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Comprensión de la acidificación del océano
La acidificación del océano representa uno de los cambios más consiguientes que se producen en el mundo actual de los océanos; los océanos. Desde la Revolución Industrial, las concentraciones de dióxido de carbono atmosférico (CO2) han aumentado de aproximadamente 280 partes por millón (ppm) a más de 420 ppm, impulsado principalmente por la combustión de combustibles fósiles, la deforestación y los procesos industriales.
El CO2 se disuelve en el agua marina, sufre una serie de reacciones químicas. El CO2 reacciona con el agua (H2O) para formar ácido carbónico (H2CO3), que rápidamente se disocia en iones bicarbonato (HCO3-) y iones de hidrógeno (H+).El aumento de la concentración de iones de hidrógeno es lo que reduce el pH, haciendo el agua más ácido.
La escala de cambio ya es medible. El pH del océano superficial ha disminuido en aproximadamente 0.1 unidades de pH desde tiempos preindustriales, lo que representa un aumento aproximado del 30% en la concentración de iones de hidrógeno. Si las emisiones continúan en las trayectorias actuales, proyecciones de los IPCC Informe especial sobre el océano y la atmósfera en un clima cambiante (SROCC) 0 menos
La química de la acidificación del océano en detalle
Para comprender por qué la acidificación oceánica es tan disruptiva, ayuda a comprender el sistema de carbonatos con mayor detalle. El agua marina contiene naturalmente tres formas de carbono inorgánico: CO2, iones bicarbonatos y iones carbonatos. Estas especies existen en equilibrio, y el equilibrio depende de pH. En hoy ácidoscuo;s océano, alrededor del 90 por ciento de carbono inorgánico disuelto.
El estado de saturación de minerales carbonato de calcio es un parámetro crítico. Dos formas biógenas comunes, aragonita y calcita, tienen diferentes solubilidades. Aragonita, utilizada por corales y muchos moluscos, es más soluble y se disuelve a niveles de pH inferiores. Calcita, utilizado por cocolithophores y algunos foraminifera, es ligeramente más estable pero todavía sensible.
Estos cambios químicos no ocurren uniformemente en el océano. Las aguas frías tienen más CO2, haciendo regiones polares entre los primeros en experimentar subsaturación. Zonas de crianza, donde el agua rica en CO2 se lleva a la superficie, también experimentan pH naturalmente bajo y bajos estados de saturación reducidas; condiciones que ahora se están exacerbando por el CO2 antropogénico.
Efectos sobre Calcificadores Marinos: Shells and Skeletons Under Siege
Coral Reefs
Los arrecifes de coral se describen a menudo como las selvas tropicales del mar, albergando aproximadamente el 25 por ciento de todas las especies marinas a pesar de cubrir menos del 1 por ciento del suelo oceánico. La fundación de estos ecosistemas es la estructura de carbonato de calcio construida por los pólipos de coral en simbiosis con algas de zooxanthellae. La acidificación del océano socava directamente esta fundación.
Numerosos estudios han documentado una reducción de la calcificación en los corales de mayor construcción de arrecifes como Porites y Acropora]. Los experimentos muestran que en los niveles de CO2 aburridos equivalentes a 600 a 800 ppm, la calcificación de coral puede disminuir en 15 a 25 por ciento en comparación con las condiciones estructurales preinvertebrados.
La acidificación del océano también interactúa con las temperaturas del mar crecientes. Mientras que el estrés térmico causa el decoloramiento del coral; la expulsión de algas simbióticas претритеритова; la acidificación perjudica la recuperación al obstaculizar el crecimiento esquelético. La presión combinada del calentamiento y la acidificación crea un escenario donde los arrecifes pueden cambiar de la acreción neta a la erosión neta, perdiendo efectivamente la masa con el tiempo.
