Por qué los océanos se vuelven ácidos

En esta galería de fotos el fotógrafo David Liittschwager ilustra los desastrosos efectos del agua acidificada en las plantas y animales acuáticos

Castello Aragonese es una isla diminuta que se yergue sobre el mar Tirreno como una torre. Situada 27 kilómetros al oeste de Nápoles, se puede ir a ella desde Ischia, otra isla un poco más grande, a través de un puente de piedra largo y estrecho. Los turistas que visitan Castello Aragonese lo hacen para ver cómo era la vida en el pasado. Por las empinadas escaleras (o en as­­censor), suben a un enorme castillo que alberga una colección de instrumentos de tortura medievales. Los científicos, en cambio, visitan la isla para saber cómo será la vida en el futuro.

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Por un capricho de la geología, el mar que ro­­­­dea Castello Aragonese ofrece una ventana a los océanos del año 2050 en adelante. Burbujas de CO₂ ascienden de las fisuras volcánicas del lecho marino y, al disolverse, forman ácido carbónico. Éste es un ácido relativamente débil; de hecho, los humanos lo consumimos en las bebidas carbónicas. Pero si se acumula en can­tidad suficiente, vuelve corrosiva el agua marina. «Cuando la concentración de CO₂ es muy elevada, muy pocas especies lo toleran», dice Jason Hall-Spencer, biólogo marino de la Universidad de Plymouth, Inglaterra. Castello Aragonese ofrece una analogía natural de un proceso artificial: la acidificación que presentan sus aguas se está produciendo en los océanos del mundo, de forma más gradual, a medida que absorben las emisiones de los tubos de escape y de la industria.

Hall-Spencer estudia la zona en torno a la isla desde hace ocho años, midiendo cuidadosamente las características del agua y haciendo un se­­guimiento de los peces, corales y moluscos que viven en el mar (y en algunos casos, se disuelven en él). Un frío día de invierno fui a nadar con él y con Maria Cristina Buia, científica de la Estación Zoológica Anton Dohrn, de Italia, para ver de cerca los efectos de la acidificación. Echamos el ancla a unos 50 metros de la costa sur de Castello Aragonese, e incluso antes de sumergirnos, algunos de esos efectos eran evidentes. Cúmulos de bellotas de mar formaban una franja blanquecina en la base de los acantilados de la isla, azotados por las olas. «Las bellotas de mar son muy resistentes», comentó Hall-Spencer. Sin embargo, no había ni rastro de ellas en las áreas donde el agua estaba más acidificada.

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Nos sumergimos todos. Con un cuchillo, Buia desprendió de la roca varias lapas desafortunadas. Buscando comida, se habían internado en aguas demasiado cáusticas para ellas, y sus conchas se habían vuelto tan finas que eran casi transparentes. Del suelo marino ascendían burbujas de dióxido de carbono como cuentas de mercurio. Praderas de posidonia ondulaban debajo de nosotros. Las plantas eran de un verde vivo: les faltaban los diminutos organismos que normalmente revisten las hojas y atenúan su color. Tampoco había erizos de mar, comunes lejos de las emanaciones volcánicas e incapaces de tolerar la más ligera acidificación del agua. Enjambres de medusas pasaron a nuestro lado.

Medusas, posidonias y algas. No hay mucho más cerca de la mayor concentración de fisuras en el suelo marino por donde se producen emana­­ciones volcánicas en Castello Aragonese. Muchas especies autóctonas ni siquiera pueden sobrevivir a unos centenares de metros de distancia. El agua está tan acidificada como señalan los pronósticos que estarán todos los océanos en 2100. «Normalmente, en un puerto contaminado hay unas pocas especies que son como malas hierbas y que pueden tolerar condiciones muy fluctuantes –dijo Hall-Spencer de vuelta en la embarcación–. Pasa lo mismo cuando aumenta el CO₂.»

Desde el comienzo de la revolución industrial se ha quemado suficiente cantidad de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) y se han talado suficientes bosques para emitir más de 500.000 millones de toneladas de CO₂. Como es bien sabido, la atmósfera tiene hoy una concentración de CO₂ más elevada que en cualquier momento de los últimos 800.000 años y probablemente de mucho antes.

