Panorama general de los cambios climáticos y sus efectos en el océano. Los efectos regionales se muestran en cursiva. [1]Esta animación de la NASA transmite los procesos oceánicos de la Tierra como una fuerza impulsora entre los sistemas interrelacionados de la Tierra.
Las distintas capas de los océanos tienen temperaturas diferentes. Por ejemplo, el agua es más fría hacia el fondo del océano. Esta estratificación de la temperatura aumentará a medida que la superficie del océano se caliente debido al aumento de las temperaturas del aire. [5] : 471 A esto se suma una disminución de la mezcla de las capas oceánicas, de modo que el agua cálida se estabiliza cerca de la superficie. A continuación, se reduce la circulación de agua fría y profunda . La mezcla vertical reducida hace que sea más difícil para el océano absorber calor. Por lo tanto, una mayor parte del calentamiento futuro va a la atmósfera y la tierra. Un resultado es un aumento en la cantidad de energía disponible para los ciclones tropicales y otras tormentas. Otro resultado es una disminución de los nutrientes para los peces en las capas superiores del océano. Estos cambios también reducen la capacidad del océano para almacenar carbono . [6] Al mismo tiempo, los contrastes en la salinidad están aumentando. Las áreas saladas se están volviendo más saladas y las áreas más dulces menos saladas. [7]
El agua más caliente no puede contener la misma cantidad de oxígeno que el agua fría. Como resultado, el oxígeno de los océanos se desplaza a la atmósfera. El aumento de la estratificación térmica puede reducir el suministro de oxígeno de las aguas superficiales a las aguas más profundas. Esto reduce aún más el contenido de oxígeno del agua. [8] El océano ya ha perdido oxígeno en toda su columna de agua . Las zonas de mínimo oxígeno están aumentando en tamaño en todo el mundo. [5] : 471
Estos cambios dañan los ecosistemas marinos , y esto puede llevar a la pérdida de biodiversidad o cambios en la distribución de las especies. [2] Esto a su vez puede afectar la pesca y el turismo costero. Por ejemplo, el aumento de las temperaturas del agua está dañando los arrecifes de coral tropicales . El efecto directo es el blanqueamiento de los corales en estos arrecifes, porque son sensibles incluso a cambios de temperatura menores. Por lo tanto, un pequeño aumento en la temperatura del agua podría tener un impacto significativo en estos entornos. Otro ejemplo es la pérdida de hábitats de hielo marino debido al calentamiento. Esto tendrá graves impactos en los osos polares y otros animales que dependen de él. Los efectos del cambio climático en los océanos ejercen presiones adicionales sobre los ecosistemas oceánicos que ya están bajo presión por otros impactos de las actividades humanas . [2]
Cambios debidos al aumento de los niveles de gases de efecto invernadero
La mayor parte del exceso de calor atrapado por el calentamiento global inducido por el hombre es absorbido por los océanos y penetra hasta sus capas más profundas. [9]Energía (calor) agregada a varias partes del sistema climático debido al calentamiento global (datos de 2007).
En la actualidad (2020), los niveles atmosféricos de dióxido de carbono (CO 2 ) de más de 410 partes por millón (ppm) son casi un 50% más altos que los niveles preindustriales. Estos niveles elevados y las rápidas tasas de crecimiento no tienen precedentes en los 55 millones de años del registro geológico . [4] Está claramente establecido que la fuente de este exceso de CO 2 es de origen humano, lo que refleja una combinación de emisiones de quema de combustibles fósiles, industriales y de uso y cambio de la tierra . [4] La idea de que el océano sirve como un importante sumidero de CO 2 antropogénico se ha discutido en la literatura científica al menos desde fines de la década de 1950. [4] Varias pruebas apuntan a que el océano absorbe aproximadamente una cuarta parte de las emisiones antropogénicas totales de CO 2. [4]
Los últimos hallazgos clave sobre los cambios e impactos observados a partir de 2019 incluyen:
Es prácticamente seguro que el océano global se ha calentado sin cesar desde 1970 y ha absorbido más del 90% del exceso de calor del sistema climático [...]. Desde 1993, la tasa de calentamiento de los océanos se ha más que duplicado [...]. Es muy probable que las olas de calor marinas se hayan duplicado en frecuencia desde 1982 y estén aumentando en intensidad [...]. Al absorber más CO2, el océano ha experimentado una acidificación creciente de la superficie [...]. Se ha producido una pérdida de oxígeno desde la superficie hasta los 1000 m [...].
