno. La acidificación actual y proyectada ha sido descrita como un evento geológico casi sin precedentes. [57] Un estudio del Consejo Nacional de Investigación publicado en abril de 2010 también concluyó que "el nivel de ácido en los océanos está aumentando a un ritmo sin precedentes". [58] [59] Un artículo de 2012 en la revista Science examinó el registro geológico en un intento de encontrar un análogo histórico para las condiciones globales actuales y las del futuro. Los investigadores determinaron que la tasa actual de acidificación de los océanos es más rápida que en cualquier otro momento de los últimos 300 millones de años. [60] [61]

Una revisión realizada por científicos del clima en el blog RealClimate , de un informe de 2005 de la Royal Society del Reino Unido destacó de manera similar la centralidad de las tasas de cambio en el actual proceso de acidificación antropogénica, escribiendo: [62]

"El pH natural del océano está determinado por la necesidad de equilibrar la deposición y el entierro de CaCO
3en el fondo del mar contra la afluencia de Ca2+
y CO2−
3en el océano de la disolución de las rocas en la tierra, lo que se denomina meteorización. Estos procesos estabilizan el pH del océano mediante un mecanismo llamado CaCO.
3compensación ... El punto de sacarlo a relucir de nuevo es notar que si el CO
2La concentración de la atmósfera cambia más lentamente que esto, como siempre lo ha hecho a lo largo del registro de Vostok , el pH del océano no se verá afectado relativamente porque el CaCO
3la compensación puede mantenerse al día. La acidificación [actual] de los combustibles fósiles es mucho más rápida que los cambios naturales, por lo que el pico de ácido será más intenso de lo que la Tierra ha visto en al menos 800.000 años ".

Solo en el período de 15 años 1995-2010, la acidez ha aumentado un 6 por ciento en los 100 metros superiores del Océano Pacífico desde Hawai hasta Alaska. [63] Según una declaración de julio de 2012 de Jane Lubchenco , directora de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de EE. UU ., "Las aguas superficiales están cambiando mucho más rápidamente de lo que han sugerido los cálculos iniciales. Es otra razón más para estar muy preocupado por la cantidad de dióxido de carbono que está en la atmósfera ahora y la cantidad adicional que seguimos emitiendo ". [25]

Un estudio de 2013 afirmó que la acidez estaba aumentando a un ritmo 10 veces más rápido que en cualquiera de las crisis evolutivas en la historia de la Tierra. [64] En un informe de síntesis publicado en Science en 2015, 22 destacados científicos marinos afirmaron que el CO
2de la quema de combustibles fósiles está cambiando la química de los océanos más rápidamente que en cualquier otro momento desde la Gran Muerte , el evento de extinción más grave conocido de la Tierra, enfatizando que el aumento de temperatura máxima de 2 ° C acordado por los gobiernos refleja un recorte demasiado pequeño en las emisiones para prevenir "impactos dramáticos" en los océanos del mundo, y el autor principal, Jean-Pierre Gattuso, señaló que "el océano se ha considerado mínimamente en negociaciones climáticas anteriores. Nuestro estudio proporciona argumentos convincentes para un cambio radical en la conferencia de la ONU (en París) sobre el cambio climático ". [sesenta y cinco]

La velocidad a la que se producirá la acidificación del océano puede verse influida por la velocidad del calentamiento de la superficie del océano, porque los equilibrios químicos que gobiernan el pH del agua de mar dependen de la temperatura. [66] Un mayor calentamiento del agua de mar podría provocar un cambio menor en el pH para un aumento dado de CO 2 . [66]

Descripción general

Los cambios en la química del océano pueden tener amplios efectos directos e indirectos sobre los organismos y sus hábitats. Una de las repercusiones más importantes del aumento de la acidez del océano se relaciona con la producción de conchas y placas a partir de carbonato de calcio ( CaCO
3). [40] Este proceso se llama calcificación y es importante para la biología y la supervivencia de una amplia gama de organismos marinos. La calcificación implica la precipitación de iones disueltos en CaCO sólido
3estructuras, como cocolitos . Una vez formadas, estas estructuras son vulnerables a la disolución a menos que el agua de mar circundante contenga concentraciones saturantes de iones carbonato (CO 3 2− ).

