La acidificación de los océanos: causas y efectos
Corales ‘blanqueados’ efecto de la acidificación oceánica
Rafael Aparicio Torinos
La acidificación de los océanos es un proceso que hace que disminuya el nivel de pH de los mismos, es decir, que aumente la concentración de iones H+ disueltos en el agua.
El pH de las aguas en general y del océano en particular no es constante ni en el tiempo ni en el espacio y se ve afectado por varias variables naturales, encontrándose en un equilibrio dinámico. Algunas de esas variables son la temperatura del agua y la concentración de CO2 en la atmósfera. La acidez del océano está por tanto relacionada con el ciclo del carbono, uno de los susbsitemas más importantes de la biosfera.
Actualmente se está observando una rápida acidificación en los océanos del mundo debida según se cree a las actividades humanas desde la revolución industrial y relacionada con la emisión de gases de efecto invernadero. Desde que se tienen registros, antes de la revolución industrial (s.XVIII) hasta la fecha, el pH marino ha pasado de 8,179 a 8,104. Puede parecer un cambio pequeño pero hay que tener en cuenta que el pH es una escala logarítmica y ese cambio supone un aumento del 30% de la concentración media de protones en el agua marina.
Cambio en el pH del agua oceánica superficial desde el s.XVIII hasta los noventa
Por otra parte debe siempre considerarse la velocidad del cambio. Aunque dos o tres siglos nos parezcan muchísimo tiempo desde nuestro punto de vista humano, en una escala geológica, que es en la que se desarrollan este tipo de alteraciones globales, un cambio así suponen una alteración muy busca del parámetro estudiado.
¿Qué causa la acidificación de los océanos?
La causa de la presente acidificación de las aguas es uno de los efectos del aumento de emisiones de gases de efecto invernadero, concretamente, del CO2. De forma natural y como parte del ciclo del carbono, el océano actúa como sumidero para torno al 25-30% del CO2. Este efecto es a priori positivo ya que reduce la intensidad del cambio climático, pero parece que nada sale gratis en la naturaleza. El dióxido de Carbono se disuelve en el océano y provoca un aumento de la acidez del mismo al combinarse con agua para formar ácido carbónico que se ioniza parcialmente en protones e iones bicarbonato.
CO2(g) + H2O (l) → H2CO3 (aq) → HCO3–(aq) + H+(aq)
De hecho la acidez de agua marina es determinada en buena medida por la concentración de CO2 disuelta en la misma. Dado que la concentración de este gas en el agua depende en buena medida de la concentración del mismo en la atmósfera, se deduce que el aumento (antropogénico o de otra causa) de la concentración de CO2 atmosférico causará un aumento de la concentración de CO2 en el agua y por tanto una disminución del pH de la misma.
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Esquema simplificado de la parte oceánica del ciclo del carbono
Ha habido episodios previos de acidificación oceánica en el pasado. Por ejemplo en el PETM o máximo térmico del Paleoceno-Eoceno sucedido súbitamente hace 55.8 millones de años. En ese período hubo extinciones abundantes tanto en tierra firme como en el mar. Este episodio se encuentra aún en estudio y no está claro cuales fueron sus causas. Conviene reseñar que se estima que ese cambio climático se produjo durante un tiempo no menor a mil años y se estima que la emisión de dióxido de carbono que lo causó se produjo a una velocidad de aproximadamente un cuarto a un décimo de la actual provocada por el hombre.
¿Cuáles son sus efectos?
La acidificación de los océanos supone una alteración de ‘las reglas del juego’ que rigen la vida en los diferentes ecosistemas marinos. El efecto más importante parece ser el de la reducción de la calcificación.
La presencia de mayor cantidad de iones bicarbonato en disolución hace que la solubilidad del carbonato cálcio (CaCO3) aumente, dificultando el que los organismos marinos conserven sus conchas calcáreas nuevas. Esto tiene un efecto particularmente notable sobre la fauna marina, en particular sobre la que requiere de esta sustancia para fabricar sus conchas, cáscaras, exoesqueletos y demás estructuras protectoras o de soporte. Las especies más afectadas de forma directa pertenecen a los siguientes grupos: corales, moluscos, crustáceos, equinodermos, cocolitofóridos, foraminíferos.
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Efecto de la disminución del pH marino observado: disminución de la concentración del ión carbonato CO32-
El gráfico anterior representa un equilibrio que se puede observar en el agua marina a diferentes pHs entre las tres especies químicas. A mayor acidez menor concentración de ión carbonato, que solo existe en medios relativamente básicos y por tanto mayores dificultades para las especies animales que dependen de él.