Las temperaturas de la superficie terrestre han aumentado más rápido que las temperaturas del océano, ya que el océano absorbe aproximadamente el 92% del exceso de calor generado por el cambio climático. [10] Gráfico con datos de la NASA [11] que muestra cómo han cambiado las temperaturas del aire de la superficie terrestre y marina en comparación con una línea de base preindustrial.Ilustración de los cambios de temperatura de 1960 a 2019 en cada océano, comenzando en el Océano Austral alrededor de la Antártida. [12]
Está claro que el océano se está calentando como resultado del cambio climático, y esta tasa de calentamiento está aumentando. [2] : 9 El océano global fue el más cálido jamás registrado por los humanos en 2022. [13] Esto está determinado por el contenido de calor del océano , que superó el máximo anterior de 2021 en 2022. [13] El aumento constante de las temperaturas del océano es un resultado inevitable del desequilibrio energético de la Tierra , que es causado principalmente por el aumento de los niveles de gases de efecto invernadero. [13] Entre la época preindustrial y la década de 2011-2020, la superficie del océano se ha calentado entre 0,68 y 1,01 °C. [14] : 1214
La mayor parte del aumento de calor del océano se produce en el océano Austral . Por ejemplo, entre los años 1950 y 1980, la temperatura del océano Austral Antártico aumentó 0,17 °C (0,31 °F), casi el doble de la tasa del océano global. [15]
La tasa de calentamiento varía con la profundidad. La capa superior del océano (por encima de los 700 m) es la que se está calentando más rápidamente. A una profundidad oceánica de mil metros, el calentamiento se produce a un ritmo de casi 0,4 °C por siglo (datos de 1981 a 2019). [5] : Figura 5.4 En las zonas más profundas del océano (a nivel mundial), a 2000 metros de profundidad, el calentamiento ha sido de alrededor de 0,1 °C por siglo. [5] : Figura 5.4 El patrón de calentamiento es diferente en el océano Antártico (a 55°S), donde el calentamiento más alto (0,3 °C por siglo) se ha observado a una profundidad de 4500 m. [5] : Figura 5.4
Olas de calor marinas
Las olas de calor marinas también pasan factura a la vida marina: por ejemplo, debido a las consecuencias de la ola de calor marina del noroeste del Pacífico de 2019-2021, [16] las poblaciones de cangrejos de las nieves del mar de Bering disminuyeron un 84 % entre 2018 y 2022, una pérdida de 9.800 millones de cangrejos. [17]
Los científicos predicen que la frecuencia, duración, escala (o área) e intensidad de las olas de calor marinas seguirán aumentando. [18] : 1227 Esto se debe a que las temperaturas de la superficie del mar seguirán aumentando con el calentamiento global. El Sexto Informe de Evaluación del IPCC en 2022 ha resumido los hallazgos de la investigación hasta la fecha y afirmó que "las olas de calor marinas son más frecuentes [...], más intensas y más largas [...] desde la década de 1980, y desde al menos 2006 muy probablemente atribuibles al cambio climático antropogénico". [19] : 381 Esto confirma los hallazgos anteriores de un informe del IPCC en 2019 que había encontrado que "las olas de calor marinas [...] han duplicado su frecuencia y se han vuelto más duraderas, más intensas y más extensas (muy probable)". [20] : 67 El alcance del calentamiento de los océanos depende de los escenarios de emisiones de gases de efecto invernadero y, por lo tanto, de los esfuerzos de mitigación del cambio climático de los humanos . Los científicos predicen que las olas de calor marinas serán "cuatro veces más frecuentes en 2081-2100 en comparación con 1995-2014" en el escenario de menores emisiones de gases de efecto invernadero , u ocho veces más frecuentes en el escenario de mayores emisiones. [18] : 1214
Contenido de calor del océano
La temperatura del océano varía de un lugar a otro. Las temperaturas son más altas cerca del ecuador y más bajas en los polos . Como resultado, los cambios en el contenido total de calor del océano ilustran mejor el calentamiento del océano. En comparación con el período 1969-1993, la absorción de calor ha aumentado entre 1993 y 2017. [5] : 457
El contenido de calor oceánico (OHC) o la absorción de calor oceánico (OHU) es la energía absorbida y almacenada por los océanos . Para calcular el contenido de calor oceánico, es necesario medir la temperatura del océano en muchos lugares y profundidades diferentes. La integración de la densidad superficial de un cambio en la energía entálpica sobre una cuenca oceánica o todo el océano da la absorción total de calor oceánico. [21] Entre 1971 y 2018, el aumento del contenido de calor oceánico representó más del 90% del exceso de energía de la Tierra debido al calentamiento global . [22] [23] El principal impulsor de este aumento fue causado por los humanos a través de sus crecientes emisiones de gases de efecto invernadero . [24] : 1228 Para 2020, aproximadamente un tercio de la energía agregada se había propagado a profundidades por debajo de los 700 metros. [25] [26]
En 2023, los océanos del mundo volvieron a ser los más calientes de la historia y superaron el récord máximo anterior de 2022. [27] Las cinco observaciones de calor oceánico más altas a una profundidad de 2000 metros ocurrieron en el período 2019-2023. El Pacífico Norte, el Atlántico Norte, el Mediterráneo y el Océano Austral registraron sus observaciones de calor más altas en más de sesenta años de mediciones globales. [28] El contenido de calor del océano y el aumento del nivel del mar son indicadores importantes del cambio climático . [29]
Acidificación de los océanos
