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¿DÓNDE VA NUESTRO CO2?
a) Texto divulgativo
Es ya bien sabido y reconocido que el aumento del contenido de CO2 en la atmósfera debido a
las actividades antrópicas está provocando, a través del efecto invernadero, un calentamiento
global del planeta. Un aspecto mucho más desconocido, no obstante, es que buena parte del CO2
que emitimos los humanos está siendo absorbido por los mares y océanos. Si no fuera por esta
absorción, la concentración de CO2 en la atmósfera estaría cercana a las 450 ppmv, en lugar de
las actuales 390 ppmv, con la consiguiente amplificación del calentamiento global.
La absorción oceánica de CO2, no obstante, lleva asociada un problema importante: la
progresiva acidificación del agua de mar. Cuando las moléculas de CO2 penetran en el mar,
intervienen en una serie de equilibrios químicos (Fig. 1A) que se traducen en (a) un aumento de
la concentración de protones o iones hidrógeno y, por lo tanto, un descenso del pH, y (b) una
disminución de la concentración de iones carbonato, que son los ladrillos que utilizan los
organismos calcificadores como corales, mejillones, algas cocolitoforales o pterópodos para
construir su esqueleto o estructura. Son estos organismos calcificadores los que se verán
afectados de manera más obvia por la acidificación que, en la mayoría de los casos, dificultará
su crecimiento. Los cambios en la química del agua del mar derivados de la disolución del CO2
antropogénico son suficientemente importantes como para afectar también otros procesos, tanto
químicos, como la especiación de los nutrientes y de los metales, como biológicos, como la
fisiología reproductiva o la relacionada con el intercambio de gases. Las posibles repercusiones
de la progresiva acidificación de los mares y océanos abarcan, por tanto, desde efectos en
organismos individuales hasta impactos en ecosistemas enteros y en los ciclos biogeoquímicos
(véanse trabajos de revisión de Doney et al., 2009, Fabry et al., 2008, Guinotte y Fabry, 2008,
Pelejero et al., 2010).
Figura 1. Química de la acidificación oceánica, reacciones y evolución temporal. (A) Visión esquemática de la perturbación
antropogénica del ciclo del carbono en los mares y océanos, con los equilibrios químicos en los cuales interviene el CO 2 cuando es
absorbido por el agua de mar. K1 y K2 son las constantes de disociación del ácido carbónico y del ión bicarbonato, respectivamente.
Los rectángulos muestran especies químicas que verán aumentada su concentración, y los elipsoides muestran aquellas especies que
sufrirán una disminución. (B) Evolución promediada del pH global superficial (naranja), del CO 2 atmosférico (magenta), del ión
bicarbonato (verde) y del ión carbonato (azul) desde el año 1820 hasta el año 2000, y proyecciones futuras hasta el año 2100, según
datos de Steinacher et al. (2009) y cálculos de Pelejero et al. (2010). La nube de puntos grises contiene los valores de pH del agua
superficial en la última década (promedio de los primeros 50 m de profundidad de todos los océanos), mostrando el grado de
heterogeneidad espacial que presenta este parámetro químico del agua del mar. Figuras adaptadas de Pelejero et al. (2010).
Se calcula que, en promedio, el pH superficial de los océanos ha disminuido ya unas 0.1
unidades en relación con los niveles preindustriales. Aunque ésta parezca una cantidad pequeña,
hay que tener en cuenta que la escala de pH es logarítmica, y que una disminución de 0.1
unidades de pH representa un aumento en la concentración de protones del 30%. Las
proyecciones futuras de los cambios de pH dependen del CO2 que sigamos emitiendo los
humanos a la atmósfera. En promedio, se calcula que, a finales del siglo XXI, el descenso de pH
superficial podría alcanzar las 0.3 o 0.4 unidades, lo cual significaría un aumento en la
concentración de protones del 150% y una disminución de la concentración de ión carbonato del
50% (Fig. 1B). Para poner en contexto estos cambios, cabe destacar que los estudios
paleoceanográficos muestran que, para los niveles promedio actuales de pH, no existen
precedentes en 20 millones de años. Para los niveles que podríamos alcanzar a finales de siglo,
no existen precedentes en 40 millones de años como mínimo (Pelejero et al., 2010).
b) Highlights o destacados
► Buena parte del CO2 que emitimos los humanos está siendo absorbido por los océanos, lo
que provova una progresiva acidificación de sus aguas, con claras repercusiones para
muchos organismos marinos, sobretodo para aquellos que calcifican (corales, mejillones,
ostras, etc.)