Mecanismo

Gráfico de Bjerrum : Cambio en el sistema de carbonatos del agua de mar debido a la acidificación del océano.

Del dióxido de carbono adicional agregado a los océanos, parte permanece como dióxido de carbono disuelto, mientras que el resto contribuye a producir bicarbonato adicional (y ácido carbónico adicional). Esto también aumenta la concentración de iones de hidrógeno, y el porcentaje de aumento de hidrógeno es mayor que el porcentaje de aumento de bicarbonato, [67] creando un desequilibrio en la reacción HCO 3 - ⇌ CO 3 2− + H + . Para mantener el equilibrio químico, algunos de los iones de carbonato que ya se encuentran en el océano se combinan con algunos de los iones de hidrógeno para producir más bicarbonato. Por lo tanto, la concentración de iones de carbonato en el océano se reduce, creando un desequilibrio en la reacción Ca 2+ + CO 3 2− ⇌ CaCO 3 , y haciendo que la disolución del CaCO formado
3 estructuras más probables.

El aumento de las concentraciones de dióxido de carbono y bicarbonato disueltos y la reducción de carbonato se muestran en un gráfico de Bjerrum .

Estado de saturación

El estado de saturación (conocido como Ω) del agua de mar de un mineral es una medida del potencial termodinámico para que el mineral se forme o se disuelva, y para el carbonato de calcio se describe mediante la siguiente ecuación:

Aquí Ω es el producto de las concentraciones (o actividades ) de los iones en reacción que forman el mineral ( Ca2+
y CO2−
3), dividido por el producto de las concentraciones de esos iones cuando el mineral está en equilibrio ( K
sp), es decir, cuando el mineral no se está formando ni disolviendo. [68] En el agua de mar, un límite horizontal natural se forma como resultado de la temperatura, la presión y la profundidad, y se conoce como horizonte de saturación. [40] Por encima de este horizonte de saturación, Ω tiene un valor mayor que 1 y CaCO
3no se disuelve fácilmente. La mayoría de los organismos calcificantes viven en esas aguas. [40] Por debajo de esta profundidad, Ω tiene un valor menor que 1 y CaCO
3se disolverá. Sin embargo, si su tasa de producción es lo suficientemente alta como para compensar la disolución, CaCO
3todavía puede ocurrir donde Ω es menor que 1. La profundidad de compensación de carbonato ocurre en la profundidad del océano donde la producción es excedida por la disolución. [69]

La disminución en la concentración de CO 3 2− disminuye Ω y, por lo tanto, hace que CaCO
3 disolución más probable.

El carbonato de calcio se presenta en dos polimorfos comunes (formas cristalinas): aragonito y calcita . La aragonita es mucho más soluble que la calcita, por lo que el horizonte de saturación de aragonita siempre está más cerca de la superficie que el horizonte de saturación de la calcita. [40] Esto también significa que los organismos que producen aragonito pueden ser más vulnerables a los cambios en la acidez del océano que los que producen calcita. [13] Aumento de CO
2niveles y el pH más bajo resultante del agua de mar disminuye el estado de saturación de CaCO
3y eleva los horizontes de saturación de ambas formas más cerca de la superficie. [70] Se cree que esta disminución en el estado de saturación es uno de los principales factores que conducen a una disminución de la calcificación en los organismos marinos, ya que la precipitación inorgánica de CaCO
3es directamente proporcional a su estado de saturación. [71]

"> Reproducir medios
Video que resume los impactos de la acidificación de los océanos. Fuente: Laboratorio de Visualización Ambiental de NOAA .

