Los océanos del mundo cubren más del 70 por ciento de la superficie del planeta y sirven como el mayor sumidero activo de carbono de la Tierra, absorbiendo aproximadamente una cuarta parte del dióxido de carbono (CO2) que las actividades humanas liberan en la atmósfera. Este servicio natural modera las temperaturas globales y amortigua los peores efectos del cambio climático. Sin embargo, el mismo proceso que hace de los océanos un aliado climático también genera una amenaza profunda y creciente: la acidificación de los océanos. A medida que aumentan las concentraciones de CO2, la química cambia, poniendo en peligro la vida marina desde el plancton microscópico hasta los arrecifes de coral. La pérdida resultante de la biodiversidad marina debilita la capacidad de los océanos para regular el clima, creando un peligroso circuito de retroalimentación que amplifica el calentamiento global, perturba la pesca y socava la seguridad alimentaria de miles de millones de personas.

La química de la acidificación del océano

Cómo CO2 Alters Seawater pH

Cuando el CO2 atmosférico se disuelve en agua de mar, sufre una serie de reacciones químicas. Primero, el CO2 reacciona con agua (H2O) para formar ácido carbónico (H2CO3). Este ácido débil se disocia rápidamente en iones de hidrógeno (H+) y iones de bicarbonato (HCO3−). El aumento de iones de hidrógeno reduce el pH del océano, una medida de acidez. Desde la Revolución Industrial, el pH superficial del océano ha disminuido en aproximadamente 0,1 unidades, lo que representa un aumento del 30% en la acidez. La tasa de cambio es aproximadamente 100 veces más rápida que cualquier cambio natural durante los últimos 55 millones de años, según el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático.

The Carbonate Saturation State

Una consecuencia crítica de la concentración elevada de iones de hidrógeno es la reducción de iones de carbonato (CO32−). Los iones de carbonato son los bloques de construcción que los organismos marinos utilizan para construir carbonato de calcio (CaCO3) conchas y esqueletos. A medida que cae el pH, el carbonato se pone menos disponible, y el estado de saturación de minerales de carbonato de calcio -aragonita y calcita-declines. Cuando las aguas se subsaturan con respecto a la aragonita, que es la forma de carbonato de calcio utilizado por los corales y muchos moluscos, esos organismos no pueden crecer o mantener fácilmente sus estructuras. Este proceso ya se está produciendo en regiones polares y evolutivas, donde las aguas frías tienen naturalmente más CO2 y son particularmente vulnerables.

Impactos biológicos de la acidificación en los organismos marinos

Coral Reefs at the Front Line

Los arrecifes de coral se encuentran entre los ecosistemas más sensibles a la acidificación. Los corales construyen marcos masivos de carbonato de calcio a lo largo de siglos, pero bajo las trayectorias actuales de emisión de CO2, proyecto de modelos que para 2050 muchos arrecifes tropicales experimentarán estados de saturación aragonita tan bajo que la erosión neta del arrecife superará el crecimiento del arrecife. El Gran Arrecife Barrera, por ejemplo, ya ha perdido más de la mitad de su cubierta coral desde el decenio de 1990 debido a las presiones combinadas de blanqueamiento, enfermedad y acidificación. Estudio 2020 en Naturaleza encontró que incluso si el calentamiento global se mantiene a 1,5 °C, la acidificación solo podría reducir las tasas de calcificación de coral en 15–25 por ciento.

Shellfish and Pteropods: The Base of the Food Web

Los pteropodos —pequeñas, caracoles de natación a menudo llamados mariposas marinas— son un elemento clave de presa para salmón, arenque e incluso ballenas. Sus cáscaras aragonitas delgadas son agudamente vulnerables a la disolución en agua acidificada. Los experimentos de laboratorio muestran que cuando los pteropodos están expuestos a niveles de CO2 proyectados para finales de este siglo, sus conchas se vuelven visiblemente tensas y frágiles dentro de los días. Los ostras, almejas y mejillones se enfrentan a desafíos similares. La industria de ostras del Noroeste del Pacífico ya ha experimentado enormes fallas de hatchery vinculadas al agua elevada acidificada, costando millones de dólares y obligando a los productores a adoptar costosos sistemas de monitoreo y amortiguación. La Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) ha documentado que la acidificación puede reducir la supervivencia de ostras larvas hasta en un 80 por ciento.