► A finales del siglo XXI se alcanzarán niveles de acidez intolerables para muchos organismos
marinos y se llegará a condiciones sin precedentes en los últimos 40 millones de años
c) Què hacemos en Malaspina al respecto
A medida que los mares se vuelven más ácidos, la concentración de ión carbonato
disminuye, con lo cual se reduce el estado de saturación (Ω) de la forma cristalina del
carbonato cálcico (calcita o aragonita), que es uno de los parámetros determinantes en la
calcificación. Ω se define como Ω = [Ca2+][CO2-3]/KPS, donde KPS es el producto de
solubilidad de la especie cristalina de carbonato. Cuando Ω es superior a 1, hablamos de
aguas saturadas respecto al CaCO3, siendo esta estructura cristalina estable, mientras
que cuando Ω es inferior a uno, esta estructura tiende a disolverse. Actualmente, las
aguas superficiales del océano están supersaturadas, mientras que esta saturación
disminuye a medida que aumenta la profundidad. La profundidad frontera entre
supersaturación y subsaturación es característica de cada océano (Fig. 2). A medida que
los océanos absorban más CO2, estos horizontes se encontrarán a menor profundidad
(Feely et al., 2004), aumentando de esta manera el volumen de agua de mar donde los
organismos que calcifican (corales, pterópodos, algas cocolitoforales, ostras, mejillones,
etc.) no pueden construir sus esqueletos y conchas.
Figura 1. Profundidad (en m) del límite entre supersaturación y subsaturación de la aragonita para los diferentes
océanos (de Feely et al., 2004).
Durante la expedición de circunnavegación Malaspina, evaluaremos, de manera global,
el estado actual de saturación de los océanos respecto al carbonato cálcico biogénico.
Mediante el análisis de dos variables del sistema del CO2 en la columna de agua (por
ejemplo, pH y alcalinidad), se determinarán todos los otros parámetros de este sistema
y, en especial, la concentración de ión carbonato [CO2-3] y el estado de saturación (Ω) de
la aragonita. Los valores de Ω se compararán con resultados obtenidos en campañas
oceanográficas previas, de las últimas décadas, para evaluar su evolución temporal, y
poder detectar y cuantificar los ascensos en la profundidad de saturación de la aragonita
y la calcita.
Referencias:
Doney, S.C., Fabry, V.J., Feely, R.A., Kleypas, J.A., 2009. Ocean Acidification: The other CO2 problem. Annual Review of Marine
Science 1, doi:10.1146/annurev.marine.010908.163834.
Fabry, V.J., Seibel, B.A., Feely, R.A., Orr, J.C., 2008. Impacts of ocean acidification on marine fauna and ecosystem processes.
ICES J. Mar. Sci. 65, 414-432.
Feely, R.A., Sabine, C.L., Lee, K., Berelson, W., Kleypas, J., Fabry, V.J., Millero, F.J., 2004. Impact of Anthropogenic CO2 on the
CaCO3 system in the oceans. Science 305, 362-366.
Guinotte, J.M., Fabry, V.J., 2008. Ocean acidification and its potential effects on marine ecosystems. Annals of the New York
Academy of Sciences 1134, 320-342.
Pelejero, C., Calvo, E., Hoegh-Guldberg, O., 2010. Paleo-perspectives on ocean acidification. Trends in Ecology & Evolution 25,
332-344.
Steinacher, M., Joos, F., Frölicher, T.L., Plattner, G.-K., Doney, S.C., 2009. Imminent ocean acidification in the Arctic projected
with the NCAR global coupled carbon cycle-climate model. Biogeosciences 6, 515-533.