Shellfish and Mollusks
Los ostras, almejas, mejillones, escalofríos y abalona son vulnerables a la acidificación porque confían en iones carbonatos para construir sus conchas. Las etapas larvas y juveniles son especialmente sensibles. Larvas de bivalvo comienzan la formación de conchas en horas a días de fertilización, y en pH reducido, experimentan el desarrollo retardado, tamaño menor y mortalidad superior.
Los peces de grano también experimentan efectos subletarios. Incluso cuando pueden sobrevivir, pueden asignar más energía al mantenimiento de cáscaras a expensas del crecimiento, la reproducción y la función inmune. Las cáscaras más débiles las hacen más susceptibles a los depredadores como los cangrejos y el pez estrella. Para las especies de importancia comercial como el ostra oriental () [Misclip2]
Los pteropodos, a veces llamados mariposas marinas, son pequeños moluscos que juegan un papel desbordante en las redes de alimentos polares. Producen cáscaras aragonitas delicadas que son altamente sensibles a la acidificación. En el Océano Sur y el Océano Ártico, los pteropodos ya experimentan períodos de subsaturación, y sus cáscaras muestran daño visible de disolución.
Equinodermos y Crustaceans
Las erizos marinos, el pez estrella y otros equinodermos también tienen estructuras calcificadas. Larvas de erizo marino, por ejemplo, dependen de varillas esqueléticas de calcita de magnesio para el apoyo y la alimentación. El pH reducido afecta el desarrollo larval, la simetría y la supervivencia.
Efectos sobre los organismos no purificadores
Fisiología y comportamiento de los peces
Los peces no son inmunes a la acidificación del océano. Aunque no construyen cáscaras de carbonato de calcio, deben mantener el equilibrio interno de pH, y el CO2 elevado en el agua marina puede interrumpir su regulación de base de ácido. La investigación durante la última década ha revelado una gama de efectos conductuales y fisiológicos. En condiciones elevadas de CO2, muchas especies de peces experimentan una función de coacción alterada, lo que hace más difícil detectar depreda
También se pueden afectar funciones auditivas y visuales. Estudios sobre especies de arrecifes de coral y damselfish han demostrado que el CO2 elevado altera la sensibilidad auditiva y la detección de contrastes visuales, además de comprometer la supervivencia. Comportamiento juvenil de asentamiento reducidash; el proceso por el cual larvas elige un hábitat y metamorfosis en adultos plagamdash; también se interrumpe, lo que puede reducir el reclutamiento en poblaciones de arrecife o estuarina.
Estas deficiencias conductuales están vinculadas a la función del receptor GABA-A en el sistema nervioso central. Elevado CO2 altera las concentraciones de iones en los tejidos de peces, afectando la función neurotransmisor de maneras que pueden conducir a comportamientos más riesgosos, ansiedad reducida y aprendizaje deteriorado. Importantemente, algunas especies o poblaciones pueden mostrar aclimatación a través de múltiples generaciones, pero el ritmo del cambio ambiental puede superar su capacidad adaptativa.
Plancton y la Base de la Web de Alimentos
El fitoplancton forma la base de las redes de alimentos marinos y son responsables de aproximadamente la mitad de la producción primaria mundial. Cocolithophores, un grupo de fitoplancton que construyen placas calcitas (cococolitos), son directamente sensibles a la acidificación. Mientras que algunas especies muestran un crecimiento creciente bajo las exportaciones de carbono elevadas cuando los nutrientes son suficientes, su calcificación a menudo disminuye, lo que conduce a un océano más ligero y más delgado.
Zooplankton, incluyendo copos, krill y foraminifera, también se impactan. Foraminifera construye pruebas de calcita, y su peso cáscara ya ha disminuido en sedimentos de la era industrial en comparación con los tiempos preindustriales. Krill, una especie de piedra clave en las redes de alimentos del Océano Sur, experiencia reducida éxito de captura y desarrollo de larval más lento bajo el CO2.