Comportamiento de pescado y Fisiología

La acidificación no sólo afecta a los constructores de conchas. Los peces pueden experimentar una función sensorial deficiente, comportamiento alterado y tasas de crecimiento reducidas. Estudios sobre el clownfish han demostrado que el CO2 elevado interrumpe la función del receptor GABAA en el cerebro, menoscabando la capacidad de detectar depredadores y localizar hábitat adecuado. Esta interferencia neurológica puede llevar a un comportamiento arriesgado, rebosando hacia cues depredadores en lugar de alejarse de ellos, y puede reducir las tasas de supervivencia en la naturaleza. Aunque los peces pueden tener más capacidad fisiológica de amortiguación que los invertebrados, es probable que el estrés acumulativo del calentamiento, la pérdida de oxígeno y la acidificación presionen a muchas poblaciones más allá de sus límites adaptativos.

Pérdida de biodiversidad marina: una crisis multiplicada

Coral Reefs como puntos calientes de biodiversidad

Los arrecifes de coral albergan un 25% estimado de todas las especies marinas a pesar de cubrir menos del 1% del suelo oceánico. La pérdida del marco coral debido a la acidificación y el blanqueamiento desencadena una cascada de disminución de la biodiversidad. Cuando mueren los corales, la estructura tridimensional intrincada que proporciona refugio para peces, crustáceos y moluscos se derrumba. Los peces herbívoros que controlan el hacinamiento de las algas desaparecen, y el arrecife cambia a un estado bajo-diversidad, dominado por las algas. Este cambio de fase suele ser irreversible en los plazos humanos. El Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente advierte que, sin importantes reducciones de las emisiones, más del 90% de los arrecifes de coral tropicales correrán el riesgo de una degradación grave para 2050.

Pérdida de hábitats de coral frío-agua

La pérdida de biodiversidad no se limita a los arrecifes cálidos y soleados. Los corales de aguas frías, que prosperan en aguas profundas y oscuras frente a las plataformas continentales, están igualmente amenazados. Estos corales forman grandes montículos que albergan comunidades ricas de peces, esponjas y estrellas frágiles. Debido a que las aguas profundas ya están más cerca del horizonte de saturación aragonita, la acidificación los hará subsaturados antes. Un examen de 2013 Frontiers in Marine Science estimado que para finales del siglo, hasta el 70 por ciento de los conocidos hábitats de coral de agua fría podrían estar expuestos a aguas corrosivas.

Phytoplankton y la bomba biológica del océano

Phytoplankton, las plantas microscópicas que se derivan en aguas superficiales iluminadas por el sol, son la base de la red de alimentos marinos. También conducen la bomba biológica de carbono —el proceso por el cual el CO2 fijado por la fotosíntesis se hunde en el océano profundo como desechos orgánicos. La acidificación puede alterar la composición comunitaria de fitoplancton, favoreciendo algunas especies sobre otras. Por ejemplo, se espera que los cocolitfores calcificadores, que producen pequeñas placas de carbonato de calcio, declinen a medida que cae el pH. Los cambios a gran escala en el tipo de fitoplancton podrían perturbar la eficiencia del secuestro de carbono y reducir la cantidad de energía transferida a niveles tróficos superiores. Un estudio de modelado de 2019 indicó que la acidificación de los océanos podría reducir la productividad primaria mundial en un 5-10 por ciento bajo escenarios de alta emisión.

