Comprendere l'acidificazione dell'oceano

L'acidificazione dell'oceano rappresenta uno dei cambiamenti più consequenziali che si verificano negli oceani mondiali e internazionali. Poiché la rivoluzione industriale, le concentrazioni di anidride carbonica atmosferica (CO2) sono aumentate da circa 280 parti per milione (ppm) a oltre 420 ppm, guidate principalmente dalla combustione dei combustibili fossili, dalla deforestazione e dai processi industriali.

Il CO2 reagisce con acqua (H2O) per formare l'acido carbonico (H2CO3), che rapidamente dissocia in ioni di bicarbonato (HCO3-) e ioni di idrogeno (H+). L'aumento della concentrazione di ioni di idrogeno è ciò che abbassa il pH, rendendo l'acqua più acida. Criticamente, questi ioni di idrogeno si legano con i calci di carbonio).

Il pH dell'oceano superficiale è diminuito di circa 0,1 unità di pH fin dai tempi preindustriali, che rappresentano un aumento approssimativamente del 30 per cento della concentrazione di ioni di idrogeno. Se le emissioni continuano sui traiettori attuali, le proiezioni dal IPCC Rapporto speciale sull'Oceano e la criosfera in un clima di cambiamento (SROCC)[FLT: 1,3] suggeriscono un ulteriore declino del pH di un milione di anni senza precedenti.

La chimica dell'acidificazione dell'oceano in dettaglio

Per capire perché l'acidificazione dell'oceano è così dirompente, aiuta a comprendere il sistema carbonato in modo più dettagliato. L'acqua di mare contiene naturalmente tre forme di carbonio inorganico: CO2, ioni bicarbonati disciolti e ioni carbonati. Queste specie esistono in equilibrio, e l'equilibrio dipende dal pH. In oggi & quo; oceano, circa il 90% del carbonio disciolto esiste come bicarbonato, il CO2 come spesa.

Le due forme biogene comuni, aragonite e calcite, hanno diverse solubilità. Aragonite, utilizzata dai coralli e da molti molluschi, è più solubile e si dissolverà a livelli di pH inferiori. Calcite, usato da coccolithophores e da alcune foraminifera, è leggermente più stabile ma ancora sensibile.

Le acque più fredde tengono più CO2, rendendo le regioni polari tra le prime a sperimentare la sottosaturazione. Le zone di upwelling, dove l'acqua profonda, ricca di CO2, viene portata in superficie, sperimentano anche il pH naturale basso e bassi stati di saturazione — le condizioni che sono ora esacerbate da CO2 antropogenico. Le aree costiere, influenzate da fattori di nutrienti, possono assorbire gli effetti locali.

Effetti sui Calcifiers Marine: Conchiglie e Scheletri sotto assedio

Coral Reefs

Le barriere coralline sono spesso descritte come le foreste pluviali del mare, che ospitano circa il 25 per cento di tutte le specie marine, nonostante coprono meno dell'1 per cento del pavimento oceanico. La fondazione di questi ecosistemi è la struttura carbonata di calcio costruita dai polipi coralli in simbiosi con alghe zooxanthellae. L'acidificazione dell'oceano mina direttamente questa fondazione.

Numerosi studi hanno documentato una ridotta calcificazione dei principali coralli di costruzione della barriera, come Porites e Acropora.Gli esperimenti dimostrano che a livelli di CO2 equivalenti a 600 a 800 ppm, la calcificazione dei coralli può diminuire del 15 al 25 per cento rispetto alle condizioni pre-industriali.

Mentre lo stress termico provoca lo sbiancamento dei coralli; l'espulsione di alghe simbiotiche e di mdash; l'acidificazione pregiudica il recupero ostacolando la ricrescita scheletrica. La pressione combinata di riscaldamento e di acidificazione crea uno scenario in cui le barriere possono passare dall'accrescimento netto all'erosione netta, perdendo efficacemente la massa nel tempo.

Pesce conchiglia e molluschi

Ostriche, vongole, cozze, capesante e abalone sono tutti vulnerabili all'acidificazione perché si affidano a ioni carbonati per costruire le loro conchiglie. Le fasi larvale e giovanile sono particolarmente sensibili. Le larve bivalve iniziano la formazione delle conchiglie entro ore a giorni di fertilizzazione, e a pH ridotto, sperimentano lo sviluppo ritardato, le dimensioni più piccole e la mortalità più alta.

Anche quando possono sopravvivere, possono assegnare più energia alla manutenzione delle conchiglie a scapito della crescita, della riproduzione e della funzione immunitaria. I conchiglie più deboli li rendono più sensibili ai predatori come granchi e pesci stellari. Per le specie commercialmente importanti come l'ostrica orientale (Crassostrea virginica[FLT1 bluesel]) e

I Pteropodi, talvolta chiamati farfalle marine, sono piccoli molluschi free-swimming che svolgono un ruolo di grandi dimensioni nelle reti di cibo polare. Producono delicati gusci di aragonite che sono altamente sensibili all'acidificazione. Nell'Oceano Meridionale e nell'Oceano Artico, i pteropodi già sperimentano periodi di sottosaturazione, e le loro conchiglie mostrano danni visibili dissoluzione.

