Acidificarea oceanelor, sau AO, este procesul prin care creșterea cantității de carbon dizolvat face apa de mare mai acidă. Deși acidificarea oceanelor apare în mod natural pe scări de timp geologice, în prezent oceanele se acidifică cu o viteză mai mare decât a experimentat planeta vreodată. Rata fără precedent a acidificării oceanelor se așteaptă să aibă consecințe devastatoare asupra vieții marine, în special asupra crustaceelor și recifilor de corali. Eforturile actuale de combatere a acidificării oceanelor se concentrează în mare măsură pe încetinirea ritmului de acidificare a oceanelor și pe consolidarea ecosistemelor capabile să diminueze efectele complete ale acidificării oceanelor.
Ce cauzează acidificarea oceanelor?
Astăzi, principala cauză a acidificării oceanelor este eliberarea continuă de dioxid de carbon în atmosfera noastră, provenită din arderea combustibililor fosili. Alți factori includ poluarea costieră și scurgeri de metan din adâncurile mării. De la începutul revoluției industriale, acum aproximativ 200 de ani, când activitățile umane au început să elibereze cantități mari de dioxid de carbon în atmosfera Pământului, suprafața oceanului a devenit cu aproximativ 30% mai acidă.
Procesul de acidificare a oceanelor începe cu dioxidul de carbon dizolvat. La fel ca noi, multe animale subacvatice efectuează respirația celulară pentru a genera energie, eliberând dioxid de carbon ca produs secundar. Cu toate acestea, o mare parte din dioxidul de carbon care se dizolvă în oceane astăzi provine din excesul de dioxid de carbon din atmosfera de deasupra, rezultat din arderea combustibililor fosili.
Odată dizolvat în apa de mare, dioxidul de carbon trece printr-o serie de modificări chimice. Dioxidul de carbon dizolvat se combină mai întâi cu apa pentru a forma acid carbonic. De acolo, acidul carbonic se poate descompune pentru a genera ioni de hidrogen independenți. Acești ioni de hidrogen în exces se atașează la ionii de carbonat pentru a forma bicarbonat. În cele din urmă, nu mai rămân suficienți ioni de carbonat pentru a se atașa la fiecare ion de hidrogen care ajunge în apa de mare prin dioxidul de carbon dizolvat. În schimb, ionii de hidrogen independenți se acumulează și scad pH-ul, sau cresc aciditatea, apei de mare din jur.
În condiții non-acidifiante, o mare parte din ionii de carbonat ai oceanului sunt liberi să se conecteze cu alți ioni din ocean, cum ar fi ionii de calciu, pentru a forma carbonat de calciu. Pentru animalele care au nevoie de carbonat pentru a-și forma structurile de carbonat de calciu, cum ar fi recifii de corali și animalele care își construiesc cochilii, modul în care acidificarea oceanelor fură ioni de carbonat pentru a produce bicarbonat reduce cantitatea de carbonat disponibilă pentru infrastructura esențială.
Impactul acidificării oceanelor
Mai jos, analizăm organisme marine specifice și modul în care aceste specii sunt afectate de acidificarea oceanelor.
Moluștele
Animalele care își construiesc cochilii în ocean sunt cele mai vulnerabile la efectele acidificării oceanelor. Multe creaturi oceanice, cum ar fi melcii, scoicile, stridiile și alte moluște, sunt echipate pentru a extrage carbonatul de calciu dizolvat din apa de mare pentru a-și forma cochilii de protecție printr-un proces cunoscut sub numele de calcificare. Pe măsură ce dioxidul de carbon generat de om continuă să se dizolve în ocean, cantitatea de carbonat de calciu disponibilă pentru aceste animale care își construiesc cochilii scade. Atunci când cantitatea de carbonat de calciu dizolvat devine deosebit de scăzută, situația se înrăutățește semnificativ pentru aceste creaturi dependente de cochilii; cochiliile lor încep să se dizolve. Simplu spus, oceanul devine atât de lipsit de carbonat de calciu, încât este nevoit să ia înapoi o parte.