Ecosystem Services Under Threat

La pérdida de la biodiversidad marina socava directamente los servicios de los ecosistemas en los que dependen las sociedades humanas. Las pesquerías proporcionan proteínas a más de 3.000 millones de personas y apoyan los medios de vida del 10 al 12 por ciento de la población mundial. Las pesquerías de arrecifes de coral por sí solas se valoran en aproximadamente 6.800 millones de dólares anuales. A medida que la acidificación debilita las poblaciones de mariscos y degrada los hábitats de las guarderías de peces, capturan descensos potenciales. La protección costera también está en riesgo: arrecifes de coral sanos y camas de ostras amortiguan las costas de la energía de las olas y las oleadas de tormenta. La Encuesta Geológica de EE.UU. calculó que perder sólo el primer metro de un arrecife de coral puede duplicar la fuerza de las olas que llegan a la orilla, aumentando la erosión y el riesgo de inundaciones.

Ocean Climate Regulation: Feedback Loops and Thresholds

The Ocean Carbon Sink Under Siege

El océano absorbe actualmente alrededor de 2.600 millones de toneladas métricas de carbono al año, aproximadamente el 26% de las emisiones anuales de CO2 antropógenas. Esta absorción es impulsada en parte por la bomba de solubilidad (CO2 disolver directamente en aguas frías y densas) y en parte por la bomba biológica. A medida que el océano calienta y acidifica, la eficiencia de ambas bombas está comprometida. Agua caliente mantiene menos disuelto CO2, reduciendo la bomba de solubilidad. Mientras tanto, los cambios de acidificación y nutrientes alteran la composición y el tamaño del fitoplancton, lo que podría debilitar la bomba biológica. Los modelos del sistema de la Tierra sugieren que el sumidero de carbono oceánico puede debilitarse en un 10–20 por ciento a finales del siglo bajo escenarios empresariales como habituales, dejando más CO2 en la atmósfera y acelerando el calentamiento global.

Absorción del calor y Circulación del océano

Los océanos han absorbido más del 90% del calor extra atrapado por los gases de efecto invernadero desde la década de 1970. Esta absorción masiva de calor ha ralentizado el calentamiento atmosférico pero a un costo: impulsa la expansión térmica (responsable para aproximadamente un tercio de la elevación del nivel del mar observado), altera las corrientes oceánicas y contribuye a las ondas de calor marinas. Estas ondas de calor —períodos prolongados de agua marina anómalamente cálida— se han vuelto más frecuentes e intensas, con consecuencias devastadoras para los bosques de algas, las camas de algas y los arrecifes de coral. El 2013–2016 “Blob” en el Pacífico Norte interrumpió la red de alimentos de plancton a aves marinas a peces comercialmente valiosos como el salmón, lo que llevó a cierres de pesca y pérdidas económicas.

Albedo y Biogeochemical Feedbacks

Los ecosistemas marinos también influyen en el clima mediante el albedo (reflexividad) y la producción de gases biógenos. Coral reefs and seagrass meadows, for instance, have relatively low albedo compared to sand, but their contribution to cloud formation via dimethyl sulfide (DMS) is significant. DMS, liberado por fitoplancton, oxida para formar partículas sulfateadas que sirven como núcleos de condensación de nubes, nubes brillantes y luz solar reflectante. Una disminución del fitoplancton calcificador, como el cocolithophores, podría reducir la producción de DMS, causando una retroalimentación positiva que amplifica el calentamiento. Estas reacciones biogeoquímicas son complejas y aún no se incorporan plenamente en las proyecciones climáticas, pero subrayan el estrecho acoplamiento entre la biología oceánica y el sistema climático.

Addressing the Threats: Mitigation and Adaptation

Reducción de las emisiones profundas y rápidas

La causa raíz de la acidificación oceánica y el calentamiento es CO2. La estabilización de la química oceánica requiere que el mundo alcance las emisiones netas de CO2 lo antes posible, idealmente a mediados de siglo. El Informe Especial del IPCC sobre el océano y la criosfera en un clima cambiante pone de relieve que cada fracción de un grado de calentamiento importa para el océano. Limitar el calentamiento global a 1,5 °C, en comparación con 2 °C, reduciría la gravedad de la acidificación oceánica, limitaría la pérdida de arrecifes de coral y preservaría niveles más altos de biodiversidad marina. Es esencial contar con mecanismos normativos que incluyan precios de carbono, mandatos de energía renovable y normas estrictas de emisiones para el transporte marítimo y la industria.

