- Il pH superficiale dell'oceano è diminuito di 0,1 unità dall'epoca preindustriale — un aumento del 26% nell'acidità — a causa dell'assorbimento di CO₂ antropogenica.
- La saturazione dell'aragonite (Ωarag) è la metrica chiave per la salute delle barriere coralline; è diminuita da ~3,5 a ~2,8 nelle acque superficiali tropicali e si prevede che scenderà sotto 2,0 in scenari ad alte emissioni.
- L'IPCC AR6 prevede un ulteriore calo del pH di 0,2-0,4 unità entro il 2100, il che renderebbe le condizioni sfavorevoli all'accrescimento delle barriere nella maggior parte dei tropici.
Ogni anno, gli oceani del mondo assorbono circa il 25-30% delle emissioni umane di anidride carbonica, ovvero circa 10 miliardi di tonnellate di CO₂ all'anno. Questo “servizio” modera il riscaldamento atmosferico, ma ha un costo chimico. Quando la CO₂ si dissolve nell'acqua di mare, forma acido carbonico (H₂CO₃), che si dissocia rilasciando ioni idrogeno che abbassano il pH dell'acqua di mare [1]. Dall'epoca preindustriale, il pH medio degli oceani superficiali è sceso da circa 8,2 a 8,1; un cambiamento che sembra piccolo finché non ricordi che il pH è logaritmico: questo rappresenta un aumento del 26% della concentrazione di ioni idrogeno [2]. Gli oceani non stanno diventando acidi in senso assoluto, ma stanno diventando misurabilmente meno alcalini, con conseguenze per ogni organismo che costruisce un guscio, uno scheletro o una placca di carbonato di calcio. Per i subacquei, le implicazioni sono impresse nelle barriere su cui si immergono. L'aragonite, la forma di carbonato di calcio utilizzata dai coralli costruttori di barriere, si sta sciogliendo più velocemente di quanto possa essere rimpiazzata in molte regioni tropicali [1]. Hoegh-Guldberg et al. [3] già nel 2007 avvertivano che a concentrazioni atmosferiche di CO₂ superiori a 450–500 ppm — concentrazioni che si prevede saranno superate entro pochi decenni — l'erosione delle barriere supererà l'accrescimento nella maggior parte dei sistemi di barriera tropicale del mondo. Il Sesto Rapporto di Valutazione dell'IPCC ha confermato queste traiettorie [5], elevando l'acidificazione degli oceani, insieme allo sbiancamento termico, a concausa della prossima crisi delle barriere. Questo articolo esamina la chimica, i calcificatori minacciati e ciò che i subacquei possono osservare e fare.
La Chimica Sotto la Superficie
CO₂, Acido Carbonico e il Declino del pH
Quando la CO₂ atmosferica si dissolve nell'acqua di mare, reagisce con le molecole d'acqua per formare acido carbonico (H₂CO₃). L'acido carbonico si dissocia rapidamente in bicarbonato (HCO₃⁻) e ioni idrogeno (H⁺), poi ulteriormente in carbonato (CO₃²⁻) e ulteriori H⁺. L'effetto netto dell'elevata CO₂ atmosferica è duplice: la concentrazione di ioni idrogeno aumenta (abbassando il pH) e la concentrazione di ioni carbonato diminuisce. Feely et al. [1] hanno mappato questo processo a livello globale utilizzando i dati delle indagini oceaniche del World Ocean Circulation Experiment e hanno scoperto che l'orizzonte di saturazione dell'aragonite — la profondità sotto la quale l'acqua di mare è corrosiva per l'aragonite — è risalito misurabilmente sia nell'Atlantico che nel Pacifico rispetto all'epoca preindustriale.
Saturazione dell'Aragonite: La Misura Chiave per i Subacquei
Lo stato di saturazione dell'aragonite (Ωarag) è definito come il rapporto tra il prodotto ionico [Ca²⁺][CO₃²⁻] nell'acqua di mare e il prodotto di solubilità dell'aragonite. Quando Ωarag > 1, l'acqua di mare è supersatura e i coralli possono costruire scheletri. Quando Ωarag < 1, l'aragonite si dissolve spontaneamente. Le acque superficiali tropicali preindustriali avevano valori Ωarag di circa 3,5; i valori attuali sono in media di circa 2,8 nelle regioni di barriera tropicale e stanno diminuendo di circa 0,1-0,2 unità per decennio secondo le attuali traiettorie di emissione [2]. Ricke et al. [4] hanno modellato i futuri stati di saturazione dell'aragonite utilizzando le proiezioni dei modelli del sistema terrestre e hanno scoperto che, con lo scenario RCP8.5, la maggior parte delle località delle barriere coralline sperimenteranno Ωarag < 2 prima della metà del secolo — una soglia in cui i tassi di calcificazione in molte specie coralline diminuiscono precipitosamente.