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Lo que poca gente sabe es que las emisiones de carbono también están cambiando los océanos. El aire y el agua intercambian gases constantemente, de modo que una parte de lo que se emite a la atmósfera tarde o temprano va a parar al mar. El viento lo mezcla rápidamente con la capa más superficial (unos cien metros) y a lo largo de los siglos las corrientes lo expanden a todas las profundidades marinas. En la década de 1990 un equipo internacional de científicos emprendió un ambicioso proyecto de investigación que consistía en recoger y analizar más de 77.000 muestras de agua marina de diferentes profundidades y lugares del mundo. Fue una labor de 15 años, que reveló que los océanos han absorbido el 30% del dióxido de carbono emitido por la humanidad en los dos últimos siglos. Y siguen absorbiendo alrededor de un millón de toneladas por hora.

Para la vida en tierra este proceso es positivo, ya que cada tonelada de CO₂ que el océano retira de la atmósfera es una tonelada menos que contribuye al calentamiento global. Para la vida marina, en cambio, el panorama es muy diferente. La directora de la Administración Oceánica y Atmosférica Nacional de Estados Unidos, la ecóloga marina Jane Lubchenco, ha dicho que la acidificación es la «hermana gemela igualmente mala» del calentamiento global.

La escala de pH, que mide la acidez en términos de concentración de iones hidrógeno, va del 0 al 14. En la parte baja de la escala se sitúan los ácidos fuertes, como el ácido clorhídrico, que li­­­­­­­­bera hidrógeno fácilmente (más fácilmente que el ácido carbónico). En el extremo superior están las bases fuertes, como la sosa cáustica. El agua pura destilada tiene un pH de 7, que es neutro. El agua marina debería ser ligeramente básica o alcalina, con un pH de alrededor de 8,2 cerca de la superficie. Hasta ahora, las emisiones de CO₂ han reducido el pH del agua superficial unos 0,1 puntos. Pero al igual que la escala de Richter, la escala de pH es logarítmica, por lo que incluso los cambios numéricos más pequeños representan efectos de grandes proporciones. Un descenso del pH de 0,1 significa que el agua se ha vuelto un 30 % más ácida. Si las tendencias actuales se mantienen, el pH del agua superficial caerá a 7,8 en 2100. En ese punto, el agua será un 150% más ácida que en 1800.

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Probablemente la acidificación producida hasta ahora es irreversible. Aunque en teoría sería posible añadir sustancias químicas al mar para contrarrestar los efectos del CO₂ absorbido, en la práctica se requerirían unas cantidades co­­losales: harían falta por lo menos dos toneladas de cal, por ejemplo, para compensar una sola tonelada de dióxido de carbono, y el mundo está emitiendo más de 30.000 millones de toneladas de CO₂ al año. Por otro lado, los procesos naturales que podrían contrarrestar la acidificación (como la erosión de las rocas en tierra) son demasiado lentos para obrar efectos visibles en una escala temporal humana. Aunque las emisiones de CO₂ cesaran hoy mismo, la química del océano tardaría decenas de miles de años en recuperar las condiciones anteriores a la era industrial.

La acidificación tiene múltiples efectos. Al favorecer la proliferación de algunos microorganismos marinos por encima de otros, es probable que altere la disponibilidad de ciertos nutrientes esenciales como el hierro y el nitrógeno. Por razones similares, es posible que deje penetrar más luz solar en las aguas superficiales. Al modificar la química básica del mar, la acidificación podría reducir hasta un 40% la capacidad del agua marina para amortiguar los sonidos de baja frecuencia, lo que causaría que algunas partes del océano se tornaran más ruidosas. Por último, la mayor acidez interfiere en la reproducción de algunas especies y en la capacidad de otras (las llamadas calcificadoras) para producir conchas y esqueletos pétreos de carbonato de calcio. Estos últimos efectos son los mejor documentados, pero se ignora si serán los más determinantes a largo plazo.

En 2008, más de 150 investigadores de primera línea firmaron una declaración en la que manifestaban su «profunda inquietud por los rápidos cambios recientes en la química de los océanos», que en cuestión de decenios podrían «afectar gravemente a los organismos marinos, las cadenas alimentarias, la biodiversidad y la actividad pesquera». Los arrecifes coralinos de aguas cálidas son el principal motivo de preocupación. Sin embargo, dado que el dióxido de carbono se disuelve más fácilmente en agua fría, es posible que las consecuencias se manifiesten primero más cerca de los polos. Ya se han observado efectos significativos en pterópodos, diminutos moluscos nadadores que constituyen una importante fuente de alimentación para peces, ballenas y aves, tanto en el Ártico como en la Antártida. Los experimentos realizados demuestran que las conchas de los pterópodos crecen con más lentitud en agua marina acidificada.