Echinoderms e Crostacei

Gli urchini marini, i pesci stellari e altri echinodermi hanno anche strutture calcificate. Le larve di urchina marini, per esempio, si basano su barre scheletriche di magnesio per il supporto e l'alimentazione.

Effetti sugli organismi non-calificanti

Fisiologia del pesce e comportamento

Anche se non costruiscono conchiglie di carbonato di calcio, devono mantenere l'equilibrio interno del pH, e la CO2 elevata in acqua di mare può interrompere la loro regolazione acido-base. La ricerca nell'ultimo decennio ha rivelato una gamma di effetti di nuoto comportamentali e fisiologici. In condizioni di CO2 elevate, molte specie di pesci hanno alterato la funzione olfattiva, rendendo più difficile rilevare predatori, trovare cibo, o individuare gli habitat idonei.

Studi su specie di barriera corallina e di altri tipi di barriera corallina hanno dimostrato che la CO2 altera la sensibilità uditiva e la rilevazione di contrasto visivo, compromettendo ulteriormente la sopravvivenza. Il comportamento di insediamento giovanile — il processo attraverso il quale le larve scelgono un habitat e la metamorfosi in adulti— è anche interrotto, che può ridurre il reclutamento in popolazioni reef o estuarine.

Questi difetti comportamentali sono legati alla funzione del recettore GABA-A nel sistema nervoso centrale. Elevato CO2 altera le concentrazioni ioni nei tessuti del pesce, che influenzano la funzione neurotrasmettitore in modi che possono portare a comportamenti più rischiosi, ansia ridotta e apprendimento alterato.

Plankton e la base del Web Food

I coccolithophores, un gruppo di fitoplancton che costruiscono piastre di calcite (coccolith), sono direttamente sensibili all'acidificazione, mentre alcune specie mostrano una crescita aumentata sotto CO2 elevati quando i nutrienti sono sufficienti, la loro calcificazione spesso declina, portando a più leggeri, più sottili tassi di coccoliti.

Lo Zooplancton, inclusi i farfalli, il krill e la foraminifera, sono anche influenzati. Foraminifera costruisce test di calcite, e il loro peso di shell è già diminuito nei sedimenti dell'era industriale rispetto ai tempi pre-industriali. Krill, una specie di pietra chiave nei web alimentari dell'Oceano meridionale, l'esperienza ha ridotto il successo di schiude e lo sviluppo larvale più lento in CO2 elevati.

Conseguenze ecosistema-legali

Disturbo del Web di cibo

Gli effetti a livello individuale descritti sopra scalano per alterare la struttura del web del cibo, il flusso di energia e la funzione dell'ecosistema.Quando i calcifiers come pteropodi o bivali declinano, i predatori che si affidano a loro devono cambiare le specie prede, viaggiare più lontano per trovare il cibo, o rifiutarsi.

Alcuni organismi, come alcuni tipi di erbacce e alghe marine, beneficiano di elevati CO2 perché possono aumentare i loro tassi fotosintetici. Nei sistemi costieri, ciò può portare a una proliferazione di macroalghe a scapito di calcificare alghe e animali, struttura dell'habitat fondamentalmente mutante. Il risultato è una semplificazione degli ecosistemi, spesso ridotta a livelli trofici di biodiversità.

Habitat Loss and Biodiversity Decline

Come reefs erode, la struttura tridimensionale complessa che fornisce riparo e terreni per la cura di migliaia di specie crolla. La diversità dei pesci declina, le popolazioni invertebrate si restringono, e l'ecosistema si sposta a uno stato più semplice e meno produttivo.

In acque fredde, gli ecosistemi coralli si trovano nelle acque profonde e scure, fuori dagli scaffali continentali, la minaccia è ancora più acuta perché questi coralli vivono già a bassi stati di saturazione. Come i livelli di CO2 si innalzano, vaste aree del pavimento oceanico possono diventare corrosive all'aragonite, potenzialmente eliminando questi habitat secolari che ospitano l'alta biodiversità e servono come aree di deposizione del pesce.

Impatti regionali e socioeconomici

Pesca e acquacoltura

Le conseguenze economiche dell'acidificazione oceanica sono concentrate in settori che dipendono dai crostacei e dai pesci finlandesi. L'industria molluschi statunitensi, valutata a oltre 1 miliardo di dollari all'anno nelle vendite dirette, ha già sperimentato perdite documentate. La crisi di ostrica di West Coast ha costretto gli operatori a investire nei sistemi di mare tamponato, a monitorare i livelli di CO2 in tempo reale e a trasferire operazioni in aree meno colpite.

