Por Ariadna Martínez-Dios
Los océanos son importantes por muchas razones, pero especialmente por su función en el sistema climático del planeta Tierra, al transferir el calor de los trópicos a las regiones polares mediante las corrientes marinas. Los océanos, a su vez, juegan un papel esencial en el ciclo global del carbono, actuando como sumidero del dióxido de carbono excedente en la atmósfera.
El mecanismo por el cual los océanos absorben CO2 tiene que ver con la solubilidad de éste; es decir, por el hecho de estar en contacto con el agua, se disuelve en ella como también lo hacen otros gases. Este proceso se conoce como bomba de solubilidad del carbono. De hecho, se estima que el océano global ha absorbido hasta un tercio de las emissiones de CO2 antropogénico desde el inicio de la Revolución Industrial – amortiguando así el calentamiento gobal. Sin embargo, a diferencia de otros gases, el CO2 reacciona con las moléculas de agua (H2O) interviniendo en una serie de equilibrios químicos con varias moléculas inorgánicas involucradas, como el CO2 dissuelto, y iones como el carbonato (CO32-) y el bicarbonato (HCO3–). Al incrementar las concentraciones de CO2 se produce un desequilibrio entre estas especies: parte de este dióxido de carbono adicional permanece como CO2 dissuelto (CO2 aq), mientras que el resto contribuye a la formación de más bicarbonato y ácido carbónico (H2CO3). El fruto de la disociación del bicarbonato da lugar al incremento de la concentración de iones de hidrógeno o protones (H+), disminuyendo por lo tanto el pH del agua de mar. Para mantener el equilibrio químico, algunos de los iones de carbonato que ya están en el océano se combinan con algunos de los iones de hidrógeno para formar más iones bicarbonato. Por lo tanto, mientras se produce un aumento de bicarbonato, la concentración de iones de carbonato ([CO32-]) en el océano se reduce. Estos cambios en la química marina ya se han hecho notar, y los científicos han observado una reducción promedio del pH del agua superficial de nuestros oceanos de 0.1 unidades en los últimos 300 años. Aunque pueda parecer que no es mucho, el pH de una solución se define mediante una escala logarítmica, lo que significa que al disminuír la unidad de pH en 0.1 unidades, el contenido de iones de hidrógeno es 10 veces mayor.
Este equilibrio entre las diferentes especies de carbono es esencial para la vida en el mar como hoy la entendemos; en especial para aquellos seres vivos que construyen sus esqueletos a partir del carbonato de calcio (CaCO3) presente en el agua que les rodea, básicamente por dos razones: 1) a un pH más bajo, las aguas aumentan su corrosividad, favoreciendo la disolución de sus estructuras inorgánicas y 2) una menor disponibilidad de ión carbonato (CO32-) dificulta la calcificación de sus exoesqueletos. Esto afecta a un gran número de invertebrados marinos desde autótrofos o productores primarios como los cocolitofóridos, o heterótrofos como los foraminíferos, equinodermos, los crustáceos, los moluscos y ciertos cnidarios – extendiendo los efectos de la acidificación oceánica (AO) a toda la red trófica marina.
Unos de los organismos que se encuentran profundamente amenazados por la AO son los corales de agua fría (CWCs, por sus siglas en ingés). Estos cnidarios bentónicos, a diferencia de sus parientes tropicales, viven a gran profundidad en ambientes mucho más fríos e hidrodinámicos. Desafortunadamente, en las aguas profundas de las altas latitudes, donde suelen vivir los CWCs, el pH del agua es naturalmente más bajo, y estas regiones se consideran entre las primeras en sufrir los efectos de la AO. Además, la longevidad y el lento metabolismo que caracterizan a estos cnidarios los hace extremadamente vulnerables a cambios rápidos y sostenidos en la química del agua de mar. Por otra parte, los CWCs a menudo forman densas agregaciones conocidas como coral mounds que actúan como ingenieros del ecosistema proporcionando hábitat para que numerosas especies se refugien y se reproduzcan – algunas de ellas de alto interés pesquero como el bacalao o la caballa. Esto los convierte en hotspots de biodiversidad marina de un alto valor ecológico y económico.
