El océano Ártico cubre un área de 14.056.000 kilómetros cuadrados y sustenta una red alimentaria socioeconómica diversa e importante de organismos, a pesar de que la temperatura promedio de sus aguas es de 32 grados Fahrenheit. [1] Durante las últimas tres décadas, el océano Ártico ha experimentado cambios drásticos debido al cambio climático. [1] Uno de los cambios está en los niveles de acidez del océano, que han aumentado constantemente a un ritmo dos veces mayor que el de los océanos Pacífico y Atlántico . [2] La acidificación del océano Ártico es el resultado de la retroalimentación de los mecanismos del sistema climático y está teniendo impactos negativos en los ecosistemas del océano Ártico y los organismos que viven en ellos.
La acidificación de los océanos es causada por el equilibrio de la atmósfera con el océano, un proceso que ocurre en todo el mundo. El dióxido de carbono en la atmósfera se equilibra y se disuelve en el océano. Durante esta reacción, el dióxido de carbono reacciona con el agua para formar ácido carbónico . El ácido carbónico luego se disocia en iones de bicarbonato e iones de hidrógeno. [3] Esta reacción hace que el pH del agua baje, acidificándola efectivamente. [3] La acidificación de los océanos se está produciendo en todos los océanos del mundo. Desde el comienzo de la Revolución Industrial , los océanos del mundo han absorbido aproximadamente 525 mil millones de toneladas de dióxido de carbono. [1] Durante este tiempo, el pH de los océanos del mundo ha disminuido colectivamente de 8,2 a 8,1, y los modelos climáticos predicen una disminución adicional del pH de 0,3 unidades para 2100. [1] Sin embargo, el océano Ártico se ha visto más afectado debido a las temperaturas frías del agua y al aumento de la solubilidad de los gases a medida que disminuye la temperatura del agua. El agua fría del Ártico puede absorber mayores cantidades de dióxido de carbono en comparación con los océanos Pacífico y Atlántico más cálidos. [4]
Los cambios químicos provocados por la acidificación del océano Ártico están teniendo repercusiones ecológicas y socioeconómicas negativas. Con los cambios en la química de su entorno, los organismos árticos se enfrentan a nuevos factores de estrés que pueden tener efectos perjudiciales sobre ellos, y algunos se ven más afectados que otros. Los organismos calcificadores parecen ser los más afectados por este cambio en la composición del agua, ya que dependen de la disponibilidad de carbonato para sobrevivir. Las concentraciones de carbonato disuelto disminuyen con el aumento del dióxido de carbono y la reducción del pH en el agua. [5]
Las cadenas alimentarias ecológicas también se ven alteradas por la acidificación. La acidificación reduce la capacidad de muchos peces para crecer, lo que no solo afecta a las cadenas alimentarias, sino también a los seres humanos que dependen de estas pesquerías. [1] Los efectos económicos son el resultado de cambios en las cadenas alimentarias que reducen las poblaciones de peces populares. Estas poblaciones de peces proporcionan trabajo a las personas que trabajan en la industria pesquera . [6] Como es evidente, la acidificación de los océanos carece de beneficios positivos y, como resultado, se ha colocado en un lugar alto de la lista de prioridades dentro de los Estados Unidos y otras organizaciones como el Comité Científico de Investigación Oceánica, la Comisión Oceanográfica Intergubernamental de la UNESCO , el Programa de Carbono y Biogeoquímica Oceánica, el Proyecto Integrado de Investigación de Biogeoquímica Marina y Ecosistemas y el Consorcio para el Liderazgo Oceánico. [1]