El aumento de la acidez tiene posibles consecuencias nocivas, como la reducción de las tasas metabólicas en el calamar gigante , [72] la depresión de las respuestas inmunitarias de los mejillones azules [73] y el blanqueamiento de los corales . Sin embargo, puede beneficiar a algunas especies, por ejemplo, aumentando la tasa de crecimiento de la estrella de mar, Pisaster ochraceus , [74] mientras que las especies de plancton con caparazón pueden florecer en océanos alterados. [75]

Los informes "Resumen de la acidificación de los océanos para los responsables de la formulación de políticas 2013" y el " Informe especial sobre el océano y la criosfera en un clima cambiante " aprobado por el IPCC de 2019 describen los resultados de la investigación y los posibles impactos. [76] [77]

Impactos en organismos calcificantes oceánicos

Las conchas de los pterópodos se disuelven en condiciones cada vez más ácidas causadas por el aumento de las cantidades de CO 2 atmosférico

Aunque la absorción natural de CO2por los océanos del mundo ayuda a mitigar los efectos climáticos de las emisiones antropogénicas de CO
2, se cree que la disminución resultante del pH tendrá consecuencias negativas, principalmente para los organismos calcificantes oceánicos . Éstos abarcan la cadena alimentaria desde autótrofos hasta heterótrofos e incluyen organismos como cocolitóforos , corales , foraminíferos , equinodermos , crustáceos y moluscos . [10] [78] Como se describió anteriormente, en condiciones normales, la calcita y la aragonita son estables en aguas superficiales ya que el ion carbonato se encuentra en concentraciones sobresaturantes . Sin embargo, a medida que desciende el pH del océano, la concentración de iones de carbonato también disminuye, y cuando el carbonato se vuelve insuficientemente saturado, las estructuras hechas de carbonato de calcio son vulnerables a la disolución. Por lo tanto, incluso si no hay cambios en la tasa de calcificación, la tasa de disolución del material calcáreo aumenta. [79]

Una cáscara normalmente protectora que se vuelve delgada, frágil y transparente por acidificación.

Corales, [80] [81] [82] [83] algas cocolitóforos, [84] [85] [86] [87] algas coralinas, [88] foraminíferos, [89] mariscos [90] y pterópodos [13] [ 91] experimentan una calcificación reducida o una disolución mejorada cuando se exponen a niveles elevados de CO
2.

La Royal Society publicó una descripción general completa de la acidificación de los océanos y sus posibles consecuencias en junio de 2005. [40] Sin embargo, algunos estudios han encontrado una respuesta diferente a la acidificación de los océanos, ya que la calcificación y la fotosíntesis de los cocolitóforos aumentan bajo p CO atmosférico elevado.
2, [92] [93] [94] una disminución igual en la producción primaria y la calcificación en respuesta a niveles elevados de CO
2[95] o la dirección de la respuesta varía entre especies. [96] Un estudio realizado en 2008 el examen de un núcleo de sedimento del Atlántico Norte encontró que mientras que la composición de las especies de cocolitofóridos se ha mantenido sin cambios para el industrial periodo 1780-2004, la calcificación de cocolitos ha aumentado hasta en un 40% durante el mismo tiempo. [94] Un estudio de 2010 de la Universidad de Stony Brook sugirió que, si bien algunas áreas están sobreexplotadas y otros caladeros se están restaurando, debido a la acidificación del océano puede ser imposible recuperar muchas poblaciones de mariscos anteriores. [97] Si bien las consecuencias ecológicas completas de estos cambios en la calcificación aún son inciertas, parece probable que muchas especies calcificantes se vean afectadas negativamente.

Cuando se expone en los experimentos a pH reducido por 0,2 a 0,4, las larvas de un templado brittlestar , un pariente de la estrella de mar común, menos de 0,1 por ciento sobrevivió más de ocho días. [63] También hay una sugerencia de que una disminución en los cocolitóforos puede tener efectos secundarios sobre el clima, contribuyendo al calentamiento global al disminuir el albedo de la Tierra a través de sus efectos sobre la cubierta de nubes oceánicas . [98] Todos los ecosistemas marinos de la Tierra estarán expuestos a cambios en la acidificación y varios otros cambios biogeoquímicos oceánicos. [10]

