Hace unas semanas estuvimos hablando sobre el cambio climático y el aumento de la concentración de Dióxido de Carbono (CO2) en la atmósfera a partir de la revolución industrial (pueden leer este artículo aquí). Varios científicos han demostrado que el aumento de CO2 trae consigo un aumento en las temperaturas superficiales de la tierra y el océano, pero ¿es el aumento de temperatura la única consecuencia? En el siguiente artículo hablaremos de otra consecuencia del aumento de dióxido de carbono en la atmósfera: la acidificación del océano. Para ello, primero, explicaremos algunos conceptos básicos que son necesarios para entenderlo y poder abordar los distintos efectos que este tiene en la biodiversidad marina y nuestras comunidades. ¡Así que empecemos!
Primero, vamos a definir qué es la acidificación y el pH, conceptos básicos para comprender este fenómeno. En la naturaleza, existen diversos sustancias que tienen características comunes al ser disueltos en agua, las cuales fueron categorizadas en grupos conocidos como sustancias ácidas, básicas y sales. Estas sustancias fueron definidas por diversos científicos hace mucho tiempo, uno de ellos fue Arrhenius, que en términos generales definió como ácidos a aquellas sustancias que en una solución acuosa (es decir, en agua), liberan hidrógenos (iones H+) y una sustancia básica es aquella que en una solución acuosa libera oxidrilos (iones OH-) (Copia, 2001).
Si quisiéramos saber cuánto es la cantidad de hidrógenos presentes en una solución de agua, calculamos el pH, que en términos matemáticos se define como pH= -log(H). Es decir, el número opuesto al logaritmo de la concentración de hidrógenos. Los valores de pH van en una escala desde el 0 hasta el 14. Si el pH es de 7, esto quiere decir que es una solución neutra, porque la cantidad de hidrógenos es la misma que la cantidad de oxidrilos. Si el pH es mayor a 7, se conoce como una solución básica, ya que hay más oxidrilos en la solución. De la manera contraria, si el pH es menor a 7, esto se lo conoce como una solución ácida, ya que la concentración de hidrógenos es mayor a la de oxidrilos. En este video pueden obtener más información sobre pH, sustancias ácidas y básicas.
Pero, ¿qué tiene que ver el Dióxido de carbono (CO2) en todo esto?
Cuando el CO2 es liberado, este no se queda de forma permanente en la atmósfera, si no que el océano es capaz de absorberlo. Es decir, el CO2 pasa de la atmósfera al cuerpo de agua. De hecho, el océano es capaz de absorber hasta 1/3 del total de CO2 que se encuentra en la atmósfera (Doney et al., 2009). Si este equilibrio no existiera, las concentraciones de CO2 serían más altas y en consecuencia, las temperaturas del planeta mucho mayor.
Sin embargo, al incrementar esta absorción, la química de la columna de agua cambia. Cuando el CO2 ingresa a la superficie del océano, se disuelve y este reacciona con el agua formando un nuevo compuesto: ácido carbónico (H2CO3). A su vez, este ácido carbónico es débil, por lo que se desarma liberando hidrógenos y formando dos nuevos compuestos: bicarbonato (HCO3-) y carbonato (CO32-). Por lo tanto, aumenta la concentración de hidrógenos en el agua, disminuye el pH, se acidifica el cuerpo de agua.
El valor del pH superficial del océano es alrededor de 8.2. Por definición es un ambiente básico. Sin embargo, como podemos ver en la siguiente gráfica, en color azul, desde 1990 aprox, el pH de la superficie del Océano Pacífico Norte ha disminuido, llegando a ser en el 2018, 8.03. Ustedes podrían estar pensando, bueno bajo de 8.2 a 8.03, no es tanto. Sin embargo, debemos recordar que la escala de pH es una relación logarítmica, como la escala Ritcher de terremotos, lo que significa que por motivos matemáticos que nos vamos a abordar en este artículo, si dos soluciones difieren en 1 unidad de pH, por ejemplo la solución “a” tiene un pH= 7 y la solución “b” un pH= 6, esta tiene una concentración de hidrógenos diez veces superior al de la solución “a” (Nelson & Cox, 2009). Por lo que aunque sea un cambio decimal, en verdad, es un cambio grande en la concentración de hidrógenos.
Cambios en la concentración de CO2 (color rojo), y el pH del agua (color azul) desde 1958 – 2018 en el océano Pacífico Norte. Los datos fueron obtenidos en la estación “ALOHA” en Hawaii.
Fuente: NOAA
Ahora, ¿por qué al océano no le sirve tener más hidrógenos?