El hielo marino del Ártico ha experimentado una reducción extrema en las últimas décadas, con un área mínima de hielo marino de 4,32 millones de km2 en 2019, [7] una marcada disminución del 38% desde 1980, cuando el área mínima era de 7,01 millones de km2 . [ 8] El hielo marino juega un papel importante en la salud del Océano Ártico, y su disminución ha tenido efectos perjudiciales en la química del Océano Ártico. Todos los océanos se equilibran con la atmósfera extrayendo dióxido de carbono de la atmósfera y llevándolo al océano, lo que reduce el pH del agua. [9] El hielo marino limita el intercambio de gases aire-mar con dióxido de carbono [10] al proteger el agua de estar completamente expuesta a la atmósfera. Los niveles bajos de dióxido de carbono son importantes para el Océano Ártico debido al enfriamiento intenso, la escorrentía de agua dulce y la fotosíntesis de los organismos marinos. [10] Las reducciones en el hielo marino han permitido que más dióxido de carbono se equilibre con el agua del Ártico, lo que resulta en una mayor acidificación. La disminución del hielo marino también ha permitido que más agua del océano Pacífico fluya hacia el océano Ártico durante el invierno, lo que se conoce como agua de invierno del Pacífico. El agua del océano Pacífico tiene un alto contenido de dióxido de carbono y, con la disminución de la cantidad de hielo marino, más agua del océano Pacífico ha podido ingresar al océano Ártico, llevándose consigo dióxido de carbono. Esta agua de invierno del Pacífico ha acidificado aún más el océano Ártico, así como ha aumentado la profundidad del agua acidificada. [2]
El cambio climático está provocando la desestabilización de múltiples sistemas climáticos dentro del Océano Ártico. Un sistema que el cambio climático está impactando son los hidratos de metano. Los hidratos de metano se encuentran a lo largo de los márgenes continentales y se estabilizan por la alta presión, así como por las temperaturas uniformemente bajas. El cambio climático ha comenzado a desestabilizar estos hidratos de metano dentro del Océano Ártico al disminuir la presión y aumentar las temperaturas, lo que permite que los hidratos de metano se derritan y liberen metano en las aguas árticas. [11] Cuando el metano se libera en el agua, puede ser utilizado a través del metabolismo anaeróbico o aeróbico por microorganismos en el sedimento oceánico , o puede ser liberado del mar a la atmósfera. [11] El más impactante para la acidificación de los océanos es la oxidación aeróbica por microorganismos en la columna de agua. [11] El dióxido de carbono se produce por la reacción del metano y el oxígeno en el agua. Luego, el dióxido de carbono se equilibra con el agua, produciendo ácido carbónico , que luego se equilibra para liberar iones de hidrógeno y bicarbonato y contribuye aún más a la acidificación de los océanos.
Los organismos en las aguas del Ártico están bajo un alto estrés ambiental, como agua extremadamente fría. Se cree que este entorno de alto estrés hará que los factores de acidificación del océano tengan un efecto más fuerte en estos organismos. También podría hacer que estos efectos aparezcan en el Ártico antes de que aparezcan en otras partes del océano. Existe una variación significativa en la sensibilidad de los organismos marinos al aumento de la acidificación del océano. Los organismos calcificantes generalmente exhiben respuestas negativas más grandes de la acidificación del océano que los organismos no calcificantes en numerosas variables de respuesta, con la excepción de los crustáceos , que se calcifican pero no parecen verse afectados negativamente. [12] Esto se debe, principalmente, al proceso de calcificación biogénica marina , que utilizan los organismos calcificantes.
Los iones de carbonato (CO 3 2- ) son esenciales en los organismos marinos calcificantes, como el plancton y los mariscos, ya que son necesarios para producir sus caparazones y esqueletos de carbonato de calcio ( CaCO 3 ). [13] A medida que el océano se acidifica, la mayor absorción de CO 2 por el agua de mar aumenta la concentración de iones de hidrógeno , lo que reduce el pH del agua. [14] Este cambio en el equilibrio químico del sistema de carbono inorgánico reduce la concentración de estos iones de carbonato. Esto reduce la capacidad de estos organismos para crear sus caparazones y esqueletos.