El efecto más notable y señalado es el del blanqueamiento del coral. Existen en nuestros océanos inmensas superficies cubiertas por corales, esencialmente en latitudes tropicales. Las zonas cubiertas por ellos son el equivalente submarino de las selvas tropicales. Son las zonas donde existe mayor biodiversidad de todo el océano. El blanqueo del coral es un proceso que sufre el coral cuando está bajo estrés y que puede acabar con su muerte de mantenerse las circunstancias que lo provocan. La acidificación es uno de los factores detonantes del blanqueo y suele ir de la mano del aumento de temperatura del agua provocado por el cambio climático.
La acidificación puede causar una reducción del plancton que como se sabe afectará a especies que dependen de él para alimentarse. El plancton está formado por una mezcla de especies, en muchos casos larvas de especies de tamaños mayores.
Los organismos afectados pueden sufrir deformidades en sus conchas o tener que vivir con conchas más frágiles que los hagan más vulnerables ante los ataques de sus depredadores.
Hay especies que se verán beneficiadas por la acidificación. Especies oportunistas que aprovechen los nichos dejados por especies competidoras. Es esperable que se desarrollen cambios en las cadenas tróficas de prácticamente todos los ecosistemas oceánicos.
Tanto los efectos de la acidificación como los procesos de calcificación están aún siendo estudiados.
¿Por qué debe preocuparnos?
La acidificación es un fenómeno preocupante por lo incontrolable de su alcance y de sus efectos. Al tener el potencial de afectar a escalones próximos a la base de las cadenas tróficas de prácticamente todos los ecosistemas marinos puede provocar grandes alteraciones en las poblaciones de prácticamente todas las especies.
Un gran número de especies marinas pueden verse en peligro de seguir aumentando. Pueden extinguirse local o globalmente. Aún obviando que cualquier especie tiene el mismo derecho a existir que nosotros, el colapso de una especie sin interés comercial puede desencadenar otros de especies que si que lo tienen.
Por supuesto, no ha habido precedentes de un océano tan ácido como al que nos enfrentamos en tiempos históricos, pero hay que remontarse al menos 40-50 millones de años para encontrar una situación similar a la que puede suceder a finales de este siglo. Es probablemente imposible preveer las consecuencias con exactitud, pero teniendo en cuenta que el 50% de la población mundial vive próxima a los océanos y que un gran número de personas dependen de él para vivir y para alimentarse, es fácil darse cuenta que la acidificación unida a otras circunstancias puede ser tan desastrosa para el ser humano como para muchos de los seres que habitan en los océanos.
Al igual que otros procesos ligados al cambio climático, no se han visto nunca en la historia geológica de la tierra cambios tan radicales y tan bruscos en el pH oceánico. El hecho de que el cambio sea brusco hace más difícil la adaptación de las especies, mediante desplazamiento, evolución etc. El hecho de el cambio sea radical asusta por el peligro percibido por la comunidad internacional de cruzar algún tipo de punto de no retorno, a partir del cual no se pueda volver atrás.
¿Qué se puede hacer al para evitar la acidificación?
Hay algunas propuestas para mitigar, reducir o detener este problema.
Una de ellas en el campo de la geoingeniería consiste en sembrar con hierro molido buena parte del océano para facilitar el crecimiento de fitoplancton que absorba en dióxido de carbono liberando oxígeno y formando carbohidratos. Por lo visto aumenta la productividad del fitoplancton en hasta un 30%. El problema es llevarlo a cabo y los efectos secundarios que pueda tener una acción de ese tipo.
Claramente la solución pasaría por reducir al mínimo las emisiones de gases de efecto invernadero. Aún así la ‘inercia’ del dióxido de carbono extra que ya está en la atmósfera y en las aguas tardaría un tiempo en ser ‘digerido’ por el ciclo de carbono global. Por tanto es muy probable que el aumento de la temperatura, de la acidez de los océanos y otros efectos que se escapan a este artículo siguieran aumentando durante al menos unas décadas.
Acabar con la deforestación, la erosión y la degradación de suelos podrían servir a la causa contra la acidificación, ya que los bosques actúan como sumideros de carbono.
El CO2 atmosférico ha aumentado la acidez de los océanos al mayor ritmo de los últimos 65 millones de años, un fenómeno que, añadido a la sobrepesca, sentencia a las principales especies marinas y a los arrecifes de coral al colapso en apenas unas décadas.