¿Serán capaces los organismos marinos de adaptarse a la nueva química del océano? Los datos de Castello Aragonese no son alentadores. Cuando visité la isla, Hall-Spencer me dijo que las fisuras volcánicas llevan al menos mil años escupiendo CO₂. Pero en el área donde el pH es de 7,8 (el nivel que podría alcanzar todo el océano al final de este siglo), falta casi una tercera parte de las especies presentes en los alrededores, fuera del sistema de emanaciones de CO₂. Según Hall-Spencer, esas especies «han tenido muchas generaciones para adaptarse a estas condiciones, y sin embargo no lo han hecho».

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El pH es muy importante. «Los humanos in­­vertimos mucha energía para que el pH de nuestra sangre permanezca constante –me explicó–, pero algunos de estos organismos inferiores no disponen de la fisiología necesaria. Tienen que funcionar con lo que hay a su alrededor, y eso los empuja a veces más allá de sus límites.»

A 80 kilómetros de la costa de Australia y a medio mundo de distancia de Castello Aragonese se encuentra One Tree Island. Pese a su nombre («un árbol»), esta isla diminuta tiene varios cientos de árboles, y forma de bumerán, con los dos brazos extendidos hacia el mar de Coral. En la curva interior del bumerán hay una pequeña estación de investigación de la Universidad de Sydney. Casualmente, a la hora de mi llegada una espléndida tarde de verano, una enorme tortuga boba había subido a la playa justo delante de los edificios del laboratorio, y toda la población hu­­mana de la isla (11 personas, sin contarme a mí) se había reunido en la arena para mirarla.

One Tree Island forma parte de la Gran Barrera de Arrecifes, el mayor sistema arrecifal del mundo, con una extensión de más de 2.250 kilómetros. Toda la isla está formada por fragmentos coralinos que empezaron a acumularse tras una tormenta particularmente violenta hace 4.000 años. Incluso ahora, la isla no tiene nada que pueda considerarse tierra. Los árboles parecen surgir directamente de las piedras.

Cuando los científicos empezaron a visitar la isla en la década de 1960, su propósito era estudiar el crecimiento de los arrecifes. Ahora sus interrogantes son más urgentes. «Alrededor del 25% de las especies marinas pasan al menos una parte de su vida en sistemas coralinos –me dijo una tarde Ken Caldeira, experto en acidificación oceánica de la Carnegie Institution, antes de salir a recoger muestras de agua en el arrecife–. Los corales construyen la arquitectura del ecosistema, y es bastante evidente que si ellos desaparecen, el ecosistema entero desaparece.»

Los arrecifes coralinos ya están amenazados por muchas causas. La mayor temperatura del agua está aumentando la frecuencia de los episodios de «blanqueamiento», en los cuales los corales pierden el color y a menudo mueren. La sobrepesca reduce la población de peces ramoneadores, que evitan la proliferación excesiva de algas. Los vertidos de la agricultura fertilizan las algas, lo que altera aún más la ecología de los arrecifes. En el Caribe, algunas especies de coral antes abundantes han sido diezmadas por una infección que deja franjas blancas de tejido muerto. Quizás a causa de todos esos factores, la cubierta coralina del Caribe disminuyó aproximadamente un 80% entre 1977 y 2001.

La acidificación del océano es una amenaza más, tal vez menos inmediata pero en último término más devastadora para los corales duros, constructores de arrecifes. Este proceso socava la antigua estructura básica, el esqueleto pétreo secretado por millones y millones de pólipos coralinos a lo largo de los milenios.

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Los pólipos de coral son animales diminutos que forman una fina capa de tejido vivo en la superficie del arrecife. Parecen flores, con seis

o más tentáculos que capturan la comida y la dirigen hacia una boca central. (En realidad, muchos corales consiguen la mayor parte de su alimento de unas algas fotosintéticas que viven en su interior; cuando los corales se blanquean es porque las condiciones extremas han obligado a los pólipos a expulsar las algas simbiontes.) Cada pólipo produce un exoesqueleto protector de carbonato de calcio, en forma de copa, que se añade al esqueleto colectivo de la colonia.