Acidificación de los océanos: pH medio del agua de mar. El pH medio del agua de mar se muestra en función de las mediciones in situ del pH de la estación Aloha . [30]Cambios en el pH desde el comienzo de la revolución industrial. El escenario RCP2.6 es de “bajas emisiones de CO2”. El escenario RCP8.5 es de “altas emisiones de CO2 ” . [31]
Un cambio de 0,1 en el pH representa un aumento del 26% en la concentración de iones de hidrógeno en los océanos del mundo (la escala de pH es logarítmica, por lo que un cambio de uno en las unidades de pH equivale a un cambio de diez veces en la concentración de iones de hidrógeno). El pH de la superficie del mar y los estados de saturación de carbonatos varían según la profundidad y la ubicación del océano. Las aguas más frías y de latitudes más altas son capaces de absorber más CO 2 . Esto puede hacer que la acidez aumente, reduciendo el pH y los niveles de saturación de carbonatos en estas áreas. Hay varios otros factores que influyen en el intercambio de CO 2 entre la atmósfera y el océano y, por lo tanto, en la acidificación local de los océanos. Estos incluyen las corrientes oceánicas y las zonas de surgencia , la proximidad a grandes ríos continentales, la cobertura de hielo marino y el intercambio atmosférico con nitrógeno y azufre provenientes de la quema de combustibles fósiles y la agricultura . [35] [36] [37]
Un pH oceánico más bajo tiene una serie de efectos potencialmente nocivos para los organismos marinos . Los científicos han observado, por ejemplo, una reducción de la calcificación, una disminución de la respuesta inmunitaria y una reducción de la energía para funciones básicas como la reproducción. [38] La acidificación de los océanos puede afectar a los ecosistemas marinos que proporcionan alimentos y medios de vida a muchas personas. Alrededor de mil millones de personas dependen total o parcialmente de la pesca, el turismo y los servicios de gestión costera que proporcionan los arrecifes de coral . Por lo tanto, la acidificación continua de los océanos puede amenazar las cadenas alimentarias vinculadas a los océanos. [39] [40]
Escalas de tiempo
Muchos elementos del sistema climático relacionados con los océanos responden lentamente al calentamiento. Por ejemplo, la acidificación de las profundidades oceánicas continuará durante milenios, y lo mismo sucede con el aumento del contenido de calor de los océanos . [41] : 43 De manera similar, el aumento del nivel del mar continuará durante siglos o incluso milenios incluso si las emisiones de gases de efecto invernadero se reducen a cero, debido a la lenta respuesta de las capas de hielo al calentamiento y la continua absorción de calor por los océanos, que se expanden cuando se calientan. [41] : 77
Efectos sobre el medio físico
Aumento del nivel del mar
El nivel medio global del mar ha aumentado unos 250 milímetros (9,8 pulgadas) desde 1880, [42] aumentando la elevación sobre la cual se producen otros tipos de inundaciones ( inundaciones por mareas altas , marejadas ciclónicas ).
Muchas ciudades costeras experimentarán inundaciones costeras en las próximas décadas y más allá. [14] : 1318 El hundimiento local , que puede ser natural pero puede verse incrementado por la actividad humana, puede exacerbar las inundaciones costeras. [43] Las inundaciones costeras amenazarán a cientos de millones de personas en 2050, particularmente en el sudeste asiático . [43]
Entre 1901 y 2018, el nivel medio del mar aumentó entre 15 y 25 cm (6 y 10 pulgadas), con un aumento de 2,3 mm (0,091 pulgadas) por año desde la década de 1970. [44] : 1216 Esto fue más rápido que el aumento del nivel del mar en al menos los últimos 3000 años. [44] : 1216 La tasa se aceleró a 4,62 mm (0,182 pulgadas) / año para la década de 2013-2022. [45] El cambio climático debido a las actividades humanas es la causa principal. [46] : 5, 8 Entre 1993 y 2018, el derretimiento de las capas de hielo y los glaciares representó el 44% del aumento del nivel del mar, y otro 42% resultó de la expansión térmica del agua . [47] : 1576
Cambios en las corrientes oceánicas
Olas en la costa del océano
Las corrientes oceánicas son causadas por las variaciones de temperatura causadas por la luz solar y las temperaturas del aire en varias latitudes, así como por los vientos predominantes y las diferentes densidades de sal y agua dulce. El aire cálido se eleva cerca del ecuador . Más tarde, a medida que se mueve hacia los polos, se enfría nuevamente. El aire frío se hunde cerca de los polos, pero se calienta y se eleva nuevamente a medida que se mueve hacia el ecuador. Esto produce células de Hadley , que son patrones de viento a gran escala, con efectos similares que impulsan una célula de latitud media en cada hemisferio. [48] [ página necesaria ] Los patrones de viento asociados con estas células de circulación impulsan corrientes superficiales que empujan el agua superficial a latitudes más altas donde el aire es más frío. [48] [ página necesaria ] Esto enfría el agua, lo que hace que se vuelva muy densa en comparación con las aguas de latitudes más bajas, lo que hace que se hunda hasta el fondo del océano, formando aguas profundas del Atlántico Norte (NADW) en el norte y aguas de fondo antártico (AABW) en el sur. [49]
Las corrientes oceánicas, impulsadas por este hundimiento y el afloramiento que se produce en latitudes más bajas, así como por la fuerza impulsora de los vientos sobre las aguas superficiales, actúan para hacer circular el agua por todo el mar. Cuando se tiene en cuenta el calentamiento global, se producen cambios, en particular en las zonas donde se forman aguas profundas. [50] A medida que los océanos se calientan y los glaciares y los casquetes polares se derriten, se libera cada vez más agua dulce en las regiones de latitudes altas donde se forman aguas profundas, lo que reduce la densidad del agua superficial. Como resultado, el agua se hunde más lentamente de lo normal. [50]