La pesca globale vulnerabile all'acidificazione comprende quelle per vongole, ostriche, cozze, capesante, vongole, urchine marine e alcune specie di granchio e aragosta.

Comunità costiere e popoli indigeni

Le comunità costiere che dipendono dalle risorse marine per la sopravvivenza, l'identità culturale e la sopravvivenza economica sono sulla linea frontale. Le comunità indigene in Alaska, British Columbia, il Pacifico Nord-Ovest, e l'Artico si affidano fortemente ai crostacei, ai salmoni e ai mammiferi marini. L'acidificazione dell'oceano aggiunge un altro strato di stress alle comunità che già stanno affrontando l'aumento del livello del mare, il riscaldamento e la perdita di ghiaccio marino.

Mitigazione e adattamento Percorsi

Riduzione delle emissioni di CO2 alla fonte

L'unica soluzione a lungo termine per l'acidificazione dell'oceano è quella di smettere di aggiungere CO2 all'atmosfera, che richiede una transizione globale lontano dai combustibili fossili verso fonti energetiche rinnovabili come solare, eolico, geotermico e idroelettrico. I miglioramenti dell'efficienza energetica nell'industria, nei trasporti e negli edifici possono ridurre la domanda complessiva.

Gli accordi internazionali e le politiche nazionali svolgono un ruolo centrale. L'obiettivo di Paris Agreement’s di limitare il riscaldamento globale a 1.5–2.0 °C, se raggiunto, limiterebbe anche l'entità dell'acidificazione dell'oceano. Tuttavia, anche sotto gli scenari più ottimisti, l'oceano continuerà ad acidificare per decenni a secoli a causa dell'inerzia del ciclo di carbonio.

Costruzione di Ecosystem Resilienza

Mentre le riduzioni delle emissioni si rivolgono alla causa principale, le azioni locali e regionali possono aiutare gli ecosistemi a resistere ai cambiamenti già in corso. Proteggere e ripristinare gli habitat costieri come mangrovie, letti di erba marina e paludi di sale migliora lo stoccaggio del carbonio e fornisce il rifornimento per le specie sensibili.

Le aree protette marine (MPA) che riducono la pressione di pesca e altri stressanti possono aiutare le popolazioni a mantenere la loro diversità genetica e il loro potenziale adattativo. All'interno di MPAs, le popolazioni più sane hanno una migliore possibilità di sopravvivere allo stress ambientale e di potenzialmente in evoluzione tolleranza al basso pH.

Gestione della pesca e dell'acquacoltura

I gestori della pesca possono incorporare proiezioni di clima e acidificazione in valutazioni di stock e regole di raccolta. I modelli di raccolta di spostamento verso specie più resistenti e la riduzione del bycatch di specie vulnerabili possono contribuire a mantenere la funzione dell'ecosistema. In acquacoltura, gli operatori possono monitorare la chimica dell'acqua ad alta risoluzione temporale e trattare l'acqua di assunzione con buffer come carbonato di sodio o guscio schiacciato per aumentare il pH prima di raggiungere le larve sensibili larve.

Ricerca, Monitoraggio e Bioingegneria

Le osservazioni oceaniche sussulte sono essenziali per il monitoraggio delle tendenze di acidificazione, la convalida dei modelli e la gestione delle informazioni. I programmi come il [NOAA PMEL Carbon Program[[[[]] forniscono misurazioni di alta qualità in tutto l'oceano globale, rilevando cambiamenti di pH, alcalinità e stato di saturazione.

La ricerca sulla base genetica e fisiologica della tolleranza di acidificazione può identificare le varietà di coralli, ostriche o altre specie che possono sopravvivere in condizioni di progetto. I programmi di allevamento selettivo per i crostacei sono già in corso, mirando a produrre linee con maggiore resilienza per l'acquacoltura commerciale.

L'impegno comunitario e il cambiamento comportamentale

La consapevolezza pubblica dell'acidificazione dell'oceano è aumentata ma rimane inferiore alla consapevolezza del cambiamento climatico o dell'inquinamento plastico. La comunicazione efficace sulla scienza, la posta in gioco e le vie di soluzione è fondamentale. I programmi di scienza dei cittadini, come la Coalizione del clima dei crostacei e gli sforzi di monitoraggio del pH basati sulla comunità, gli stakeholders si occupano direttamente della raccolta e dell'advocacy dei dati.

Conclusioni

L'acidificazione dell'oceano non è una minaccia futura lontana e mdash; sta accadendo ora, in ogni bacino oceanico, ad una velocità che sfida la capacità adattativa della vita marina. Dalla dissoluzione delle conchiglie di pteropodi nei mari polari all'indebolimento degli scheletri di corallo nelle acque tropicali, i cambiamenti chimici guidati dalle emissioni di CO2 stanno ridisegnando ecosistemi marini significativi.