Consecuencias de los ecosistemas
Disrupción de la Web de alimentos
Los efectos de nivel individual descritos anteriormente aumentan la estructura de la red alimentaria, el flujo energético y la función de los ecosistemas. Cuando los calcificadores como los pteropodos o los bivalvos disminuyen, los depredadores que dependen de ellos deben cambiar especies de presas, viajar más lejos para encontrar alimentos o declinar. Esto puede llevar a cascadas tróficas donde los cambios en una parte de la web se propagan a otros.
La acidificación del océano también puede cambiar la dinámica competitiva entre las especies. Algunos organismos, como ciertos tipos de margas y algas marinas, se benefician de CO2 elevado porque pueden aumentar sus tasas fotosintéticas. En los sistemas costeros, esto puede llevar a una proliferación de macroalgas a expensas de algas calcificantes y animales, fundamentalmente cambiando la estructura del hábitat. El resultado es una simplificación de los ecosistemas, a menudo con menos niveles tróficos y menor biodiversidad.
Hábitat Pérdida y declinación de la biodiversidad
Los arrecifes de coral proporcionan el ejemplo clásico de pérdida de hábitat impulsada por la acidificación. Como los arrecifes erosionan, la compleja estructura tridimensional que proporciona refugio y jardines de guardería para miles de especies se derrumben. La diversidad de peces, las poblaciones invertebradas se encogen y el ecosistema cambia a un estado más simple y menos productivo. Procesos similares ocurren en arrecifes de ostra, que una vez formaron extensos hábitat biópicos en los estuarios de agua templadas.
En los ecosistemas de coral de aguas frías que se encuentran en aguas profundas y oscuras frente a las plataformas continentales, la amenaza es aún más aguda porque estos corales ya viven en estados de baja saturación. A medida que aumentan los niveles de CO2, vastas áreas del suelo oceánico pueden llegar a ser corrosivas para la aragonita, eliminando potencialmente estos hábitats de crecimiento lento y antiguos que albergan alta biodiversidad y sirven como zonas de de de despachado de peces.
Efectos regionales y socioeconómicos
Pesca y Acuicultura
Las consecuencias económicas de la acidificación oceánica se concentran en sectores que dependen de mariscos y mariscos. La industria de mariscos de los Estados Unidos, valorada en más de 1.000 millones de dólares anuales en ventas directas, ya ha experimentado pérdidas documentadas. La crisis de la ostra de la costa occidental obligó a los operadores a invertir en sistemas de agua marina amortiguada, supervisar los niveles de CO2 en tiempo real y reubicar las operaciones en zonas menos afectadas.
Las pesquerías mundiales vulnerables a la acidificación incluyen las de almejas, ostras, mejillones, escalofríos, almejas, erizos marinos y algunas especies de cangrejo y langosta. En las naciones en desarrollo donde la proteína de los mariscos es un componente dietético primario, las declinaciones de las cosechas de mariscos amenazan directamente la seguridad alimentaria.
Coastal Communities and Indigenous Peoples
Las comunidades costeras que dependen de los recursos marinos para la subsistencia, la identidad cultural y los medios de vida económicos están en primera línea. Las comunidades indígenas de Alaska, Columbia Británica, el Pacífico Noroeste y el Ártico dependen en gran medida de los mariscos, salmones y mamíferos marinos. La acidificación del océano añade otra capa de estrés a las comunidades que ya enfrentan aumentos del nivel del mar, calentamiento y pérdida de hielo marino.
Mitigation and Adaptation Pathways
Reduciendo emisiones de CO2 en la Fuente
La única solución a largo plazo para la acidificación de los océanos es dejar de añadir CO2 a la atmósfera, lo que requiere una transición mundial de los combustibles fósiles hacia fuentes de energía renovables como energía solar, eólica, geotérmica e hidroeléctrica. Mejoras de eficiencia energética en toda la industria, transporte y edificios pueden reducir la demanda general. Las tecnologías de captura y almacenamiento de carbono (CCS) no sustituyen las reducciones de emisiones de emisiones de las emisiones de las tierras, pueden ayudar a reducir las emisiones de aceros.