Unul dintre cei mai bine studiați calcificatori marini este pteropdul, o rudă înotătoare a melcului. În unele părți ale oceanului, populațiile de pteropde pot ajunge la peste 1.000 de indivizi într-un singur metru pătrat. Aceste animale trăiesc în întregul ocean, unde au un rol important în ecosistem ca sursă de hrană pentru animalele mai mari. Cu toate acestea, pteropdele au cochilii de protecție amenințate de efectul de dizolvare al acidificării oceanelor. Aragonitul, forma de carbonat de calciu pe care pteropdele îl folosesc pentru a-și forma cochiliile, este cu aproximativ 50% mai solubil, sau mai ușor de dizolvat, decât alte forme de carbonat de calciu, ceea ce face pteropdele deosebit de susceptibile la acidificarea oceanelor.
Unele moluște sunt echipate cu mijloace pentru a-și menține cochiliile în fața efectului de dizolvare al unui ocean acidifiant. De exemplu, animalele asemănătoare scoicilor, cunoscute sub numele de brahiopode, au demonstrat că compensează efectul de dizolvare al oceanului prin crearea de cochilii mai groase. Alte animale care își construiesc cochilii, cum ar fi melcul obișnuit și midia albastră, pot ajusta tipul de carbonat de calciu pe care îl folosesc pentru a-și forma cochiliile, preferând o formă mai puțin solubilă, mai rigidă. Pentru numeroasele animale marine care nu pot compensa, acidificarea oceanelor se așteaptă să conducă la cochilii mai subțiri și mai slabe.
Din păcate, chiar și aceste strategii de compensare au un cost pentru animalele care le posedă. Pentru a lupta împotriva efectului de dizolvare al oceanului, în timp ce se agață de o cantitate limitată de blocuri de construcție din carbonat de calciu, aceste animale trebuie să dedice mai multă energie construirii cochiliilor pentru a supraviețui. Pe măsură ce se folosește mai multă energie pentru apărare, mai puțin rămâne pentru ca aceste animale să îndeplinească alte sarcini esențiale, cum ar fi mâncarea și reproducerea. Deși rămâne multă incertitudine în ceea ce privește efectul final pe care acidificarea oceanelor îl va avea asupra moluștelor oceanului, este clar că impactul va fi devastator.
Crabi
Deși crabii folosesc, de asemenea, carbonat de calciu pentru a-și construi cochiliile, efectele acidificării oceanelor asupra branhiilor de crab pot fi cele mai importante pentru acest animal. Branhiile de crab îndeplinesc o varietate de funcții pentru animal, inclusiv excreția de dioxid de carbon produs prin respirație. Pe măsură ce apa de mare din jur devine plină de exces de dioxid de carbon din atmosferă, devine mai dificil pentru crabi să adauge dioxidul lor de carbon la amestec. În schimb, crabii acumulează dioxid de carbon în hemolimfă, versiunea de sânge a crabului, ceea ce modifică aciditatea din interiorul crabului. Crabii cei mai adaptați la reglarea chimiei corpului lor intern se așteaptă să se descurce cel mai bine pe măsură ce oceanele devin mai acide.
Recifii de corali
Coralii stâncoși, cum ar fi cei cunoscuți pentru crearea de recifi magnifici, se bazează, de asemenea, pe carbonat de calciu pentru a-și construi scheletul. Când un coral se albește, este scheletul de carbonat de calciu alb imaculat al animalului care apare în absența culorilor vibrante ale coralului. Structurile tridimensionale asemănătoare pietrei construite de corali creează habitat pentru multe animale marine. În timp ce recifii de corali ocupă mai puțin de 0,1% din fundul oceanului, cel puțin 25% din toate speciile marine cunoscute folosesc recifii de corali pentru habitat. Recifii de corali sunt, de asemenea, o sursă vitală de hrană pentru animalele marine și oameni deopotrivă. Se estimează că peste 1 miliard de oameni depind de recifii de corali pentru hrană.
Având în vedere importanța recifilor de corali, efectul acidificării oceanelor asupra acestor ecosisteme unice este deosebit de relevant. Până acum, perspectiva nu pare bună. Acidificarea oceanelor încetinește deja rata de creștere a coralilor. Când este cuplată cu încălzirea apei de mare, acidificarea oceanelor se crede că exacerbează efectele dăunătoare ale evenimentelor de albire a coralilor, determinând moartea unui număr mai mare de corali din cauza acestor evenimente. Din fericire, există modalități prin care coralii pot fi capabili să se adapteze la acidificarea oceanelor. De exemplu, anumiți simbionți ai coralilor – bucățile minuscule de alge care trăiesc în corali – pot fi mai rezistenți la efectele acidificării oceanelor asupra coralilor. În ceea ce privește coralul în sine, oamenii de știință au descoperit potențialul unor specii de corali de a se adapta la mediile lor în schimbare rapidă. Cu toate acestea, pe măsură ce încălzirea și acidificarea oceanelor continuă, diversitatea și abundența coralilor vor scădea probabil drastic.