Mientras el calentamiento global concentra la atención de los medios en torno al cambio climático, el otro gran problema, la creciente acidez de los océanos, pasa desapercibido. Una tormenta perfecta contra la que científicos de todo el mundo alzan la voz, temerosos de que no se les haga caso y sus palabras sean calificadas de exageración poco documentada.
Científicos tan poco prestos a la radicalidad como el australiano John Veron, que ha estudiado los arrecifes coralinos durante décadas, se sorprenden del dramático cambio en los océanos que ellos mismos han presenciado y, si hace unos años no habrían secundado ninguna teoría que aventurara la destrucción del fitoplancton o los corales, han cambiado de opinión, muy a su pesar. Ahora, Veron cree que ecosistemas como la Gran Barrera de Coral podrían desaparecer en la vida de los niños de hoy.
Ningún sofisticado plan de geoingeniería, ni siquiera reducir drásticamente las emisiones de CO2 reverterían el proceso de acidificación actual. Hay que depositar las esperanzas, según los ingenieros, en tres actividades con un coste relativo y al alcance de la sociedad actual: plantar y conservar bosques; enriquecer y prevenir la erosión del suelo agrario; y estimular el crecimiento de plancton, la base de la cadena alimentaria de los océanos.
El otro problema del dióxido de carbono
Ello no será fácil, no obstante. Un informe encargado por la ONU expone que desactivar el actual ciclo del carbono que acelera la acidificación será más complicado que introducir las mencionadas medidas correctoras del fenómeno. El 25% del CO2 generado por la quema de combustibles fósiles es absorbido por los océanos y, a medida que el gas se disuelve en el agua salada, se convierte en ácido carbónico.
La aceleración artificial de este proceso ha alterado la composición química de los océanos hasta tal punto que ya afecta a todos los organismos marinos, incluidos los arrecifes de coral, sus mayores reservas de biodiversidad, cuyo papel es equivalente al de los bosques tropicales en tierra firme.
No hay posibles interpretaciones contradictorias sobre este fenómeno, ni es necesario basarse en complejos modelos de computación. La mayor acidez del agua afecta al desarrollo de crustáceos, moluscos y equinodermos, al inhibir la formación de su coraza, como se ha demostrado en los criaderos de ostras del Estado de Washington, Estados Unidos.
Los organismos calcáreos usan las composiciones (polimorfos) del carbonato cálcico, calcita y aragonito, para construir cubiertas celulares y esqueletos. Será difícil, por tanto (como ya auguraba la Royal Society of London en un estudio de 2005), evitar el retroceso de todas las especies calcáreas. La duda: ¿cuál será el efecto en cadena sobre el resto de las especies marinas?
A mayor CO2, pH más bajo en los océanos
La acidificación artificial pone en riesgo el equilibrio de los océanos tal y como los conocemos, pero cuantificar los riesgos derivados de esta situación es una tarea más complicada, cree The Economist.
La acidificación de los océanos se refiere al actual descenso pronunciado del pH (medida de acidez o alcalinidad de una solución) de los océanos. A medida que los niveles de CO2 aumentan, el nivel de pH del agua se reduce. La acidez depende de la presencia de iones de hidrógeno (la "H" del pH), y su mayor concentración implica una menor alcalinidad (o pH). Exponer la superficie de los océanos a la atmósfera más saturada de CO2 de la historia ha reducido el pH a escala planetaria.
The Economist explica que la acificación tiene implicaciones químicas adicionales. Más iones de hidrógeno suponen más iones de bicarbonato, y menos iones de carbonato. El carbonato es la materia con la que se forman el coral, la coraza de moluscos y crustáceos y las capas externas de buena parte del plancton fotosintético y otros organismos microscópicos.
Cómo cuantificar el daño
Si el nivel de los iones de carbonato disminuye hasta niveles insuficientes, las corazas y caparazones se podrían disolver o incluso no llegarían a formarse. De nuevo, no se trata de modelos proyectados de aquí a unas décadas, sino de evidencia científica recogida en experimentos de todo el mundo. Se sabe, por ejemplo, que la cantidad de carbonato en el diminuto caparazón de los foraminíferos, un plancton hasta ahora muy abundante y crucial para la ecología de los océanos, ha disminuido un tercio en los últimos tiempos.
