L’acidificazione degli oceani

di Federico Fabbri

Oceani e atmosfera sono parte di un unico grande sistema dinamico, sono in stretta relazione e si influenzano a vicenda.

Vi è un continuo scambio di gas fra mare e atmosfera. I gas a contatto con la superficie dell’acqua tendono infatti a dissolversi in essa.

I gas che respiriamo e ci permettono di vivere sulla terra sono gli stessi che permettono l’esistenza della vita degli organismi marini, anche un animale tanto diverso da noi come la sardina o il gambero respira ossigeno e rilascia anidride carbonica, la sostanziale differenza è che in mare questi gas si trovano disciolti nell’acqua. Il mare scambia continuamente materiale gassoso con l’atmosfera contribuendo a mantenere l’equilibrio che permette alla terra di essere come oggi la conosciamo.

Di conseguenza l’incremento di anidride carbonica nell’atmosfera ne causa un aumento anche nelle acque marine.

La CO2 disciolta nel mare ha la tendenza a reagire chimicamente con l’H2O formando altri composti (H2CO3, HCO3-,H+) e questo provoca un aumento dell’acidità delle acque, fenomeno che può avere gravi conseguenze per gli ecosistemi marini.

L’assorbimento di carbonio antropogenico dal 1750 ha reso gli oceani più acidi con una diminuzione globale media del PH di 0.1 unit๠(una diminuzione del PH corrisponde ad un aumento dell’acidità).

Il costante aumento della concentrazione atmosferica di CO2 sta portando ad un ulteriore acidificazione e una riduzione del PH medio globale della superficie degli oceani compreso fra 0.14 e 0.35 unità è prevista nell’arco del 21st secolo¹

Le stime effettuate fin’ora confrontate con la storia millenaria del clima sulla terra ci dicono che il pH sta diminuendo a una velocità maggiore e verso un livello inferiore di quanto registrato negli ultimi 20 milioni di anni.2

acidificazione_1

FIG.1  Previsione del livello di saturazione dell’aragonite negli strati superficiali degli oceani per il 2100. Il colore azzurro chiaro nelle alte latitudini a sud indica come queste zone siano le più a rischio.7

 

La vita marina in pericolo

acidificazione_2

Fig.2 Il fenomeno dello sbiancamento dei coralli è una delle maggiori minacce per le barriere coralline di tutto il mondo. Avviene quando un corallo muore in seguito alla perdita delle microalghe che vivono sulla sua superficie.

Questa tendenza all’acidificazione desta preoccupazione soprattutto in vista delle possibili conseguenze sulle specie marine vegetali ed animali.

La comunità scientifica ha infatti lanciato l’allarme sottolineando il rischio che si verifichi un abbassamento del PH ad un livello tale da limitare la disponibilità di un minerale fondamentale per la composizione degli scheletri e dei gusci di molti organismi marini, il carbonato di calcio (CaCO3).

Vi è infatti un limite definito “di saturazione” oltre il quale il CaCO3 tende a sciogliersi. Il carbonato di calcio ha la tendenza a dissolversi in soluzioni acide e chiunque si sia trovato a pulire le superfici incrostate di calcare del proprio bagno ne è a conoscenza in maniera più o meno consapevole. Il calcare è infatti prevalentemente composto da carbonato di calcio e i detergenti specifici sono soluzioni altamente acide. Dunque se si raggiunge un certo livello di acidità superando il limite di saturazione del CaCO3, variabile per le differenti aree geografiche, vi saranno grosse complicazioni nella capacità degli organismi a formare gusci ¹ perché sostanzialmente questi tenderanno a sciogliersi.

Un processo analogo è quello che avviene versando dell’acqua in un bicchiere pieno di zucchero, all’inizio l’acqua non sarà in grado di sciogliere tutti i granelli di zucchero ma se versiamo una quantità sufficiente d’acqua vedremo che tutto lo zucchero in breve tempo si scioglie, quando lo zucchero è completamente sciolto significa che il limite di saturazione è stato superato. L’anidride carbonica ha per il carbonato di calcio lo stesso ruolo che l’acqua ha per lo zucchero in questo esperimento e se si supera il limite di saturazione del CaCO3 questo tenderà a dissolversi con un processo simile.