¿Se acuerdan que al ingresar el CO2 en la columna de agua, este lograba formar iones carbonatos? Los iones carbonatos cuando se unen con calcio, son capaces de formar carbonato de calcio, un mineral muy importante que permite a diversos animales invertebrados como corales, moluscos, zooplancton y algas formar sus esqueletos. Para que este mineral se forme, depende de diversas condiciones químicas de la columna de agua, sin embargo, los iones hidrógenos son capaces de unirse con el carbonato, impidiendo que este se una con el calcio, imposibilitando así la formación del mineral. Por lo tanto, si tenemos menor pH, tendremos más concentración de hidrógenos en el agua, menos disponibilidad de iones carbonatos para formar carbonato de calcio. Este proceso se ejemplifica de una forma muy didáctica en la siguiente figura y video que les comparto a continuación.
Fuente: WildeSea Europe
Cuando hablamos de la acidificación del océano, entendemos que es un cambio químico en el ambiente donde vive la biodiversidad marina. Imaginen tener que adaptarse a nuevas condiciones, o tener que migrar hacia otros lugares en busca de una condición óptima tolerable. Todo ello significa una inversión mayor en términos energéticos para mantener un balance, procesos metabólicos o funciones biológicas que en su condición normal no deberían hacer. Traduciéndose así en consecuencias en su crecimiento, reproducción y sobrevivencia.
Como todo en el ecosistema marino, la forma en la que influye la acidificación del océano en las distintas especies y lugares del mundo varía. Las consecuencias que este cambio químico podría ocasionar en la biodiversidad los científicos han tratado de entenderlas en el correr de los años, para saber de qué manera responden los organismos y cómo esto nos afecta a nosotros.
Los principales organismos que se ven afectados en este fenómeno son aquellos que utilizan el carbonato de calcio para su crecimiento. Por ejemplo, en experimentos se han visto efectos en el crecimiento y éxito reproductivo de fitoplancton como algunas especies de Cocolitofóridos al aumentar la concentración de CO2 en la columna de agua. Otro organismo que se ve afectado son los corales. Fine & Tchernov en 2007 hicieron un experimento en el que observaron cómo dos especies de corales en un ambiente acuático ácido perdían completamente sus esqueletos. Esto lo pueden observar en la siguiente figura.
Crecimiento de corales especie Oculina patagonica después de 12 meses a un pH de 7,4.
Fuente: Fine & Tchernov, 2007.
Otro de los organismos que han llamado la atención, por su consecuencia en la acuicultura es el caso de la ostra del Pacífico Crassostrea gigas, la cual en experimentos ha disminuido su taza de calcificación en un 10% frente a ciertas concentraciones de CO2 que representan un medio ácido (Gazeau et al., 2007). Evento que podría poner en jaque la formación de su concha y crecimiento del animal, por lo que también pone en jaque a la actividad extractiva, las comunidades que de ella dependen como también a los consumidores de estos moluscos.
Si bien la acidificación del océano trae consigo otras consecuencias en la química del agua que podemos abordar en otro momento, en este artículo quisimos explicarles de forma general el proceso y los posibles cambios que deberíamos esperar si los esfuerzos de todos los países por mitigar las concentraciones de dióxido de carbono que son emitidas a la atmósfera no llegan a buen puerto.
Como hemos hablado en diversas oportunidades, el balance de los ecosistemas es esencial, la perdida de biodiversidad, las nuevas formas de adaptación de las especies frente a la acidificación del océano y cómo cambia el pH con respecto a la costa y el océano abierto son temáticas a seguir estudiando para entender los cambios que se aproximan en el ecosistema marino y como estos afectarían los distintos servicios que nos brinda.
Para escribir este artículo utilizamos la siguiente bibliografía:
Copia, G. (2001) Equilibrio Iónico. Ediciones Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile.
Doney, S., Fabry, V., Feely, R., Kleypas, J. (2009) Ocean Acidification: The Other CO2 Problem. Annu. Rev. Mar. Sci. (1):169-192. doi: 10.1146/annurev.marine.010908.163834
Falkenberg, L ., Bellerby, R., Connell, S., Fleming, L., Maycock, B., Russell, B., Sullivan, F., Dupont, S. (2020) Ocean Acidification and Human Health. Int. J. Environ. Res. Public Health (17): 4563; doi:10.3390/ijerph17124563
Fine M, Tchernov D. 2007. Scleractinian coral species survive and recover from decalcification. Science 315:1811
Gazeau F, Quiblier C, Jansen JM, Gattuso J-P, Middelburg JJ, Heip CHR. 2007. Impact of elevated CO2 on shellfish calcification. Geophys. Res. Lett 34:L07603
Nelson, D., Cox, M. (2009) Lehninger Principios de Bioquímica. 5ta Edición, Ediciones Omega, Barcelona, España.
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