Para producir carbonato de calcio, los corales necesitan dos ingredientes: iones calcio e iones carbonato. Los ácidos reaccionan con los iones carbonato, y los neutralizan. Por eso, a medida que aumenta la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera, los iones carbonato se vuelven menos abundantes en el agua, y los corales tienen que gastar más energía para recolectarlos. En condiciones de laboratorio se ha observado que el crecimiento del esqueleto coralino desciende de manera más o menos lineal a medida que se reduce la concentración de carbonato.

La lentitud de crecimiento no tiene por qué ser un problema en el laboratorio. En la naturaleza, sin embargo, los arrecifes están sometidos al desgaste constante que les producen otros organismos, grandes y pequeños. (Cuando bu­­ceaba en One Tree Island, oí a los peces loro masticar trozos de arrecife.) «Un arrecife es como una ciudad –me dijo Ove Hoegh-Guldberg, ex director de la Estación de Investigación de One Tree Island y actualmente al frente del Global Change Institute de la Universidad de Queensland, en Australia–. Hay empresas constructoras y empresas de derribos. Si se reducen los materiales de construcción, la balanza se inclina hacia la destrucción, que es un proceso constante, incluso en los arrecifes sanos. Lo que queda al final es una ciudad que se destruye a sí misma.»

Comparando las mediciones efectuadas en la década de 1970 con las más recientes, el equipo de Caldeira observó que en un punto del extremo norte del arrecife la calcificación había disminuido un 40%. (El equipo estaba en One Tree para repetir el estudio en el extremo sur del arrecife.) Otro equipo, aplicando un método distinto, comprobó que el crecimiento de los corales Porites, que forman grandes cúmulos con aspecto de roca, disminuyó un 14% en la Gran Barrera de Arrecifes entre 1990 y 2005.

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La acidificación del océano también parece afectar la capacidad de los corales para producir nuevas colonias. Los corales son capaces de clonarse, y es corriente que toda una colonia esté formada por pólipos genéticamente idénticos entre sí. Pero una vez al año, en verano, muchas especies desovan masivamente, en una especie de sesión de sexo sincronizado en grupo. Cada pólipo produce un saquito rosado en forma de cuenta que contiene huevos y esperma. La noche del desove, todos los pólipos sueltan sus sacos en el agua, y el mar se cubre de un velo malva.

Selina Ward, investigadora de la Universidad de Queensland, estudia desde hace 16 años la reproducción de los corales en la isla Heron, unos 16 kilómetros al oeste de One Tree. Me encontré con ella unas horas antes del desove anual. Estaba vigilando una docena de tanques de corales a punto de desovar. El plan era que en cuanto los corales soltaran los huevos y el esperma, ella sacara del agua los saquitos rosados para someterlos a diferentes niveles de acidez. Sus resultados, hasta el momento, indican que un pH más bajo determina un descenso de la fecundación, del desarrollo larvario y de la fijación, la fase en que las larvas de coral abandonan la columna de agua, se adhieren a algo sólido y empiezan a producir nuevas colonias. «Y si alguno de esos pasos no funciona, no hay corales de reemplazo que entren en el sistema», dijo Ward.

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Los arrecifes que los corales mantienen son esenciales para una increíble diversidad de organismos. Entre uno y nueve millones de especies marinas viven en los arrecifes coralinos o en sus alrededores.

Cuando un arrecife ya no puede crecer con suficiente rapidez para contrarrestar los efectos de la erosión, esa comunidad se desmorona. «Los arrecifes coralinos perderán su funcionalidad ecológica –me dijo Jack Silverman, miembro del equipo de Caldeira en One Tree–. No serán ca­­paces de mantener su estructura. Y si no hay edificio, ¿dónde van a vivir los inquilinos?» Ese momento podría llegar hacia 2050. Si todo sigue como hasta ahora, las concentraciones de CO2 en la atmósfera serán más o menos el doble de lo que fueron antes de la época industrial. Muchos experimentos indican que para entonces los arrecifes coralinos empezarán a desintegrarse.

Los corales son sólo un tipo de calcificadores, entre otros miles. Crustáceos como los percebes son calcificadores, y también lo son equinodermos como las estrellas y los erizos de mar, y moluscos como las almejas y las ostras. Las algas coralinas (organismos diminutos que forman una especie de revestimiento que parece pintura rosa o lila) también son calcificadoras. Sus secreciones de carbonato de calcio contribuyen a cimentar los arrecifes coralinos, pero también están presentes en otros entornos, como, por ejemplo, en las praderas de posidonia de Castello Aragonese. Su ausencia en el área más próxima a las emanaciones volcánicas hacía que las plantas parecieran más verdes de lo habitual.