Il carbonato di calcio CaCO3, è essenziale per la formazione delle conchiglie dei molluschi, degli scheletri dei coralli, delle corazze dei crostacei, ma anche di molti organismi animali e vegetali di minori dimensioni fondamentali per gli ecosistemi marini, gli organismi planctonici*.

La situazione è davvero preoccupante se consideriamo l’importanza di alcuni di questi organismi, per esempio i coralli che formano le grandi barriere coralline uno degli ecosistemi più ricchi e incredibilmente diversificati del pianeta. Nel 2003 una commissione di 17 scenziati specialisti dello studio dei coralli è stato pubblicato su Science riportando quanto segue:  Le barriere coralline, sono fra gli ecosistemi più a rischio e si ritiene che gli incrementi di CO2 e della temperatura previsti nei prossimi cinquant’anni sono incompatibili con le condizioni in cui le scogliere coralline hanno prosperato nell’ultimo mezzo milione di anni.

Attualmente (notare che l’articolo risale al 2003) le barriere sono in serio declino; si stima che il 30% sono già gravemente danneggiate, e circa il 60% potrebbero essere perse nel 2030 3.

 

L’importanza del plancton sull’equilibrio del Pianeta

Nonostante le loro dimensioni ridotte (molti sono invisibili ad occhio nudo) gli organismi plantonici hanno un’azione dominante sugli equilibri marini e dell’intero pianeta. Le loro dimensioni possono trarre in inganno ma spesso come in questo caso dimensioni e importanza non hanno alcuna relazione in natura, basti pensare ai batteri che popolano il nostro organismo senza i quali non saremmo in grado di assimilare il cibo che mangiamo. Attraverso l’attività degli organismi planktonici, gli oceani fungono da depositi di CO2. Le alghe planktoniche (o fitoplankton) sono alla base della rete alimentare e sono responsabili di circa la metà della produzione primaria* netta globale.4 assorbono la CO2 nel processo di fotosintesi per poi morire o essere mangiate da altri organismi. Una parte del carbonio trattenuto entra dunque nella catena alimentare mentre un’altra parte contenuta negli scheletri in CaCO3 e in altre parti organiche si inabissa nelle profondità oceaniche. Tale processo fa si che una parte del carbonio che il fitoplancton ha estratto dalla CO2 venga trattenuto sul fondo del mare.

È stato stimato che il 48% della CO2 generata fra il 1800 e il 1994 dalle attività umane sia stato assorbito nel mare 5, che agisce come un vero e proprio tampone per l’anidride carbonica e dunque per l’acidità.

Gli stessi combustibili fossili non sono altro che un derivato dei resti degli organismi marini, in particolare fitoplancton, accumulatisi sui fondali marini 6 nel corso di milioni di anni. (link combustibili fossili vedi Come abbiamo alterato il clima)

*Organismi planctonici: oraganismi acquatici galleggianti che, non essendo in grado di dirigere attivamente il loro movimento (almeno in senso orizzontale), vengono trasportati passivamente dalle correnti e dal moto ondoso.

*Produzione primaria: La produzione primaria è la produzione di composti organici dalla CO2 presente nell’atmosfera o in acqua che avviene principalmente mediante processi fotosintetici.

 

Un pericoloso circolo vizioso 

Anche nell’ambito dell’acidificazione degli oceani si prospetta la possibilità di inquietanti  ma possibili fenomeni di feedback,(link con feedback vedi conseguenze c.c.) infatti  il continuo aumento della CO2 causando un aumento dell’acidità dovrebbe portare una volta superato il punto di saturazione del CaCO3 a una diminuzione della capacità degli oceani di assorbire anidride carbonica, considerato che tale capacità è direttamente proporzionale alla quantità di carbonato.