Pești
Peștii nu produc cochilii, dar au oase auditive specializate care necesită carbonat de calciu pentru a se forma. La fel ca inelele copacilor, oasele auditive ale peștilor, sau otoliții, acumulează benzi de carbonat de calciu pe care oamenii de știință le pot folosi pentru a determina vârsta unui pește. Dincolo de utilizarea lor de către oameni de știință, otoliții au, de asemenea, un rol important în capacitatea unui pește de a detecta sunetul și de a-și orienta corect corpul.
Ca și în cazul cochiliilor, formarea otoliților se așteaptă să fie afectată de acidificarea oceanelor. În experimentele în care sunt simulate condițiile de acidificare viitoare a oceanelor, peștii au prezentat capacități auditive afectate, capacitate de învățare redusă și funcție senzorială modificată din cauza efectelor acidificării oceanelor asupra otoliților peștilor. În condiții de acidificare a oceanelor, peștii prezintă, de asemenea, o îndrăzneală crescută și răspunsuri anti-prădătoare diferite în comparație cu comportamentul lor în absența acidificării oceanelor. Oamenii de știință se tem că schimbările de comportament la pești legate de acidificarea oceanelor sunt un semn de probleme pentru comunitățile întregi de viață marină, cu implicații majore pentru viitorul fructelor de mare.
Alge marine
Spre deosebire de animale, algele marine pot culege unele beneficii într-un ocean acidifiant. La fel ca plantele, algele marine fac fotosinteză pentru a genera zaharuri. Dioxidul de carbon dizolvat, motorul acidificării oceanelor, este absorbit de algele marine în timpul fotosintezei. Din acest motiv, o abundență de dioxid de carbon dizolvat poate fi o veste bună pentru algele marine, cu excepția clară a algelor marine care utilizează în mod explicit carbonat de calciu pentru suport structural. Cu toate acestea, chiar și algele marine non-calcifiante au rate de creștere reduse în condiții simulate de acidificare viitoare a oceanelor.
Unele cercetări sugerează chiar că zonele abundente în alge marine, cum ar fi pădurile de alge kelp, ar putea ajuta la reducerea efectelor acidificării oceanelor în împrejurimile lor imediate datorită îndepărtării fotosintetice a dioxidului de carbon de către algele marine. Cu toate acestea, atunci când acidificarea oceanelor este combinată cu alte fenomene, cum ar fi poluarea și privarea de oxigen, beneficiile potențiale ale acidificării oceanelor pentru algele marine pot fi pierdute sau chiar inversate.
Pentru algele marine care folosesc carbonat de calciu pentru a crea structuri de protecție, efectele acidificării oceanelor se potrivesc mai îndeaproape cu cele ale animalelor calcifiante. Coccolitoforii, o specie globală abundentă de alge microscopice, folosesc carbonat de calciu pentru a forma plăci de protecție cunoscute sub numele de coccoliți. În timpul înfloririlor sezoniere, coccolitoforii pot ajunge la densități mari. Aceste înfloriri non-toxice sunt distruse rapid de viruși, care folosesc algele unicelulare pentru a genera mai mulți viruși. Rămân plăcile de carbonat de calciu ale coccolitoforilor, care adesea se scufundă pe fundul oceanului. Prin viața și moartea coccolitoforului, carbonul reținut în plăcile de alge este transportat în adâncul oceanului, unde este îndepărtat din ciclul carbonului sau sechestrat. Acidificarea oceanelor are potențialul de a provoca daune grave coccolitoforilor lumii, distrugând o componentă cheie a hranei oceanului și o cale naturală de sechestrare a carbonului pe fundul mării.
Cum putem limita acidificarea oceanelor?
Prin eliminarea cauzei acidificării rapide a oceanului de astăzi și prin susținerea refugilor biologice care diminuează efectele acidificării oceanelor, consecințele potențial grave ale acidificării oceanelor pot fi evitate.