Los dos polimorfos de carbonato de calcio que producen los organismos marinos son la aragonita y la calcita . Estos son los materiales que componen la mayoría de las conchas y esqueletos de estos organismos calcificantes. La aragonita, por ejemplo, compone casi todas las conchas de los moluscos, así como el exoesqueleto de los corales. [13] La formación de estos materiales depende del estado de saturación de CaCO 3 en el agua del océano. Las aguas saturadas en CaCO 3 son favorables a la precipitación y la formación de conchas y esqueletos de CaCO 3 , pero las aguas subsaturadas son corrosivas para las conchas de CaCO 3 . En ausencia de mecanismos de protección, se producirá la disolución del carbonato de calcio. A medida que el agua ártica más fría absorbe más CO 2 , la concentración de CO 3 2- se reduce, por lo tanto, la saturación de carbonato de calcio es menor en los océanos de alta latitud que en los océanos tropicales o templados. [10]
La subsaturación de CaCO 3 hace que las conchas de los organismos calcificadores se disuelvan, lo que puede tener consecuencias devastadoras para el ecosistema. [15] A medida que las conchas se disuelven, los organismos luchan por mantener una salud adecuada, lo que puede provocar una mortalidad masiva. La pérdida de muchas de estas especies puede tener consecuencias intensas en la red alimentaria marina del océano Ártico, ya que muchos de estos organismos calcificadores marinos son especies clave. Los experimentos de laboratorio en varias biotas marinas en un entorno elevado de CO 2 muestran que los cambios en la saturación de aragonito provocan cambios sustanciales en las tasas generales de calcificación de muchas especies de organismos marinos, incluidos los cocolitóforos , los foraminíferos , los pterópodos , los mejillones y las almejas . [10]
Aunque se ha demostrado que la subsaturación del agua ártica tiene un efecto sobre la capacidad de los organismos para precipitar sus conchas, estudios recientes han demostrado que la tasa de calcificación de los calcificadores, como los corales , cocolitóforos, foraminíferos y bivalvos, disminuye con el aumento de p CO 2 , incluso en agua de mar sobresaturada con respecto a CaCO 3 . Además, se ha descubierto que el aumento de p CO 2 tiene efectos complejos sobre la fisiología, el crecimiento y el éxito reproductivo de varios calcificadores marinos. [16]
La tolerancia al CO 2 parece diferir entre varios organismos marinos, así como la tolerancia al CO 2 en diferentes etapas del ciclo de vida (por ejemplo, larva y adulto). La primera etapa del ciclo de vida de los calcificadores marinos en grave riesgo por el alto contenido de CO 2 es la etapa larvaria planctónica. El desarrollo larvario de varias especies marinas, principalmente erizos de mar y bivalvos , se ve muy afectado por las elevaciones de p CO 2 del agua de mar . [16] En pruebas de laboratorio, numerosos embriones de erizo de mar se criaron bajo diferentes concentraciones de CO 2 hasta que se desarrollaron hasta la etapa larvaria. Se encontró que una vez que alcanzaron esta etapa, los tamaños de las larvas y los brazos eran significativamente más pequeños, así como también se observó una morfología esquelética anormal con el aumento de p CO 2. [16] Se han encontrado hallazgos similares en larvas de mejillón tratadas con CO 2 , que mostraron una disminución del tamaño larvario de aproximadamente el 20% y mostraron anomalías morfológicas como bisagras convexas, conchas más débiles y delgadas y protrusión del manto. [17] El tamaño del cuerpo de las larvas también afecta las tasas de encuentro y eliminación de partículas de alimento, y si las conchas de las larvas son más pequeñas o están deformadas, estas larvas son más propensas a morir de hambre. Las estructuras de CaCO3 también cumplen funciones vitales para las larvas calcificadas, como la defensa contra la depredación, así como funciones en la alimentación, el control de la flotabilidad y la regulación del pH. [16]