Calcificatori nel Fuoco Incrociato
Coralli Costruttori di Barriera
I coralli hermatypici (zooxanthellati) sono gli architetti delle barriere coralline tropicali e sono tra i più sensibili al pH tra tutti i calcificatori marini. Studi di laboratorio e mesocosmo hanno costantemente dimostrato che i tassi di calcificazione dei coralli diminuiscono dal 10% al 40% per ogni diminuzione di 0,1 unità di pH, a seconda della specie e della storia termica. Hoegh-Guldberg et al. [3] hanno sintetizzato diverse linee di evidenza per concludere che a concentrazioni atmosferiche di CO₂ superiori a 500 ppm, i tassi di erosione delle barriere supererebbero l'accrescimento nella maggior parte dei tropici, trasformando fondamentalmente le barriere da produttrici nette di carbonato di calcio a perdenti nette. Per i subacquei, questo si manifesta come barriere con ridotta complessità topografica, meno strutture a strapiombo e una ridotta copertura corallina — un degrado delle stesse caratteristiche architettoniche che rendono straordinarie le immersioni in barriera.
Echinodermi, Molluschi e Pteropodi
L'acidificazione degli oceani colpisce molto più dei coralli. I ricci di mare (importanti "pascolatori" delle barriere che controllano la proliferazione algale) mostrano deformità scheletriche e una ridotta capacità di raddrizzamento a valori di pH previsti entro pochi decenni. Gli pteropodi — piccole lumache di mare che nuotano libere spesso chiamate farfalle di mare, che formano densi sciami consumati da salmone, aringhe, balene e uccelli marini — mostrano dissoluzione del guscio a valori di pH già osservati stagionalmente in alcune parti dell'Oceano Meridionale e nelle zone di risalita al largo della costa pacifica degli Stati Uniti [2]. Orr et al. [2] hanno previsto che le acque superficiali dell'Oceano Meridionale potrebbero diventare sottosature per l'aragonite entro il 2050 con emissioni "business-as-usual", minacciando direttamente le popolazioni di pteropodi che sono alla base delle reti alimentari polari e subpolari. Per i subacquei in destinazioni temperate e di acque fredde, questo predice reti alimentari ristrutturate: meno specie di livello intermedio che attraggono la megafauna pelagica.
Coralli di Acque Fredde e Profonde
I coralli di acque fredde formano spettacolari strutture di barriera tridimensionali a profondità da 200 a 2.000 m, fornendo un habitat essenziale per una diversità sproporzionata di specie di acque profonde. Poiché l'acqua fredda contiene più CO₂, gli habitat dei coralli di acque fredde si stanno acidificando più velocemente delle loro controparti tropicali. Orr et al. [2] hanno mostrato che acque corrosive per l'aragonite sono già presenti nell'intervallo di profondità di molti "reef" di _Lophelia pertusa_ nel Nord Atlantico e che entro la metà del secolo queste acque sottosature risaliranno nelle zone di profondità dove le strutture di corallo di acque fredde prosperano attualmente. Sweetman et al. [6] hanno calcolato che fino al 70% degli habitat globali di coralli di acque fredde profonde potrebbe essere esposto a condizioni corrosive entro il 2100 in scenari ad alte emissioni.
Se la CO₂ atmosferica è stabilizzata a 500 ppm, le barriere coralline saranno in una posizione marginale; a 600 ppm, le condizioni saranno letali per la maggior parte dei coralli costruttori di barriera.— Hoegh-Guldberg et al., Science, 2007 [3]
IPCC AR6: Le Proiezioni Che i Subacquei Non Possono Ignorare
Il Working Group I del Sesto Rapporto di Valutazione dell'IPCC (2021) ha sintetizzato le proiezioni di 18 modelli del sistema terrestre CMIP6 [5]. Nello scenario intermedio SSP2-4.5, si prevede che il pH degli oceani superficiali diminuisca di circa 0,2 unità entro il 2100, raggiungendo valori visti l'ultima volta nell'epoca del Pliocene, circa 3 milioni di anni fa. Nello scenario ad alte emissioni SSP5-8.5, sono previsti cali di pH di 0,3-0,4 unità — condizioni oceaniche senza analoghi nella storia dell'evoluzione moderna dei coralli costruttori di barriera. Kwiatkowski et al. [7] hanno dimostrato, utilizzando i modelli CMIP6, che il pH superficiale tropicale scenderà sotto 7,95 con lo scenario SSP5-8.5, un livello al quale la maggior parte dei sistemi di barriera tropicale cessa la calcificazione netta. È fondamentale sottolineare che queste proiezioni non tengono conto dell'interazione sinergica con il riscaldamento degli oceani: lo sbiancamento termico e l'acidificazione agiscono simultaneamente sugli stessi organismi e il loro effetto combinato è più dannoso di uno qualsiasi dei due fattori di stress da solo [3].