Emisiile de carbon
De-a lungul timpului, aproximativ 30% din dioxidul de carbon eliberat în atmosfera Pământului a ajuns să se dizolve în ocean. Oceanele de astăzi încă mai absorb o parte din dioxidul de carbon deja prezent în atmosferă, deși ritmul de absorbție a oceanului este în creștere. Din cauza acestei întârzieri, o anumită cantitate de acidificare a oceanelor este probabil inevitabilă, chiar dacă oamenii opresc imediat toate emisiile, cu excepția cazului în care dioxidul de carbon este îndepărtat direct din atmosferă. Cu toate acestea, reducerea – sau chiar inversarea – emisiilor de dioxid de carbon rămâne cea mai bună modalitate de a limita acidificarea oceanelor.
Alge kelp
Pădurile de alge kelp pot fi capabile să reducă efectele acidificării oceanelor la nivel local prin fotosinteză. Cu toate acestea, un studiu din 2016 a constatat că peste 30% din ecoregiunile pe care le-au observat au experimentat un declin al pădurilor de alge kelp în ultimii 50 de ani. Pe coasta de vest a Americii de Nord, declinurile au fost cauzate în mare parte de dezechilibre în dinamica prădător-pradă care au permis ariciilor care mănâncă alge kelp să preia controlul. Astăzi, multe inițiative sunt în curs de desfășurare pentru a readuce pădurile de alge kelp pentru a crea mai multe zone protejate de efectul complet al acidificării oceanelor.
Scăpări de metan
Deși formate în mod natural, scăpările de metan au potențialul de a exacerba acidificarea oceanelor. În condițiile actuale, metanul stocat în adâncul oceanului rămâne sub o presiune suficient de mare și la temperaturi reci pentru a menține metanul în siguranță. Cu toate acestea, pe măsură ce temperatura oceanelor crește, rezervele de metan din adâncurile mării sunt în pericol de a fi eliberate. Dacă microbii marini au acces la acest metan, îl vor transforma în dioxid de carbon, amplificând efectul acidificării oceanelor.
Având în vedere potențialul metanului de a intensifica acidificarea oceanelor, măsurile de reducere a eliberării altor gaze cu efect de seră care încălzesc planeta, dincolo de dioxidul de carbon, vor limita impactul acidificării oceanelor în viitor. În mod similar, radiația solară expune planeta și oceanele sale riscului de încălzire, prin urmare, metodele de reducere a radiației solare pot limita efectele acidificării oceanelor.
Poluarea
În mediile costiere, poluarea amplifică efectele acidificării oceanelor asupra recifilor de corali. Poluarea adaugă nutrienți în mediile recifale, în mod normal sărace în nutrienți, oferind algelor un avantaj competitiv față de corali. Poluarea perturbă, de asemenea, microbiomul unui coral, ceea ce face coralul mai susceptibil la boli. Deși temperaturile crescânde și acidificarea oceanelor sunt mai dăunătoare coralilor decât poluarea, eliminarea altor factori de stres ai recifilor de corali poate îmbunătăți probabilitatea ca aceste ecosisteme să se adapteze pentru a supraviețui. Alți poluanți oceanici, cum ar fi uleiurile și metalele grele, determină animalele să-și crească rata de respirație – un indicator al utilizării energiei. Având în vedere că animalele calcifiante trebuie să aplice energie suplimentară pentru a-și construi cochiliile mai repede decât se dizolvă, energia necesară pentru a combate simultan poluarea oceanului face și mai dificil pentru animalele care își construiesc cochilii să țină pasul.
Suprapășunatul
În special pentru recifii de corali, suprapășunatul este încă un factor de stres al existenței lor. Când prea mulți pești erbivori sunt eliminați din ecosistemele recifelor de corali, algele care sufocă coralii pot prelua mai ușor un recif, ucigând coralii. Ca și în cazul poluării, reducerea sau eliminarea suprapășunatului crește rezistența recifelor de corali la efectele acidificării oceanelor. Pe lângă recifii de corali, alte ecosisteme costiere sunt mai susceptibile la acidificarea oceanelor atunci când sunt afectate simultan de suprapășunat. În mediile intertidale stâncoase, suprapășunatul poate duce la o abundență excesivă de arici de mare, care creează zone sterile acolo unde existau alge calcifiante. Suprapășunatul duce, de asemenea, la epuizarea speciilor de alge marine non-calcifiante, cum ar fi pădurile de alge kelp, deteriorând locurile unde efectele acidificării oceanelor sunt diminuate de absorbția fotosintetică a carbonului dizolvat.