L’innalzamento delle temperature è un altro fattore che limita tale capacità. Ce ne possiamo rendere conto osservando una bibita effervescente, se questa viene posta in un luogo caldo impiegherà molto meno a “sgasarsi” perdendo la sua effervescenza. Allo stesso modo se il mare dovesse riscaldarsi diminuirebbe la sua capacità di trattenere la CO2. Questa tendenza sembra essere in fase d’avviamento tanto che è già stato accertato che la frazione di CO2 assorbita dagli oceani sta decrescendo4.

Così una minore quantità di CO2 sarà assorbita dagli organismi, rimanendo in circolazione. Le conseguenze sono quindi un ulteriore aumento della temperatura globale e dell’acidità degli oceani e la messa in moto di un circolo in continua accelerazione con possibili esiti disastrosi.

Per il momento a destare particolare preoccupazione sono le condizioni relative agli ecosistemi delle alte latitudini che potrebbero degenerare nel giro di alcune decine di anni, non secoli come si pensava precedentemente.7

Infatti la solubilità del CaCO3 aumenta con la diminuzione della temperatura e l’incremento della pressione dunque gli ecosistemi nelle zone fredde e profonde sono i più a rischio.

Le stime che la scienza mette oggi a nostra disposizione ci dicono che la superficie degli oceani a Sud supereranno il limite di saturazione per i composti di carbonato di calcio ricchi in magnesio verso la metà di questo secolo e nel 2100 tale livello critico potrebbe essere superato in tutti gli oceani dell’emisfero sud e nel Pacifico Subartico7.(vedi figura 1)

Un altro punto di cui tenere conto è che la solubilità dei composti a base di carbonato di calcio aumenta proporzionalmente alla percentuale di magnesio in essi presente, così i primi organismi a subire le conseguenze dell’acidificazione dovrebbero essere quelli con le maggiori quantità di magnesio nei loro gusci. Fra questi troviamo i coralli, alcuni molluschi, organismi planctonici, alghe, echinodermi (stelle e ricci di mare).

 

Bibliografia

1 (IPCC SUMMARY)

2 Oceanic pH projections decrease at a greater rate

and to a lower level than experienced over the past 20 million years (Caldeira and Wickett, 2003; Raven et al., 2005; Turley

et al., 2006). http://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar4/wg2/ar4-wg2-chapter4.pdf

3 DOI: 10.1126/science.1085046

Science 301, 929 (2003);

T. P. Hughes et al.

Climate Change, Human Impacts, and the Resilience of Coral Reefs

4 DOI: 10.1126/science.281.5374.237

Science 281, 237 (1998);

Christopher B. Field, et al.

Oceanic Components

Primary Production of the Biosphere: Integrating Terrestrial and

5 (DOI: 10.1126/science.1097403

Science 305, 367 (2004);

Christopher L. Sabine, et al.

The Oceanic Sink for Anthropogenic CO2)

6 Burning buried sunshine: Human consumption of ancient solar energy Source: Climatic change [0165-0009] Dukes Year: 2003 Volume: 61 Issue: 1-2 Page: 31 -44

7 Anthropogenic ocean acidification over the twenty-first century and its impact on calcifying organisms James C. Orr1, Victoria J. Fabry2, Olivier Aumont3, Laurent Bopp1, Scott C. Doney4, Richard A. Feely5, Anand Gnanadesikan6, Nicolas Gruber7, Akio Ishida8, Fortunat Joos9, Robert M. Key10, Keith Lindsay11, Ernst Maier-Reimer12, Richard Matear13, Patrick Monfray1,19, Anne Mouchet14, Raymond G. Najjar15, Gian-Kasper Plattner7,9, Keith B. Rodgers1,16,19, Christopher L. Sabine5, Jorge L. Sarmiento10, Reiner Schlitzer17, Richard D. Slater10, Ian J. Totterdell18,19, Marie-France Weirig17, Yasuhiro Yamanaka8 & Andrew Yool18