Según las observaciones modernas y las reconstrucciones paleoclimáticas, la Circulación Meridional Atlántica (CMA) puede haberse debilitado desde la era preindustrial (la CMA es parte de una circulación termohalina global ), pero hay demasiada incertidumbre en los datos como para saberlo con certeza. [14] : 1237 Las proyecciones de cambio climático evaluadas en 2021 indican que es muy probable que la CMA se debilite a lo largo del siglo XXI. [14] : 1214 Un debilitamiento de esta magnitud podría tener un impacto significativo en el clima global, siendo el Atlántico Norte particularmente vulnerable. [2] : 19
Cualquier cambio en las corrientes oceánicas afecta la capacidad del océano para absorber dióxido de carbono (que se ve afectado por la temperatura del agua), así como la productividad oceánica porque las corrientes transportan nutrientes (ver Impactos en el fitoplancton y la producción primaria neta). Debido a que la circulación oceánica profunda AMOC es lenta (se necesitan cientos a miles de años para circular por todo el océano), es lenta para responder al cambio climático. [51] : 137
Estratificación creciente
Factores que impulsan la intensificación de la hipoxia y la acidificación de los océanos en los sistemas de afloramiento de plataformas continentales. Los vientos que se dirigen 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 (CID) desde arriba de la zona mínima de oxígeno . Los gradientes entre plataformas continentales en productividad y los tiempos de residencia en el agua del fondo impulsan la intensidad de la disminución (aumento) del OD (CID) a medida que el agua transita a través de una plataforma continental productiva . [52] [53]
Los cambios en la estratificación de los océanos son importantes porque pueden influir en la productividad y los niveles de oxígeno. La separación del agua en capas en función de la densidad se conoce como estratificación. La estratificación por capas se produce en todas las cuencas oceánicas. Las capas estratificadas limitan la cantidad de mezcla vertical del agua que se produce, lo que reduce el intercambio de calor, carbono, oxígeno y partículas entre la capa superior y el interior del océano. [54] Desde 1970, ha habido un aumento de la estratificación en la capa superior del océano debido al calentamiento global y, en algunas áreas, a los cambios de salinidad. [14] Los cambios de salinidad son causados por la evaporación en aguas tropicales, lo que da lugar a mayores niveles de salinidad y densidad. Mientras tanto, el derretimiento del hielo puede provocar una disminución de la salinidad en latitudes más altas. [14]
La temperatura, la salinidad y la presión influyen en la densidad del agua . Como las aguas superficiales suelen ser más cálidas que las aguas profundas, son menos densas, lo que da lugar a la estratificación. [54] Esta estratificación es crucial no solo para la producción de la Circulación Meridional Atlántica, que tiene ramificaciones climáticas y meteorológicas a nivel mundial, sino que también es importante porque la estratificación controla el movimiento de nutrientes desde las aguas profundas hasta la superficie. Esto aumenta la productividad del océano y está asociado con el flujo compensatorio descendente del agua que transporta oxígeno desde la atmósfera y las aguas superficiales hasta las profundidades marinas. [51]
Niveles reducidos de oxígeno
Mapa mundial de niveles bajos y en descenso de oxígeno en el océano abierto y las aguas costeras. El mapa indica los sitios costeros donde los nutrientes antropogénicos han provocado descensos de oxígeno a menos de 2 mg L –1 (puntos rojos), así como las zonas de oxígeno mínimo en el océano a 300 metros (regiones sombreadas en azul). [55]
El cambio climático tiene un impacto en el oxígeno del océano, tanto en las zonas costeras como en mar abierto. [55]
El océano abierto tiene naturalmente algunas áreas con poco oxígeno, conocidas como zonas de mínimo oxígeno . Estas áreas están aisladas del oxígeno atmosférico por la circulación oceánica lenta. Al mismo tiempo, el oxígeno se consume cuando se descompone la materia orgánica que se hunde desde las aguas superficiales. Estas áreas oceánicas con poco oxígeno se están expandiendo como resultado del calentamiento del océano, que reduce la circulación del agua y también reduce el contenido de oxígeno de esa agua, mientras que la solubilidad del oxígeno disminuye a medida que aumenta la temperatura. [56]
La segunda área de preocupación se relaciona con las aguas costeras, donde el aumento del suministro de nutrientes de los ríos a las áreas costeras conduce a un aumento de la producción y el hundimiento de materia orgánica, lo que en algunas regiones costeras conduce a un agotamiento extremo del oxígeno, a veces denominado zonas muertas . [57] Estas zonas muertas se están expandiendo impulsadas particularmente por el aumento de los aportes de nutrientes, pero también agravadas por la creciente estratificación de los océanos impulsada por el cambio climático. [2]
Los océanos se vuelven verdes
El análisis de imágenes satelitales revela que los océanos han ido cambiando gradualmente de azul a verde a medida que continúa el deterioro climático. El cambio de color se ha detectado en la mayoría de las superficies oceánicas del mundo y puede deberse a cambios en las poblaciones de plancton causados por el cambio climático. [58] [59]