El líquido en los compartimentos internos (el coelenterón) donde los corales desarrollan su exoesqueleto también es extremadamente importante para el crecimiento de la calcificación. Cuando la tasa de saturación de aragonito en el agua de mar externa está en los niveles ambientales, los corales crecerán sus cristales de aragonito rápidamente en sus compartimentos internos, por lo que su exoesqueleto crece rápidamente. Si el nivel de aragonito en el agua de mar externa es más bajo que el nivel ambiental, los corales tienen que trabajar más para mantener el equilibrio adecuado en el compartimento interno. Cuando eso sucede, el proceso de crecimiento de los cristales se ralentiza y esto ralentiza la velocidad de crecimiento de su exoesqueleto. Dependiendo de la cantidad de aragonito que haya en el agua circundante, los corales pueden incluso dejar de crecer porque los niveles de aragonito son demasiado bajos para bombearlos al compartimento interno. Incluso podrían disolverse más rápido de lo que pueden hacer que los cristales de su esqueleto, dependiendo de los niveles de aragonito en el agua circundante. [99] Según la progresión actual de las emisiones de carbono, alrededor del 70% de los corales de agua fría del Atlántico norte vivirán en aguas corrosivas para 2050–60. [100]

Un estudio realizado por la Institución Oceanográfica Woods Hole en enero de 2018 mostró que el crecimiento esquelético de los corales en condiciones acidificadas se ve afectado principalmente por una capacidad reducida para construir exoesqueletos densos, en lugar de afectar la extensión lineal del exoesqueleto. Utilizando modelos climáticos globales, muestran que la densidad de algunas especies de corales podría reducirse en más de un 20% a finales de este siglo. [101]

Un experimento in situ en un parche de 400 m 2 de la Gran Barrera de Coral para disminuir el nivel de CO 2 del agua de mar (elevar el pH) hasta cerca del valor preindustrial mostró un aumento del 7% en la calcificación neta. [102] Un experimento similar para elevar el nivel de CO 2 del agua de mar in situ (pH más bajo) a un nivel esperado poco después de mediados de este siglo encontró que la calcificación neta disminuyó un 34%. [103]

La acidificación del océano puede obligar a algunos organismos a reasignar recursos lejos de los puntos finales productivos, como el crecimiento, para mantener la calcificación. [104] Por ejemplo, se reconoce que la ostra, Magallana gigas , experimenta cambios metabólicos junto con tasas de calcificación alteradas debido a las compensaciones energéticas que resultan de los desequilibrios del pH. [105]

En algunos lugares, el dióxido de carbono sale del fondo del mar, cambiando localmente el pH y otros aspectos de la química del agua de mar. Los estudios de estas filtraciones de dióxido de carbono han documentado una variedad de respuestas de diferentes organismos. [7] Las comunidades de arrecifes de coral ubicadas cerca de las filtraciones de dióxido de carbono son de particular interés debido a la sensibilidad de algunas especies de corales a la acidificación. En Papua Nueva Guinea , la disminución del pH causada por filtraciones de dióxido de carbono está asociada con la disminución de la diversidad de especies de coral. [106] Sin embargo, en Palau, las filtraciones de dióxido de carbono no están asociadas con una diversidad de especies reducida de corales, aunque la bioerosión de los esqueletos de coral es mucho mayor en sitios de pH bajo.

La acidificación de los océanos puede afectar el secuestro biológico de carbono del océano desde la atmósfera hacia el interior del océano y los sedimentos del lecho marino , debilitando la llamada bomba biológica . [107] La acidificación del agua de mar también podría hacer que los fitoplancton antárticos sean más pequeños y menos efectivos para almacenar carbono. [108] Dichos cambios se están estudiando y sintetizando cada vez más mediante el uso de marcos fisiológicos, incluido el marco de la Vía de resultado adverso (AOP) . [105]