Para comprender mejor estos procesos, una de las maneras que disponen los científicos para estudiar la respuesta de los organismos a la AO y investigar sus efectos potenciales es mediante experimentación en condiciones ambientales controladas. Si bien se han investigado exhaustivamente la respuesta en especies tropicales tales como corales del género Porites o Favia, este enfoque se ha aplicado en menor medida en experimentos prolongados con CWCs, debido a las numerosas dificultades que supone el mantenimiento de estos organismos de lento crecimiento en acuarios. No obstante, numerosos esfuerzos se están haciendo en esta línea, como por ejemplo desde el grupo de Biogeoquímica Marina y Cambio Global del Instituto de Ciencias del Mar (ICM-CSIC) que actualmente está investigando la respuesta de los corales de la especie Desmophyllum dianthus a los efectos de la AO mediante un experimento a largo plazo donde se han incubado 150 individuos a diferentes tratamientos de pH durante 5 años. Las instalaciones – situadas en la Zona Experimental de Acuarios (ZAE) – están dotadas de un sistema abierto de bombeo y circulación de agua natural del Mar Mediterráneo, así como de una sala refrigerada que permite mantener a los corales a unas temperaturas frías (10ºC) y constantes, simulando las condiciones que se dan en el hábitat de los corales Desmophyllum.
Después de un período de aclimatación, el pH de los acuarios en los que se encuentran los corales se ajustó gradualmente hasta los valores finales seleccionados, con los que se han mantenido desde entonces. En este tipo de experimentos es muy importante mantener el pH del agua de mar constante, y éste se controla de manera continua mediante electrodos de vidrio conectados a una centralita que abre y cierra automáticamente unas electroválvulas que insuflan CO2 en estado gaseoso a los tanques de agua, sSimulando así el descenso de pH que ocurriría en el medio natural. A su vez, otras variables como la temperatura, la salinidad, la alcalinidad y el pH se monitorean extensivamente cada semana; al igual que el crecimiento de los corales, el cual se evalua mediante mediciones de peso y la toma de imágenes cada tres meses. Hasta la fecha se ha comprobado que la tasa de calcificación en los corales está profundamente afectada por el descenso de pH, sobretodo en los corales expuestos a pHs más bajos (7.5 y 7.8). Este efecto a su vez ha sido más pronunciado en los corales sometidos a un régimen alimentario más bajo, lo que hace pensar en un componente metabólico que permite compensar, en parte, los efectos de la acidificación.
Las velocidades actuales de acidificación del océano sólo son comparables al evento conocido como Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno (PETM) hace aproximadamente 56 millones de años, cuando grandes cantidades de carbono entraron en la atmósfera y los océanos, provocando la dissolución de sedimentos carbonatados debido a un proceso de acidificación, con similitudes con el actual, y una subida de la temperatura superficial marina de alrededor de 6ºC. De hecho, es importante estudiar cambios en el pasado, como los ocurridos durante el PETM, para comprender las implicaciones que pueda tenir la acidificación que están experimentando los océanos en el presente. Es por esto que, desde el mismo grupo de investigación, también se intenta dar luz a la evolución del pH oceánico en el pasado mediante el estudio de los isótopos de boro (d11B) y las relaciones B/Ca y U/Ca en esqueletos coralinos y en conchas de foraminíferos como indicadores del pH del agua de mar y la concentración de ión carbonato.
El estudio del ciclo del carbono (tanto actual como en el pasado) es uno de los desafíos más importantes y complejos de la biología y la oceanografía del siglo XXI; no sólo por sus implicaciones en las concentraciones atmosféricas de CO2 y en las temperaturas globales, sinó también por los efectos directos e indirectos de la AO sobre los organismos, su metabolismo, las relaciones que los conectan y los ecosistemas que los sustentan.