Cambios en el sistema climático y los patrones de viento de la Tierra
El cambio climático y el calentamiento asociado de los océanos provocarán cambios generalizados en el clima y el sistema meteorológico de la Tierra, incluyendo un aumento de la intensidad de los ciclones tropicales y los monzones y fenómenos meteorológicos extremos , con algunas zonas más húmedas y otras más secas. [14] Se prevé que los cambios en los patrones de viento aumenten la altura de las olas en algunas zonas. [60] [14] : 1310
El cambio climático afecta a los ciclones tropicales de diversas maneras: una intensificación de las precipitaciones y la velocidad del viento, un aumento en la frecuencia de tormentas muy intensas y una extensión hacia los polos de donde los ciclones alcanzan la intensidad máxima son algunas de las consecuencias del cambio climático inducido por el hombre. [62] [63] Los ciclones tropicales utilizan aire cálido y húmedo como fuente de energía o combustible . Como el cambio climático está calentando las temperaturas del océano , potencialmente hay más de este combustible disponible. [64]
Entre 1979 y 2017, hubo un aumento global en la proporción de ciclones tropicales de categoría 3 y superior en la escala Saffir-Simpson . La tendencia fue más clara en el norte del océano Índico, [65] [66] el Atlántico norte y en el sur del océano Índico. En el norte del océano Índico, en particular el mar Arábigo, la frecuencia, duración e intensidad de los ciclones han aumentado significativamente. Ha habido un aumento del 52% en el número de ciclones en el mar Arábigo, mientras que el número de ciclones muy severos ha aumentado en un 150%, durante 1982-2019. Mientras tanto, la duración total de los ciclones en el mar Arábigo ha aumentado en un 80%, mientras que la de los ciclones muy severos ha aumentado en un 260%. [65] En el Pacífico norte , los ciclones tropicales se han estado moviendo hacia los polos en aguas más frías y no hubo un aumento en la intensidad durante este período. [67] Con un calentamiento de 2 °C (3,6 °F), se espera que un mayor porcentaje (+13%) de ciclones tropicales alcancen la categoría 4 y 5. [62] Un estudio de 2019 indica que el cambio climático ha impulsado la tendencia observada de rápida intensificación de los ciclones tropicales en la cuenca del Atlántico. Los ciclones que se intensifican rápidamente son difíciles de pronosticar y, por lo tanto, plantean un riesgo adicional para las comunidades costeras. [68]
Cambios de salinidad
Debido al calentamiento global y al aumento del derretimiento de los glaciares, los patrones de circulación termohalina pueden verse alterados por el aumento de la cantidad de agua dulce liberada en los océanos y, por lo tanto, por el cambio de la salinidad de los océanos. La circulación termohalina es responsable de sacar a la superficie agua fría y rica en nutrientes de las profundidades del océano, un proceso conocido como surgencia . [69]
El agua de mar se compone de agua dulce y sal, y la concentración de sal en el agua de mar se denomina salinidad. La sal no se evapora, por lo que la precipitación y evaporación del agua dulce influyen fuertemente en la salinidad. Por lo tanto, los cambios en el ciclo del agua son claramente visibles en las mediciones de salinidad superficial, que se conocen desde la década de 1930. [7] [70]
Los registros de observación a largo plazo muestran una tendencia clara: los patrones de salinidad global se están amplificando en este período. [71] [72] Esto significa que las regiones de alta salinidad se han vuelto más salinas, y las regiones de baja salinidad se han vuelto menos salinas. Las regiones de alta salinidad están dominadas por la evaporación, y el aumento de la salinidad muestra que la evaporación está aumentando aún más. Lo mismo ocurre con las regiones de baja salinidad que se están volviendo menos salinas, lo que indica que la precipitación se está intensificando más. [73] [5]
Disminución y cambios del hielo marino
Disminución de la extensión (área) del hielo marino del Ártico entre 1979 y 2022
La disminución del hielo marino ocurre más en el Ártico que en la Antártida , donde es más una cuestión de cambios en las condiciones del hielo marino.
La extensión del hielo marino en la Antártida varía mucho de un año a otro. Esto hace que sea difícil determinar una tendencia, y se han observado máximos y mínimos récord entre 2013 y 2023. La tendencia general desde 1979, el comienzo de las mediciones satelitales , ha sido aproximadamente estable. Entre 2015 y 2023, ha habido una disminución del hielo marino, pero debido a la alta variabilidad, esto no corresponde a una tendencia significativa . [78] La tendencia estable contrasta con el hielo marino del Ártico , que ha experimentado una tendencia a la baja. [78] [79]
El proceso de fotosíntesis en la superficie del océano libera oxígeno y consume dióxido de carbono. Esta fotosíntesis en el océano está dominada por el fitoplancton , algas microscópicas que flotan libremente. Después de que las plantas crecen, la descomposición bacteriana de la materia orgánica formada por la fotosíntesis en el océano consume oxígeno y libera dióxido de carbono. El hundimiento y la descomposición bacteriana de parte de la materia orgánica en las aguas oceánicas profundas, a profundidades donde las aguas están fuera de contacto con la atmósfera, conduce a una reducción en las concentraciones de oxígeno y al aumento de dióxido de carbono, carbonato y bicarbonato . [51] Este ciclo del dióxido de carbono en los océanos es una parte importante del ciclo global del carbono .