Otros impactos biológicos

Aparte de la desaceleración y / o reversión de la calcificación, los organismos pueden sufrir otros efectos adversos, ya sea indirectamente a través de impactos negativos en los recursos alimentarios, [40] o directamente como efectos reproductivos o fisiológicos. Por ejemplo, los elevados niveles oceánicos de CO
2puede producir CO
2-acidificación de los fluidos corporales inducida, conocida como hipercapnia . Además, se cree que el aumento de la acidez del océano tiene una serie de consecuencias directas. Por ejemplo, se ha observado que el aumento de la acidez: reduce las tasas metabólicas en el calamar gigante; [72] deprimen las respuestas inmunitarias de los mejillones azules. [73] Esto se debe posiblemente a que la acidificación del océano puede alterar las propiedades acústicas del agua de mar, permitiendo que el sonido se propague más y aumentando el ruido del océano. [109] Esto afecta a todos los animales que utilizan el sonido para la ecolocalización o la comunicación . [110] Los huevos de calamar de aleta larga del Atlántico tardaron más en eclosionar en agua acidificada, y el estatolito del calamar era más pequeño y mal formado en animales colocados en agua de mar con un pH más bajo. El PH más bajo se simuló con 20 a 30 veces la cantidad normal de CO
2. [111] Sin embargo, al igual que con la calcificación, todavía no existe una comprensión completa de estos procesos en los organismos o ecosistemas marinos . [112]

Otro posible efecto sería un aumento en los eventos de marea roja , lo que podría contribuir a la acumulación de toxinas ( ácido domoico , brevetoxina , saxitoxina ) en organismos pequeños como anchoas y mariscos , aumentando a su vez las ocurrencias de intoxicación amnésica por mariscos , intoxicación neurotóxica por mariscos y Intoxicación paralítica por mariscos . [113]

Aunque la marea roja es dañina, otros organismos fotosintéticos beneficiosos pueden beneficiarse del aumento de los niveles de dióxido de carbono. Lo más importante es que se beneficiarán los pastos marinos. [114] Un experimento realizado en 2018 concluyó que a medida que los pastos marinos aumentaron su actividad fotosintética, aumentaron las tasas de calcificación de las algas calcificantes. Esta podría ser una técnica de mitigación potencial frente al aumento de la acidez. [114]

Impactos en los ecosistemas amplificados por el calentamiento y la desoxigenación de los océanos

Impulsores de la intensificación de la hipoxia y la acidificación de los océanos en sistemas de plataforma de surgencia . Los vientos hacia el ecuador impulsan el afloramiento de agua con bajo contenido de oxígeno disuelto (OD), alto contenido de nutrientes y alto contenido de carbono inorgánico disuelto (DIC) por encima de la zona mínima de oxígeno . Los gradientes entre plataformas en la productividad y los tiempos de residencia en el agua del fondo hacen que la fuerza del OD (DIC) disminuya (aumente) a medida que el agua transita por una plataforma continental productiva . [115] [116]

Si bien aún se están documentando todas las implicaciones del elevado CO 2 en los ecosistemas marinos, existe una gran cantidad de investigaciones que muestran que una combinación de acidificación del océano y temperatura oceánica elevada, impulsada principalmente por el CO 2 y otras emisiones de gases de efecto invernadero, tiene un efecto compuesto. sobre la vida marina y el medio marino. Este efecto supera con creces el impacto dañino individual de cualquiera de ellos. [117] [118] [119] Además, el calentamiento de los océanos exacerba la desoxigenación del océano , que es un factor de estrés adicional para los organismos marinos, al aumentar la estratificación del océano, a través de los efectos de densidad y solubilidad, lo que limita los nutrientes, [120] [121] mientras que en al mismo tiempo, aumenta la demanda metabólica.

Los metaanálisis han cuantificado la dirección y la magnitud de los efectos nocivos de la acidificación, el calentamiento y la desoxigenación de los océanos. [122] [123] [124] Estos metanálisis se han probado más a fondo mediante estudios de mesocosmos [125] [126] que simularon la interacción de estos factores estresantes y encontraron un efecto catastrófico en la red alimentaria marina, es decir, que los aumentos en el consumo del estrés térmico más que niega a cualquier productor primario al aumento de herbívoros por el elevado CO 2 .

Impactos no biológicos

Dejando de lado los efectos biológicos directos, se espera que la acidificación de los océanos en el futuro conduzca a una disminución significativa del entierro de sedimentos carbonatados durante varios siglos, e incluso a la disolución de los sedimentos carbonatados existentes. [127] Esto provocará una elevación de la alcalinidad del océano , lo que conducirá a la mejora del océano como depósito de CO.
2con implicaciones para el cambio climático a medida que aumenta el CO
2deja la atmósfera por el océano. [128]

Impacto en la industria humana

La amenaza de acidificación incluye una disminución de la pesca comercial y de la industria y la economía del turismo en el Ártico . Las pesquerías comerciales están amenazadas porque la acidificación daña a los organismos calcificantes que forman la base de las redes tróficas del Ártico .