Vincitori e Perdenti Biologici Sotto Acidificazione
- Perdenti — costruttori di aragonite: coralli Acropora, Porites, Orbicella; pteropodi; ricci di mare; larve di bivalvi; pesci giovani con alterazione degli otoliti (sassi auricolari).
- Perdenti — costruttori di calcite (moderatamente colpiti): alghe coralline, briozoi incrostanti — ancora colpiti ma più resistenti dei costruttori di aragonite.
- Apparenti vincitori — non calcificatori: alcune macroalghe carnose e cianobatteri potrebbero espandersi man mano che la copertura corallina diminuisce, accelerando i "cambiamenti di fase" verso barriere dominate dalle alghe.
- Dipendente dal contesto: alcune specie di pesci mostrano alterazioni comportamentali (ridotta capacità di evitare i predatori, alterazioni olfattive) a concentrazioni elevate di CO₂ previste per la fine del secolo.
Cosa Osservano i Subacquei: Il Lento Collasso della Barriera
L'acidificazione degli oceani non produce lo "spettacolo drammatico" e improvviso dello sbiancamento di massa. La sua "firma" è più sottile e cumulativa: ridotta complessità strutturale man mano che la struttura carbonatica si dissolve più velocemente di quanto venga ricostituita; campi di macerie dove un tempo sorgevano massicci "bommie" corallini; lacune di reclutamento dove le larve di corallo non riescono ad insediarsi o subiscono dissoluzione post-insediamento prima di crescere abbastanza da contribuire alla struttura. I subacquei con decenni di esperienza sulle stesse barriere spesso riportano questi cambiamenti in modo viscerale — il graduale abbassamento del "crestone" della barriera, la perdita delle strutture a strapiombo che un tempo ospitavano squali e cernie, l'invasione di alghe filamentose su aree di substrato nudo. Hughes et al. [8] hanno documentato un declino "pan-tropicale" della copertura corallina di circa il 50% negli ultimi 50 anni, con l'acidificazione e lo sbiancamento termico che agiscono come complici.
Monitoraggio dell'Acidificazione: Strumenti per la Comunità Subacquea
Il Global Ocean Acidification Observing Network (GOA-ON) mantiene una rete globale di sensori di pH e pCO₂. Il Programma di Acidificazione Oceanica della NOAA pubblica dati annuali accessibili al pubblico. Diversi programmi di scienza dei cittadini — tra cui CoralWatch e Reef Life Survey — consentono ai subacquei di contribuire con dati sullo sbiancamento e sulla copertura corallina che integrano il monitoraggio remoto. Mentre i subacquei non possono misurare direttamente il pH durante un'immersione, i protocolli di monitoraggio della Coral Triangle Initiative e il National Coral Reef Monitoring Program della NOAA includono misurazioni della chimica dei carbonati presso stazioni sentinella nelle principali destinazioni subacquee.
Riferimenti
- [1] Feely, R.A., Sabine, C.L., Lee, K. et al. (2004). Impact of anthropogenic CO₂ on the CaCO₃ system in the oceans. Science. doi:10.1126/science.1097329
- [2] Orr, J.C., Fabry, V.J., Aumont, O. et al. (2005). Anthropogenic ocean acidification over the twenty-first century and its impact on calcifying organisms. Nature. doi:10.1038/nature04095
- [3] Hoegh-Guldberg, O., Mumby, P.J., Hooten, A.J. et al. (2007). Coral reefs under rapid climate change and ocean acidification. Science. doi:10.1126/science.1152509
- [4] Ricke, K.L., Orr, J.C., Schneider, K., Caldeira, K. (2013). Risks to coral reefs from ocean carbonate chemistry changes in recent Earth system model projections. Environmental Research Letters. doi:10.1088/1748-9326/8/3/034003
- [5] IPCC (2021). Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the IPCC. Cambridge University Press.
- [6] Sweetman, A.K., Thurber, A.R., Smith, C.R. et al. (2017). Major impacts of climate change on deep-sea benthic ecosystems. Elementa: Science of the Anthropocene. doi:10.1525/elementa.203
- [7] Kwiatkowski, L., Torres, O., Bopp, L. et al. (2020). Twenty-first century ocean warming, acidification, deoxygenation, and upper-ocean nutrient and primary production decline from CMIP6 model projections. Biogeosciences. doi:10.5194/bg-17-3439-2020
- [8] Hughes, T.P., Kerry, J.T., Álvarez-Noriega, M. et al. (2017). Global warming and recurrent mass bleaching of corals. Nature. doi:10.1038/nature21707