La fotosíntesis en aguas superficiales consume nutrientes (por ejemplo, nitrógeno y fósforo) y transfiere estos nutrientes a aguas profundas a medida que la materia orgánica producida por la fotosíntesis se hunde tras la muerte de los organismos. Por lo tanto, la productividad en aguas superficiales depende en parte de la transferencia de nutrientes desde las aguas profundas de vuelta a la superficie mediante la mezcla oceánica y las corrientes. Por lo tanto, la creciente estratificación de los océanos debido al cambio climático actúa generalmente para reducir la productividad oceánica. Sin embargo, en algunas áreas, como las regiones anteriormente cubiertas de hielo, la productividad puede aumentar. Esta tendencia ya es observable y se proyecta que continúe bajo el cambio climático proyectado actual. [14] [ verificación fallida ] En el Océano Índico , por ejemplo, se estima que la productividad ha disminuido en los últimos sesenta años debido al calentamiento climático y se proyecta que continuará. [80]
Es muy probable que la productividad oceánica en un escenario de emisiones muy altas ( RCP8.5 ) disminuya entre un 4 y un 11 % para el año 2100. [5] : 452 La disminución mostrará variaciones regionales. Por ejemplo, la PPN del océano tropical disminuirá más: entre un 7 y un 16 % para el mismo escenario de emisiones. [5] : 452 Es probable que se hunda menos materia orgánica desde los océanos superiores hacia las capas oceánicas más profundas debido al aumento de la estratificación oceánica y a una reducción en el suministro de nutrientes. [5] : 452 La reducción de la productividad oceánica se debe a los "efectos combinados del calentamiento, la estratificación, la luz, los nutrientes y la depredación". [5] : 452
Organismos calcificantes y acidificación de los océanos
Las consecuencias ecológicas completas de los cambios en la calcificación debido a la acidificación de los océanos son complejas, pero parece probable que muchas especies calcificantes se vean afectadas negativamente por la acidificación de los océanos. [81] [82] : 413 El aumento de la acidificación de los océanos dificulta que los organismos que acumulan conchas accedan a los iones de carbonato, esenciales para la producción de su caparazón exoesquelético duro. [83] Los organismos calcificantes oceánicos abarcan la cadena alimentaria desde los autótrofos hasta los heterótrofos e incluyen organismos como cocolitóforos , corales , foraminíferos , equinodermos , crustáceos y moluscos . [84] [85]
En general, todos los ecosistemas marinos de la Tierra estarán expuestos a cambios en la acidificación y otros cambios biogeoquímicos oceánicos. [86] La acidificación de los océanos puede obligar a algunos organismos a reasignar recursos lejos de los puntos finales productivos para mantener la calcificación. [87] Por ejemplo, se reconoce que la ostra Magallana gigas experimenta cambios metabólicos junto con tasas de calcificación alteradas debido a compensaciones energéticas resultantes de los desequilibrios del pH. [88]
Floraciones de algas nocivas
Aunque los impulsores de las floraciones de algas nocivas (FAN) son poco conocidos, parecen haber aumentado en alcance y frecuencia en las zonas costeras desde la década de 1980. [2] : 16 Esto es el resultado de factores inducidos por el hombre, como el aumento de los aportes de nutrientes ( contaminación por nutrientes ) y el cambio climático (en particular el calentamiento de las temperaturas del agua). [2] : 16 Los parámetros que afectan la formación de las FAN son el calentamiento de los océanos, las olas de calor marinas, la pérdida de oxígeno , la eutrofización y la contaminación del agua . [89] : 582 Estos aumentos de las FAN son motivo de preocupación debido al impacto de su aparición en la seguridad alimentaria local, el turismo y la economía. [2] : 16
Sin embargo, también es posible que el aumento percibido de floraciones de algas nocivas a nivel mundial se deba simplemente a impactos de floraciones más severos y a un mejor monitoreo y no al cambio climático. [90] : 463
Si bien algunas especies marinas móviles pueden migrar en respuesta al cambio climático, otras, como los corales, lo encuentran mucho más difícil. Un arrecife de coral es un ecosistema submarino caracterizado por corales constructores de arrecifes. Los arrecifes están formados por colonias de pólipos de coral unidos por carbonato de calcio . [91] Los arrecifes de coral son importantes centros de biodiversidad y vitales para millones de personas que dependen de ellos para la protección de las costas, la alimentación y el sostenimiento del turismo en muchas regiones. [92]
Los corales de aguas cálidas están claramente en declive, con pérdidas del 50% en los últimos 30 a 50 años debido a múltiples amenazas como el calentamiento y la acidificación de los océanos, la contaminación y los daños físicos causados por actividades como la pesca. Se espera que estas presiones se intensifiquen. [92]
El calentamiento de las aguas superficiales de los océanos puede provocar el blanqueamiento de los corales, lo que puede causar graves daños o la muerte de los mismos. El Sexto Informe de Evaluación del IPCC de 2022 concluyó que: "Desde principios de la década de 1980, la frecuencia y la gravedad de los episodios de blanqueamiento masivo de los corales han aumentado considerablemente en todo el mundo". [90] : 416 Las olas de calor marinas han provocado la mortalidad masiva de los arrecifes de coral. [90] : 381 Se espera que muchos arrecifes de coral sufran cambios irreversibles y pérdidas debido a las olas de calor marinas, con un aumento de las temperaturas globales de más de 1,5 °C. [90] : 382
El blanqueamiento de los corales se produce cuando el estrés térmico de un océano en calentamiento da lugar a la expulsión de las algas simbióticas que residen en los tejidos de los corales. Estas algas simbióticas son la razón de los colores brillantes y vibrantes de los arrecifes de coral. [93] Un aumento sostenido de 1-2 °C en las temperaturas del agua de mar es suficiente para que se produzca el blanqueamiento, que vuelve blancos a los corales. [94] Si un coral se blanquea durante un período prolongado de tiempo, puede morir. En la Gran Barrera de Coral , antes de 1998 no se producían este tipo de eventos. El primer evento ocurrió en 1998 y, a partir de entonces, empezaron a producirse con mayor frecuencia. Entre 2016 y 2020 se produjeron tres. [95]