Los acuerdos internacionales y las políticas nacionales desempeñan un papel central.El Acuerdo de París relativo a los consumidoresquo; su objetivo de limitar el calentamiento global a 1,5 milésimas;2.0 " Por ejemplo, C, si se logra, también limitaría la magnitud de la acidificación de los océanos. Sin embargo, incluso en los escenarios más optimistas, el océano seguirá acidificando durante décadas a siglos debido a la inercia del ciclo de carbono.
Building Ecosystem Resilience
Mientras que las reducciones de emisiones abordan la causa raíz, las acciones locales y regionales pueden ayudar a los ecosistemas a soportar los cambios ya en curso. Proteger y restaurar hábitats costeros como manglares, camas de algas marinas y marismas de sal aumenta el almacenamiento de carbono y proporciona refugia para especies sensibles. Las algas marinas, en particular, pueden elevar el pH local a través de su actividad fotosintética, creando refugios seguros para calcificadores.
Las áreas protegidas marinas (MPA) que reducen la presión pesquera y otros factores de estrés pueden ayudar a las poblaciones a mantener su diversidad genética y potencial de adaptación. Dentro de los MPA, las poblaciones más sanas tienen una mejor oportunidad de sobrevivir el estrés ambiental y la tolerancia potencialmente cambiante a pH bajo. Restauración activa, como la plantación de corales que han sido criados selectivamente para una mayor tolerancia térmica y pH, se está explorando como una estrategia de intervención para ecosistemas de arrecifes de alto valor.
Gestión de las pesquerías y la acuicultura
Los gerentes de pesca pueden incorporar proyecciones climáticas y acidificantes en las evaluaciones de stock y las reglas de cosecha. Los patrones de cosechas de comercialización hacia especies más resistentes y la reducción de bycatch de especies vulnerables pueden ayudar a mantener la función de ecosistema. En la acuicultura, los operadores pueden monitorear la química del agua en alta resolución temporal y tratar el agua de ingesta con amortiguadores como carbonato sodio o capa triturada para elevar pH antes de alcanzar sistemas de agua sensibles.
Investigación, Monitoreo y Bioingeniería
Las observaciones sostenidas sobre los océanos son esenciales para el seguimiento de las tendencias de acidificación, validar modelos e informar a la administración. Programas como el NOAA PMEL Carbon Program] proporcionan mediciones de alta calidad en todo el océano global, detectando cambios en pH, alcalinidad y estado de saturación. La expansión de estas redes en las regiones costeras y polares es una prioridad.
La investigación sobre la base genética y fisiológica de la tolerancia a la acidificación puede identificar cepas de corales, ostras u otras especies que pueden sobrevivir en condiciones proyectadas. Ya se están ejecutando programas selectivos de cría de mariscos, con el objetivo de producir líneas con mayor resiliencia para la acuicultura comercial. Herramientas moleculares, incluyendo genómica y transcripcionómica, están descubriendo los mecanismos que permiten a algunos individuos mantener la calcificación incluso en la selección elevada CO2, abriendo el CO2
Participación comunitaria y cambio conductual
La conciencia pública sobre la acidificación oceánica ha aumentado pero sigue siendo menor que la conciencia del cambio climático o la contaminación plástica. La comunicación efectiva sobre la ciencia, los riesgos y las vías de solución es crítica. Programas de ciencias ciudadanas, como la Coalición climática de las poblaciones de peces Shellfish y los esfuerzos de monitoreo de pH comunitarios, involucran a los interesados directamente en la recolección y promoción de datos.
Conclusión
La acidificación del océano no es una amenaza futura distante; está ocurriendo ahora, en cada cuenca del océano, a una velocidad que desafía la capacidad de adaptación de la vida marina. Desde la disolución de las cáscaras de pteropod en los mares polares hasta el debilitamiento de los esqueletos de coral en las aguas tropicales, los cambios químicos impulsados por las emisiones de CO2 están remodelando los ecosistemas marinos.