Los pterópodos y las estrellas frágiles forman la base de las redes tróficas del Ártico y están gravemente dañados por la acidificación. Los caparazones de los pterópodos se disuelven al aumentar la acidificación y las estrellas quebradizas pierden masa muscular cuando vuelven a crecer los apéndices. [129] Para que los pterópodos creen conchas, necesitan aragonito que se produce a través de iones de carbonato y calcio disuelto. Los pterópodos se ven gravemente afectados porque el aumento de los niveles de acidificación ha disminuido constantemente la cantidad de agua sobresaturada con carbonato que se necesita para la creación de aragonito. [130] Las aguas árticas están cambiando tan rápidamente que se volverán insaturadas con aragonito ya en 2016. [130] Además, los huevos de la estrella quebradiza mueren en unos pocos días cuando se exponen a las condiciones esperadas resultantes de la acidificación del Ártico. [131] La acidificación amenaza con destruir las redes tróficas del Ártico desde la base hacia arriba. Las redes alimentarias del Ártico se consideran simples, lo que significa que hay pocos pasos en la cadena alimentaria desde los organismos pequeños hasta los depredadores más grandes. Por ejemplo, los pterópodos son "una presa clave de varios depredadores superiores: plancton más grande, peces, aves marinas, ballenas". [132] Tanto los pterópodos como las estrellas de mar sirven como una fuente sustancial de alimento y su eliminación de la simple red alimentaria representaría una seria amenaza para todo el ecosistema. Los efectos sobre los organismos calcificantes en la base de las redes tróficas podrían potencialmente destruir las pesquerías. El valor del pescado capturado en las pesquerías comerciales de EE. UU. En 2007 fue valorado en $ 3.8 mil millones y de ese 73% se derivó de calcificadores y sus depredadores directos. [133] Otros organismos se dañan directamente como resultado de la acidificación. Por ejemplo, la disminución en el crecimiento de calcificadores marinos como la langosta americana , el quahog oceánico y las vieiras significa que hay menos carne de mariscos disponible para la venta y el consumo. [134] Las pesquerías de centolla también se encuentran en una seria amenaza porque los cangrejos son calcificadores y dependen de los iones de carbonato para el desarrollo de la concha. El cangrejo real rojo bebé cuando se expuso a niveles elevados de acidificación experimentó una mortalidad del 100% después de 95 días. [135] En 2006, el cangrejo real rojo representó el 23% del total de niveles de captura de referencia y una disminución importante de la población de cangrejo rojo amenazaría a la industria de captura de cangrejos. [136] Es probable que varios bienes y servicios oceánicos se vean socavados por la futura acidificación de los océanos que podría afectar los medios de vida de unos 400 a 800 millones de personas, según el escenario de las emisiones. [10]

Impacto en los pueblos indígenas

La acidificación podría dañar la economía turística del Ártico y afectar el modo de vida de los pueblos indígenas. Un pilar importante del turismo ártico es la industria de la caza y la pesca deportiva . La industria de la pesca deportiva se ve amenazada por el colapso de las redes alimentarias que proporcionan alimento a los peces más preciados. Una disminución del turismo reduce la entrada de ingresos en el área y amenaza a las economías que dependen cada vez más del turismo. [137] La rápida disminución o desaparición de la vida marina también podría afectar la dieta de los pueblos indígenas .

Manifestante llamando a la acción contra la acidificación de los océanos en la Marcha por el Clima de los Pueblos (2017) .