Áreas marinas protegidas y refugia

Las zonas marinas protegidas no pueden prevenir la acidificación, pero pueden reducir otros factores de estrés como la sobrepesca, la contaminación y la destrucción del hábitat, aumentando la resiliencia de los ecosistemas marinos. El diseño de la MPA inteligente para el clima identifica la refugiación potencial—areas donde las condiciones pueden permanecer más favorables—como regiones con estados de saturación de carbonatos naturalmente superiores o aguas más frías. El Convenio sobre la Diversidad Biológica ha pedido la protección del 30% del océano para 2030, y los AMP debidamente aplicados dentro de ese objetivo podrían ayudar a reducir las pérdidas de diversidad biológica mientras las emisiones mundiales se controlan.

Restauración y eliminación de dióxido de carbono

Los esfuerzos de restauración de los ecosistemas, como la jardinería de corales, la reconstrucción de los arrecifes de ostra y la plantación de algas marinas, pueden mejorar localmente la complejidad del hábitat y proporcionar servicios de los ecosistemas, aunque no pueden escalar para compensar la acidificación mundial. Se están investigando las tecnologías de eliminación de dióxido de carbono, incluida la captura directa de aire y la mejora de la alcalinidad oceánica, como posibles instrumentos para reducir el CO2. El realce de la alcalinidad oceánica, como la olivina al agua marina, podría contrarrestar teóricamente la acidificación al mismo tiempo que aumenta la capacidad del océano para absorber CO2. Sin embargo, los efectos ecológicos y la viabilidad económica del CDR en gran escala siguen siendo inciertos, y esas medidas no sustituyen la reducción de las emisiones en la fuente.

Adaptación de las pesquerías y las comunidades costeras

A medida que cambian las condiciones oceánicas, los administradores de la pesca deben adoptar enfoques flexibles y precautorios que permitan cambiar las distribuciones de las poblaciones de peces y reducir la productividad. Herramientas como la gestión dinámica de los océanos, que utiliza datos en tiempo real para ajustar las zonas de pesca, pueden ayudar a reducir la captura incidental y proteger las especies vulnerables. Para las comunidades dependientes de los mariscos, la reproducción selectiva de broodstock tolerante a la acidificación y la inversión en guarderías terrestres con control de pH puede mejorar la supervivencia de la hatchery. El desarrollo de redes de vigilancia como la Red Mundial de Observación de la Acidificación del Océano (GOA-ON) proporciona datos que pueden utilizarse para emitir alertas tempranas y orientar las estrategias de adaptación.

Conclusión

Los océanos no son un reservorio pasivo para las emisiones causadas por el ser humano; son un sistema viviente que regula activamente el clima. La acidificación oceánica, impulsada por el mismo CO2 que calienta el planeta, ataca los mismos motores biológicos que mantienen funcionando los servicios climáticos del océano. La pérdida resultante de cascadas de biodiversidad marina a través de redes de alimentos, erosiona los medios de subsistencia de la pesca y debilita la capacidad del océano para absorber el calor y el carbono. Sin una acción decisiva para reducir las emisiones de CO2, estos cambios se acelerarán, desencadenando retroalimentaciones que hagan aún más difícil la estabilización climática. Proteger el océano significa protegernos a nosotros mismos—todo polip coral, cada pteropod, cada célula fitoplancton importa más de lo que aún hemos reconocido.

Más lectura: El IPCC Informe especial sobre el océano y la atmósfera proporciona una visión general de estas amenazas. NOAA Ocean Acidification Program ofrece datos de monitoreo continuos. Para una profunda inmersión en los impactos ecológicos y económicos, vea el 2020 Nature Climate Change síntesis sobre riesgos de acidificación oceánica.