Los efectos del fenómeno no serán uniformes, aseguran los científicos. De nuevo, no se sabe cómo calcular hasta qué punto el descenso dramático del pH modificará la vida en los océanos, ya que dependerá de la evolución del indicador en las próximas décadas, así como de la conocida variabilidad local y la capacidad de adaptación a las nuevas condiciones de un gran número de especies.
Se ha observado en zonas tropicales o en el mar Mediterráneo, que la alteración del pH y la temperatura de los mares y océanos promoverán la proliferación de las especies con mayor capacidad de adaptación, mientras que las criaturas más especializadas, que han basado su estrategia evolutiva en su ajuste a las condiciones estables de los océanos durante millones de años, serán los principales perjudicados.
Como también ocurre con la vida en tierra firme, los ojos de la opinión pública se centran en el drama que se experimenta en los arrecifes de coral, olvidando otras criaturas igualmente valiosas para el mantenimiento de los ecosistemas marinos, en este caso el plancton microscópico, situado en la base de una compleja cadena alimentaria de la que dependen por igual criaturas marinas y millones de personas. Pero la reducción drástica de las principales especies de fitoplancton podría tener consecuencias no sólo sobre la vida marina, sino sobre el clima de la Tierra.
Actividades con futuro dudoso
Pescar o disfrutar, mediante el buceo, de los arrecifes de coral, podrían ser actividades del pasado en una generación o dos. No se trata de la afirmación de un grupo ecologista radical, sino de la predicción del mencionado John (J.E.N.) Veron, antiguo jefe científico del Instituto Australiano de Ciencia Marina, que ha visitado regularmente la Gran Barrera de Coral durante los últimos 40 años.
La acidez de los océanos ha aumentado el 30% desde el inicio de la Revolución Industrial y, con los niveles actuales de emisión de CO2, ésta podría ser un 150% mayor a finales de este siglo.
El propio J.E.N. Veron se cuestiona el futuro de los arrecifes de coral del mundo en un ensayo difundido en Yale Environment 360. Su redacción ha tenido que ser dura para quien ha dedicado su vida a difundir con rigurosidad científica la riqueza y biodiversidad de la Gran Barrera de Coral, cuyo tamaño -se extiende a lo largo de 2.600 kilómetros de la costa noreste de Australia-, la hace visible desde el espacio.
El incrédulo científico marino que certificó su peor pesadilla
Veron recuerda que, en las últimas décadas, se han escrito decenas de artículos sobre las numerosas amenazas para los arrecifes de coral. En las décadas de los 60 y 70, el riesgo fue personalizado en la corona de espinas, una especia invasiva de estrella de mar que se alimenta de coral.
En los 80 y 90, pese a que la presencia de la corona de espinas continuaba multiplicándose, los artículos sobre el futuro de los arrecifes se centraron en nuevas amenazas, tales como la erosión y escorrentía de sedimentos, el empobrecimiento de los nutrientes, la sobrepesca y la destrucción del hábitat en general.
Ahora, sin embargo, la amenaza es mucho mayor, según Veron. "Nada se acerca a la devastación que está a punto de ocurrir". En esta ocasión, no se trata de amenazas que minan poco a poco el futuro de zonas concretas de un ecosistema complejo.
El científico marino australiano está especialmente preocupado por el escaso efecto que cualquier llamada a la acción tendría en el caso de la acidificación de los océanos, ya que damos por sentado, "que no será tan malo como lo que los peores agoreros como yo están prediciendo. Esta visión es comprensible dado que, sólo hace unas décadas, yo mismo habría considerado ridículo imaginar que los arrecifes pudieran tener una duración limitada en la Tierra como consecuencia de las acciones humanas".
Entonces, él mismo habría considerado la desaparición de los corales como una conclusión trasnochada. "Sin embargo, aquí estoy hoy, honrado de haber dedicado los años científicos más productivos de mi vida en torno a las ricas maravillas del mundo submarino, y absolutamente convencido de que no permanecerán allí para que los hijos de nuestros hijos puedan disfrutar de ellas, a menos que cambiemos drásticamente nuestras prioridades y la forma en que vivimos".
Los corales son los canarios del océano
Durante la I Revolución Industrial, los canarios eran usados en las minas de carbón como sistema temprano de alarma, ya que su muerte anunciaba la presencia de gases tóxicos como el monóxido de carbono y el metano.
En su ensayo para Yale Environment 360, J.E.N. Veron concluye que los arrecifes de coral no son más que los canarios de los océanos y su deplorable estado augura el empeoramiento de la salud de los ecosistemas marinos.