Además del blanqueamiento de los corales, la reducción del valor del pH en los océanos también es un problema para los arrecifes de coral porque la acidificación de los océanos reduce la biodiversidad de algas coralinas . [96] La fisiología de la calcificación de las algas coralinas determina cómo responderán las algas a la acidificación de los océanos. [96]
Los corales de aguas cálidas están claramente en declive, con pérdidas del 50% en los últimos 30 a 50 años debido a múltiples amenazas del calentamiento de los océanos, la acidificación de los océanos, la contaminación y el daño físico de actividades como la pesca, y se espera que estas presiones se intensifiquen. [97] [82] : 416
El líquido de los compartimentos internos (el celenteron) donde los corales desarrollan su exoesqueleto también es extremadamente importante para el crecimiento de la calcificación. Cuando el estado de saturación de aragonito en el agua de mar externa está en niveles ambientales, los corales desarrollarán sus cristales de aragonito rápidamente en sus compartimentos internos, por lo que su exoesqueleto crecerá rápidamente. Si el estado de saturación de aragonito en el agua de mar externa es inferior al 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 del estado de saturación de aragonito en el agua circundante, los corales pueden detener el crecimiento porque bombear aragonito al compartimento interno no será energéticamente favorable. [98] Con la progresión actual de las emisiones de carbono, alrededor del 70% de los corales de agua fría del Atlántico Norte vivirán en aguas corrosivas entre 2050 y 2060. [99]
Efectos sobre la pesca
La pesca se ve afectada por el cambio climático de muchas maneras: los ecosistemas acuáticos marinos se ven afectados por el aumento de las temperaturas oceánicas , [100] la acidificación oceánica [101] y la desoxigenación oceánica , mientras que los ecosistemas de agua dulce se ven afectados por los cambios en la temperatura del agua, el flujo de agua y la pérdida de hábitat de los peces. [102] Estos efectos varían en el contexto de cada pesquería . [103] El cambio climático está modificando las distribuciones de los peces [104] y la productividad de las especies marinas y de agua dulce. Se espera que el cambio climático conduzca a cambios significativos en la disponibilidad y el comercio de productos pesqueros . [105] Las consecuencias geopolíticas y económicas serán significativas, especialmente para los países más dependientes del sector. Las mayores disminuciones en el potencial máximo de captura se pueden esperar en los trópicos, principalmente en las regiones del Pacífico Sur. [105] : iv
Los impactos del cambio climático en los sistemas oceánicos tienen repercusiones en la sostenibilidad de la pesca y la acuicultura , en los medios de vida de las comunidades que dependen de la pesca y en la capacidad de los océanos para capturar y almacenar carbono ( bombeo biológico ). El efecto del aumento del nivel del mar significa que las comunidades pesqueras costeras se ven afectadas significativamente por el cambio climático, mientras que los cambios en los patrones de lluvia y el uso del agua repercuten en la pesca y la acuicultura de agua dulce continental. [106] El aumento de los riesgos de inundaciones, enfermedades, parásitos y floraciones de algas nocivas son impactos del cambio climático en la acuicultura que pueden provocar pérdidas de producción e infraestructura. [105]
Se proyecta que "el cambio climático reducirá la biomasa de la comunidad íctica global modelada hasta en un 30% para el año 2100". [107]
Impactos sobre los mamíferos marinos
Regiones y hábitats especialmente afectados
Algunos efectos sobre los mamíferos marinos , especialmente los del Ártico, son muy directos, como la pérdida de hábitat , el estrés térmico y la exposición a condiciones climáticas extremas. Otros efectos son más indirectos, como los cambios en las asociaciones entre hospedadores y patógenos, los cambios en la condición corporal debido a la interacción depredador-presa, los cambios en la exposición a toxinas y emisiones de CO2 y el aumento de las interacciones humanas. [108] A pesar de los grandes impactos potenciales del calentamiento de los océanos sobre los mamíferos marinos, la vulnerabilidad global de los mamíferos marinos al calentamiento global aún se comprende poco. [109]
Los mamíferos marinos han evolucionado para vivir en los océanos, pero el cambio climático está afectando su hábitat natural. [110] [111] [112] [113] Algunas especies podrían no adaptarse lo suficientemente rápido, lo que podría llevar a su extinción. [114]
Se ha asumido generalmente que los mamíferos marinos del Ártico eran los más vulnerables frente al cambio climático dada la sustancial disminución observada y proyectada del hielo marino del Ártico . Sin embargo, la investigación ha demostrado que el Océano Pacífico Norte , el Mar de Groenlandia y el Mar de Barents albergan las especies que son más vulnerables al calentamiento global. [109] El Pacífico Norte ya ha sido identificado como un punto crítico para las amenazas humanas para los mamíferos marinos [115] y ahora también es un punto crítico para la vulnerabilidad al calentamiento global. Los mamíferos marinos en esta región enfrentarán un doble peligro tanto por las actividades humanas (por ejemplo, el tráfico marítimo, la contaminación y el desarrollo de petróleo y gas en alta mar) como por el calentamiento global, con posibles efectos aditivos o sinérgicos. Como resultado, estos ecosistemas enfrentan consecuencias irreversibles para el funcionamiento de los ecosistemas marinos. [109]
Los organismos marinos suelen encontrar temperaturas relativamente estables en comparación con las especies terrestres y, por lo tanto, es probable que sean más sensibles a los cambios de temperatura que los organismos terrestres. [116] Por lo tanto, el calentamiento del océano conducirá a la migración de más especies, ya que las especies en peligro de extinción buscan un hábitat más adecuado. Si las temperaturas del mar continúan aumentando, entonces parte de la fauna puede trasladarse a aguas más frías y algunas especies de los límites de distribución pueden desaparecer de las aguas regionales o experimentar una reducción de su distribución global. [116] El cambio en la abundancia de algunas especies alterará los recursos alimentarios disponibles para los mamíferos marinos, lo que luego da lugar a cambios biogeográficos de los mamíferos marinos. Además, si una especie no puede migrar con éxito a un entorno adecuado, estará en riesgo de extinción si no puede adaptarse al aumento de las temperaturas del océano.