Otro ejemplo de una especie que puede verse seriamente afectada por la acidificación de los océanos son los pterópodos, que son moluscos pelágicos con concha que desempeñan un papel importante en la red alimentaria de varios ecosistemas. Dado que albergan una concha aragonítica, podrían ser muy sensibles a la acidificación de los océanos impulsada por el aumento de las emisiones antropogénicas de CO2 . Las pruebas de laboratorio mostraron que la calcificación exhibe una disminución del 28% del valor de pH del océano Ártico esperado para el año 2100, en comparación con el valor de pH actual. Esta disminución del 28% de la calcificación en la condición de pH más bajo está dentro del rango informado para otros organismos calcificadores como los corales. [5] En contraste con los erizos de mar y las larvas de bivalvos, los corales y los camarones marinos se ven más severamente afectados por la acidificación de los océanos después del asentamiento, mientras se desarrollan hasta la etapa de pólipo. A partir de las pruebas de laboratorio, la morfología del endoesqueleto de pólipo tratado con CO2 de los corales estaba alterada y malformada en comparación con el patrón radial de los pólipos de control. [16]
Esta variabilidad en el impacto de la acidificación de los océanos en las diferentes etapas del ciclo de vida de los diferentes organismos se puede explicar en parte por el hecho de que la mayoría de los equinodermos y moluscos comienzan la síntesis de conchas y esqueletos en su etapa larvaria, mientras que los corales comienzan en la etapa de asentamiento. [16] Por lo tanto, estas etapas son altamente susceptibles a los efectos potenciales de la acidificación de los océanos. La mayoría de los calcificadores, como los corales, equinodermos, bivalvos y crustáceos, desempeñan papeles importantes en los ecosistemas costeros como especies clave, bioturbadores e ingenieros de ecosistemas. [16] La red alimentaria en el océano Ártico está algo truncada, lo que significa que es corta y simple. Cualquier impacto en las especies clave en la red alimentaria puede causar efectos exponencialmente devastadores en el resto de la cadena alimentaria en su conjunto, ya que ya no tendrán una fuente de alimento confiable. Si estos organismos más grandes ya no tienen ninguna fuente de nutrientes, ellos también eventualmente morirán, y todo el ecosistema del océano Ártico se verá afectado. Esto tendría un enorme impacto en la gente del Ártico que pesca peces en el Ártico para ganarse la vida, así como las repercusiones económicas que seguirían a una escasez tan grande de alimentos y de ingresos para esas familias.
La acidificación de los océanos no solo tiene efectos sobre la vida acuática, sino también sobre las comunidades humanas y el sustento general de las personas que viven cerca de estas aguas. Por ejemplo, como resultado de que los crustáceos no pueden producir sus caparazones y esqueletos debido a la reducción de las cantidades de iones de carbonato, las poblaciones como la de los cangrejos han disminuido significativamente en algunas áreas del hemisferio norte. Esto ha provocado el cierre de numerosas pesquerías en estas áreas como resultado de pérdidas multimillonarias. Además, el aumento de las temperaturas ha provocado un rápido aumento de las floraciones de algas tóxicas, que se sabe que producen una neurotoxina llamada ácido domoico que puede acumularse dentro de los cuerpos de ciertos mariscos. [18] Si los humanos ingieren esta toxina puede causar graves problemas de salud, lo que ha obligado a cerrar muchas pesquerías adicionales. [19]
Dado que el ciclo del carbono está estrechamente relacionado con la acidificación de los océanos, el método más eficaz para minimizar los efectos de esta última es frenar el cambio climático. Las aportaciones antropogénicas de CO2 se pueden reducir mediante métodos como limitar el uso de combustibles fósiles y emplear energías renovables. Esto, en última instancia, reducirá la cantidad de CO2 en la atmósfera y reducirá la cantidad disuelta en los océanos. Los métodos más invasivos para mitigar la acidificación implican una técnica llamada meteorización mejorada , en la que se aplican minerales en polvo como el silicato a la superficie terrestre o del océano. [20] Los minerales en polvo permiten una disolución acelerada, liberando cationes, convirtiendo el CO2 en bicarbonato y aumentando el pH de los océanos. [20] Otros métodos de mitigación, como la fertilización oceánica con hierro , aún necesitan más experimentación y evaluación para ser considerados eficaces. [21 ] Se ha demostrado que la fertilización oceánica con hierro, en particular, aumenta la acidificación en las profundidades del océano, mientras que solo reduce ligeramente la acidificación en la superficie. [21]