El científico marino australiano recuerda que hay un patrón común en los últimos cuatro eventos de extinción masiva: tras ellos, los arrecifes de coral desaparecieron, no sólo por unos milenios, sino durante millones de años, mucho después de que las condiciones climáticas especialmente adversas, responsables de las extinciones, hubieran retornado a niveles benignos.
Peor aún, si bien la acidificación puede acelerarse con mayores niveles de CO2 en la atmósfera durante períodos relativamente cortos, no existen soluciones geoquímicas capaces de invertir el proceso, una vez iniciado. Sólo es posible retornar a niveles de pH superiores mediante los procesos climáticos de disolución, conocidos como el ciclo del carbono. Un cambio radical del pH con respecto a los niveles no surtiría efecto en siglos o milenios, según los cálculos optimistas.
A medida que la acidificación progrese, diferentes especies de coral, algas coralinas, plancton y moluscos mostrarán una tolerancia distinta, pero todas padecerán algún tipo de osteoporosis coralina. Quizá el resultado más debastador y espectacular a ojos del ser humano será la futura ineficacia del coral, que no podrá erigir arrecifes capaces de resistir la erosión.
Emular a la naturaleza
Los niveles atmosféricos de CO2 el frágil consenso de la Cumbre del Clima de Cancún ha reconocido que se alcanzarán, superan con creces los registrados durante cualquier otro momento desde el nacimiento y desarrollo de la Gran Barrera de Coral, hace 25 millones de años.
Los arrecifes de coral son, como explica J.E.N. Veron, los canarios de los océanos, aunque su carácter y composición se asemeja más al de un dique de contención de la vida en los océanos. Si el coral sufre un daño irreparable y es incapaz de regenerarse de manera consistente, el resto de especies acelerarían su desaparición, engrosando el catálogo de las ya numerosas víctimas de la sexta extinción masiva, en marcha en la actualidad.
Los científicos reconocen que sólo la vida puede, en este caso, salvar la vida. Las soluciones para reducir o mitigar la acidificación de los océanos consisten en emular la naturaleza y crear, por ejemplo, un ciclo del carbono que contrarreste el efecto de las altas concentraciones de CO2 en la atmósfera y evitar al máximo la absorción de gases contaminantes por los océanos.
Parte del aporte extraordinario de CO2 a la atmósfera (generado a través de la quema de combustible, la producción de cemento, etcétera) ha permanecido en la atmósfera, mientras que otra porción considerable ha sido absorbida por las plantas terrestres. El resto acaba en los océanos.
La comunidad científica medita posibles soluciones, aunque dados los precedentes de inacción climática global debido a la falta de acuerdo entre países o la ausencia de consenso acerca de posibles soluciones, devuelven la responsabilidad a la propia naturaleza.
No sería la primera vez que la vida se conjurara contra el impacto producido por el hombre.
Más plantas, mejores suelos, más fitoplancton (y no menos)
Hay polémicos estudios de geoingeniería que pretenden atajar la acidificación mediante el vertido de grandes cantidades de cal viva en los océanos (la cal viva, mezclada con agua marina, absorbe grandes cantidades de dióxido de carbono); o acelerando el proceso de disolución de las rocas terrestres en contacto con el agua marina hasta conformar soluciones alcalinas.
Sea como fuere, la solución a la acidificación se presenta más complicada que la ya de por sí titánica tarea de limitar al máximo el ascenso de las temperaturas en la atmósfera debido al efecto invernadero.
A no ser, claro, que la propia Tierra sea capaz de autorregularse y contrarrestar el "imprevisto". Quienes crearon el problema no muestran, de momento, ni buena disposición ni recursos técnicos suficientes para evitar que el pH de los océanos siga retrocediendo.
El buen camino, de momento el único, consiste en plantar árboles y conservar la vegetación terrestre existente; evitar la erosión de los suelos agrarios; y estimular el crecimiento de fitoplancton.
Nunca hay que menospreciar la labor de las criaturas más diminutas de la Tierra, recuerda el biólogo Edward O. Wilson siempre que tiene oportunidad.
Una prueba de ello: según J. Ruttiman, el descenso de los niveles de fitoplancton en mares y océanos puede acrecentar el cambio climático, mediante el descenso del albedo (nivel de radiación solar) de la Tierra, debido a sus efectos sobre la cobertura de las nubes oceánicas.
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