La disminución del hielo marino del Ártico provoca la pérdida del hábitat del hielo marino, elevaciones de la temperatura del agua y del aire y un aumento de la incidencia de fenómenos meteorológicos extremos. La pérdida del hábitat del hielo marino reducirá la abundancia de focas como presas para los mamíferos marinos, en particular los osos polares. [117] Los cambios en el hielo marino también pueden tener efectos indirectos sobre la salud animal debido a cambios en la transmisión de patógenos, impactos en la condición corporal de los animales debido a cambios en la red alimentaria basada en presas y una mayor exposición a sustancias tóxicas como resultado del aumento de la presencia humana en el hábitat del Ártico. [118]
El aumento del nivel del mar también es importante a la hora de evaluar los impactos del calentamiento global sobre los mamíferos marinos, ya que afecta a los entornos costeros de los que dependen las especies de mamíferos marinos. [119]
Osos polares
Un oso polar esperando en otoño que se forme el hielo marino.
El principal peligro para los osos polares que plantean los efectos del cambio climático es la desnutrición o la inanición debido a la pérdida de hábitat . Los osos polares cazan focas desde una plataforma de hielo marino. El aumento de las temperaturas hace que el hielo marino se derrita antes en el año, lo que lleva a los osos a la orilla antes de que hayan acumulado suficientes reservas de grasa para sobrevivir el período de escasez de alimentos a fines del verano y principios del otoño. [120] La reducción de la capa de hielo marino también obliga a los osos a nadar distancias más largas, lo que agota aún más sus reservas de energía y, en ocasiones, conduce al ahogamiento . [121] El hielo marino más delgado tiende a deformarse más fácilmente, lo que parece dificultar que los osos polares accedan a las focas. [122] La nutrición insuficiente conduce a tasas de reproducción más bajas en las hembras adultas y tasas de supervivencia más bajas en los cachorros y los osos jóvenes, además de una peor condición corporal en los osos de todas las edades. [123]
Las focas son otro mamífero marino susceptible al cambio climático. [114] Al igual que los osos polares, algunas especies de focas han evolucionado para depender del hielo marino. Utilizan las plataformas de hielo para reproducirse y criar a sus crías. En 2010 y 2011, el hielo marino en el Atlántico Noroeste estaba en o cerca de su nivel más bajo, y las focas arpa y anilladas que se reprodujeron en hielo delgado experimentaron un aumento en sus tasas de mortalidad. [124] [125] Los lobos marinos antárticos en Georgia del Sur, en el océano Atlántico Sur , experimentaron reducciones extremas a lo largo de un estudio de 20 años, durante el cual los científicos midieron el aumento de las anomalías de la temperatura de la superficie del mar. [126]
Delfines
El cambio climático ha tenido un impacto significativo en varias especies de delfines. Por ejemplo: En el Mediterráneo , el aumento de las temperaturas de la superficie del mar , la salinidad , la intensidad de las surgencias y los niveles del mar han provocado una reducción de los recursos de presa, lo que ha provocado un pronunciado descenso de la subpoblación del delfín común de pico corto en el Mediterráneo, que fue clasificada como en peligro de extinción en 2003. [127] En el Área de Patrimonio Mundial de Shark Bay en Australia Occidental, la población local del delfín mular del Indo-Pacífico tuvo un descenso significativo tras una ola de calor marina en 2011. [128] Los delfines de río se ven muy afectados por el cambio climático, ya que se producen altas tasas de evaporación, aumento de las temperaturas del agua, disminución de las precipitaciones y aumento de la acidificación . [129] [130]
Los delfines son mamíferos marinos con una amplia extensión geográfica, lo que los hace susceptibles al cambio climático de diversas maneras. El efecto más común del cambio climático sobre los delfines es el aumento de las temperaturas del agua en todo el mundo. [131] Esto ha provocado que una gran variedad de especies de delfines experimenten cambios de distribución, en los que las especies se mueven de su región geográfica típica a aguas más frías. [132] [133] Otro efecto secundario del aumento de las temperaturas del agua es el aumento de las floraciones de algas nocivas , lo que ha provocado una muerte masiva de delfines mulares. [131]
Ballenas francas del Atlántico Norte
El cambio climático antropogénico plantea una amenaza clara y creciente para las ballenas francas. [134] [135] Los efectos documentados en la literatura científica incluyen impactos en la reproducción , distribución, acceso a presas, interacciones con actividades humanas y condición de salud individual. [135]
Los cambios provocados por el clima en la circulación oceánica y las temperaturas del agua han afectado los patrones de alimentación y uso del hábitat de la especie, con numerosas consecuencias perjudiciales. [136] El calentamiento de las aguas conduce a una disminución de la abundancia de una importante especie de presa, el zooplancton Calanus finmarchicus . [137] Esta reducción en la disponibilidad de presas afecta la salud de la población de ballenas francas de numerosas maneras. Los impactos más directos son sobre la supervivencia y el éxito reproductivo de las ballenas individuales, ya que las densidades más bajas de C. finmarchicus se han asociado con problemas de salud relacionados con la desnutrición [138] y dificultades para dar a luz y criar con éxito a las crías. [136] [139]
Posibles efectos de retroalimentación
Liberación de metano a partir de clatrato de metano
El aumento de las temperaturas oceánicas también puede afectar a los depósitos de clatrato de metano ubicados bajo los sedimentos del fondo oceánico. Estos retienen grandes cantidades de metano , un gas de efecto invernadero que el calentamiento oceánico puede liberar. Sin embargo, actualmente se considera poco probable que los clatratos de gas (principalmente metano) en los clatratos submarinos provoquen una "desviación detectable de la trayectoria de emisiones durante este siglo". [41] : 107
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