Reducción de CO
2 emisiones

Los miembros del Panel InterAcademy recomendaron que para 2050, el CO antropogénico global
2las emisiones se reduzcan menos del 50% del nivel de 1990. [16] La declaración de 2009 [16] también pidió a los líderes mundiales que:

  • Reconocer que la acidificación de los océanos es una consecuencia directa y real del aumento de CO atmosférico
    2    concentraciones, ya está teniendo un efecto en las concentraciones actuales, y es probable que cause graves daños a importantes ecosistemas marinos ya que el CO
    2     las concentraciones alcanzan 450 [partes por millón (ppm)] y más;
  • ... Reconozca que reducir la acumulación de CO
    2     en la atmósfera es la única solución viable para mitigar la acidificación de los océanos;
  • ... Revitalizar la acción para reducir los factores de estrés, como la sobrepesca y la contaminación , en los ecosistemas marinos para aumentar la resiliencia a la acidificación de los océanos. [138]

Estabilización del CO atmosférico
2concentraciones de 450 ppm requerirían reducciones de emisiones a corto plazo, con reducciones más pronunciadas con el tiempo. [139]

El Consejo Asesor Alemán sobre Cambio Global [140] declaró:

Para evitar la alteración de la calcificación de los organismos marinos y el riesgo resultante de alterar fundamentalmente las redes tróficas marinas, se debe respetar la siguiente barandilla: el pH de las aguas superficiales no debe descender más de 0,2 unidades por debajo del valor medio preindustrial. en cualquier región oceánica más grande (ni en la media mundial).

Un objetivo de política relacionado con la acidez de los océanos es la magnitud del calentamiento global futuro. Las partes de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC) adoptaron el objetivo de limitar el calentamiento a menos de 2 ° C, en relación con el nivel preindustrial. [141] El cumplimiento de este objetivo requeriría reducciones sustanciales del CO antropogénico.
2emisiones. [142]

Limitar el calentamiento global a menos de 2 ° C implicaría una reducción del pH de la superficie del océano de 0,16 con respecto a los niveles preindustriales. Esto representaría una disminución sustancial del pH de la superficie del océano. [143]

El 25 de septiembre de 2015, la USEPA denegó [144] una petición de ciudadanos del 30 de junio de 2015 [145] que pedía a la EPA que regulara el CO
2bajo TSCA para mitigar la acidificación de los océanos. En la negación, la EPA dijo que los riesgos de la acidificación de los océanos se estaban "abordando de manera más eficiente y eficaz" en las acciones nacionales, por ejemplo, en el marco del Plan Presidencial de Acción Climática , [146] y que se están buscando múltiples vías para trabajar con y en otras naciones. para reducir las emisiones y la deforestación y promover la energía limpia y la eficiencia energética.

El 28 de marzo de 2017, Estados Unidos rescindió por orden ejecutiva el Plan de Acción Climática. [147] El 1 de junio de 2017 se anunció que EE. UU. Se retiraría de los acuerdos de París , [148] y el 12 de junio de 2017 que EE. UU. Se abstendría del Compromiso sobre el cambio climático del G7, [149] dos importantes esfuerzos internacionales para reducir el CO
2 emisiones.

La prevención y reducción significativa de todo tipo de contaminación marina, incluida la acidificación de los océanos, es parte de las metas del Objetivo de Desarrollo Sostenible 14 de las Naciones Unidas . [17]

Geoingeniería

Se ha propuesto la geoingeniería como una posible respuesta a la acidificación de los océanos. La declaración de IAP (2009) [16] dijo que se necesita más investigación para demostrar que esto sería seguro, asequible y valioso:

Es probable que los enfoques de mitigación, como la adición de productos químicos para contrarrestar los efectos de la acidificación, sean costosos, solo parcialmente efectivos y solo a una escala muy local, y pueden plantear riesgos adicionales imprevistos para el medio marino. Ha habido muy poca investigación sobre la viabilidad y los impactos de estos enfoques. Se necesita una investigación sustancial antes de que se puedan aplicar estas técnicas.

Los informes de la WGBU (2006), [140] la Royal Society del Reino Unido (2009), [150] y el Consejo Nacional de Investigación de los Estados Unidos (2011) [151] advirtieron sobre los posibles riesgos y dificultades asociados con la ingeniería climática.

Fertilización con hierro

La fertilización con hierro del océano podría estimular la fotosíntesis en el fitoplancton (ver la hipótesis del hierro ). El fitoplancton convertiría el dióxido de carbono disuelto del océano en carbohidratos y oxígeno gaseoso, algunos de los cuales se hundirían en las profundidades del océano antes de oxidarse. Más de una docena de experimentos en mar abierto confirmaron que agregar hierro al océano aumenta la fotosíntesis en el fitoplancton hasta 30 veces. [152] Si bien este enfoque se ha propuesto como una posible solución al problema de la acidificación de los océanos, la mitigación de la acidificación de la superficie del océano podría aumentar la acidificación en las profundidades del océano menos habitadas. [153]

Un informe de la Royal Society del Reino Unido (2009) [154] examinó el enfoque en cuanto a eficacia, asequibilidad, puntualidad y seguridad. La calificación de asequibilidad fue "media" o "no se esperaba que fuera muy rentable". Para los otros tres criterios, las calificaciones variaron de "bajo" a "muy bajo" (es decir, no bueno). Por ejemplo, en lo que respecta a la seguridad, el informe encontró un "[alto] potencial de efectos secundarios ecológicos indeseables", y que la fertilización del océano "puede aumentar las regiones anóxicas del océano (' zonas muertas ')". [155]

Tres de los cinco grandes eventos de extinción masiva del pasado geológico se asociaron con un rápido aumento del dióxido de carbono atmosférico, probablemente debido al vulcanismo y / o disociación térmica de los hidratos de gas marinos. [156] [157] Las primeras investigaciones se centraron en los efectos climáticos de los niveles elevados de CO 2 en la biodiversidad , [158] pero en 2004, se sugirió una disminución de la saturación de CaCO 3 debido a la absorción de CO 2 volcánico por el agua de mar como un posible mecanismo de muerte durante la extinción masiva marina al final del Triásico . [159] La crisis biótica del fin del Triásico sigue siendo el ejemplo mejor establecido de una extinción masiva marina debido a la acidificación de los océanos, porque (a) la actividad volcánica, los cambios en los isótopos de carbono, la disminución de la sedimentación de carbonatos y la extinción marina coincidieron precisamente en el registro estratigráfico, [160] [161] [162] [163] y (b) hubo una pronunciada selectividad de la extinción contra organismos con esqueletos aragoníticos gruesos, [160] [164] [165] que se predice a partir de estudios experimentales. [80] [81] [166] [167] La acidificación del océano también se ha sugerido como una causa de la extinción masiva del final del Pérmico [168] [169] y la crisis del final del Cretácico . [170]

  • PH de la superficie del mar "actual" (década de 1990)

  • Alcalinidad actual

  • CO antropogénico de la superficie del mar "actual" (década de 1990)
    2

  • Inventario vertical de CO antropogénico "actual" (década de 1990)
    2

  • Cambio de CO superficial2−
    3     ion desde el 1700 hasta el 1990

  • DIC actual

  • DIC preindustrial

  • Un CO in situ de la NOAA ( AOML )
    2     sensor de concentración (SAMI-CO2), conectado a una estación del Sistema de alerta temprana de arrecifes de coral, utilizado para realizar estudios de acidificación del océano cerca de áreas de arrecifes de coral

  • Un CO autónomo amarrado por la NOAA ( PMEL )
    2    boya utilizada para medir CO
    2     estudios de concentración y acidificación del océano

  • BIOACID , también conocido como Impactos biológicos de la acidificación de los océanos
  • Bomba  biológica: el secuestro de carbono impulsado biológicamente por el océano de la atmósfera al interior del océano y al fondo marino.
  • Sumidero de carbono  : depósito que absorbe más carbono del que emite al aire, y almacena carbono a largo plazo.
  • Combustible neutro en carbono  : tipo de combustible que no tiene emisiones netas de gases de efecto invernadero ni huella de carbono.
  • Efectos del calentamiento global en los océanos
  • Acidificación de estuarios
  • Extinción del Holoceno  : evento de extinción en curso causado por la actividad humana
  • Acidificación del océano en el océano Ártico
  • Acidificación del océano en la Gran Barrera de Coral  : amenaza para el arrecife que reduce la viabilidad y la fuerza de los corales formadores de arrecifes.
  • Desoxigenación del océano

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