Los mares están llenos de algas unicelulares calcáreas llamadas cocolitóforos. Muchas especies de foraminíferos planctónicos, también unicelulares, son calcificadoras. Cuando mueren, sus conchas caen al fondo marino y forman lo que se ha descrito como una lluvia continua e interminable. Los organismos calcificadores son tan abundantes que han cambiado la geología de la Tierra. Por ejemplo, los acantilados de Dover, en Inglaterra, son los restos de innumerables organismos calcificadores acumulados durante el cretácico.

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La acidificación hace más laboriosa la tarea de los organismos calcificadores, aunque algunos la toleran mejor que otros. En experimentos con 18 especies de diferentes grupos taxonómicos, los investigadores de la Woods Hole Oceanographic Institution observaron que si bien la mayoría calcificaba menos cuando el nivel de CO₂ era elevado, otros calcificaban más. Una es­­pecie, el mejillón común, no presentaba ningún cambio, por muy acidificada que estuviera el agua.

«Los organismos eligen –me dijo Ulf Riebesell, biólogo marino del Instituto Leibniz de Ciencias Marinas de Kiel, Alemania–. Perciben el cambio en su entorno, y algunos son capaces de compensarlo. Sólo tienen que invertir más energía en la calcificación. Entonces eligen: “Muy bien, invertiré menos en reproducción”, o “invertiré menos en crecer”.» No se sabe qué determina esas elecciones, ni si son viables a largo plazo. Hasta ahora, la mayoría de los estudios han sido breves y se han efectuado en organismos criados en tanques, sin otras especies competidoras.

Mientras tanto, los científicos no han hecho más que empezar a investigar los efectos que la acidificación del océano puede tener sobre organismos más complejos, como peces y mamíferos marinos. Los cambios en la base de la cadena alimentaria marina (los que sufren, por ejemplo, organismos que forman conchas, como los pterópodos o los cocolitóforos) inevitablemente afectarán a los animales situados más arriba. Pero también es probable que la alteración del pH oceánico tenga efectos directos sobre su fisiología. Un grupo de investigadores australianos ha observado, por ejemplo, que los individuos jóvenes de peces payaso no son capaces de encontrar un hábitat adecuado cuando la concentración de CO₂ es alta. Al parecer, la acidificación del agua les perjudica el sentido del olfato.

Durante la larga historia de la vida en la Tierra, los niveles de CO₂ atmosférico han sido más elevados que en la actualidad en varias ocasiones. Pero muy rara vez (o quizá nunca) han aumentado con tanta rapidez como ahora. Para la vida marina, quizá lo más importante sea la velocidad del cambio.

Para encontrar un período análogo al actual, hay que retroceder por lo menos 55 millones de años, al momento conocido como Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno (MTPE). Durante el MTPE fueron liberadas a la atmósfera enormes cantidades de carbono, aunque su procedencia no se conoce con certeza. Las temperaturas me­­dias mundiales subieron 6 ºC y la química marina cambió notablemente. Las profundidades marinas se volvieron tan corrosivas que en algunos puntos las conchas dejaron de apilarse en el fondo del mar, porque simplemente se disolvían. En los testigos de sedimento, el período se distingue como una capa de arcilla roja, intercalada entre dos capas de carbonato de calcio. Muchas especies de foraminíferos de aguas profundas se extinguieron.

Sin embargo, sorprendentemente, parece ser que la mayoría de los organismos de las aguas superficiales superaron el MTPE sin mayores problemas. Quizá la vida marina es más resistente de lo que indican los resultados de Castello Aragonese o One Tree Island. O tal vez el MTPE, aunque pronunciado, no fue tan extremo como lo que está sucediendo actualmente.

El registro sedimentario no revela la rapidez con que se produjo la liberación de carbono del MTPE. Los estudios de modelización indican que tuvo lugar a lo largo de miles de años, un ritmo lo bastante lento para que los efectos químicos se difundieran por todo el océano hasta las profundidades. El ritmo actual de emisiones parece ser diez veces más rápido, y no da tiempo para que las capas de agua se mezclen. Durante los próximos cien años, la acidificación se concentrará cerca de la superficie, donde reside la mayoría de los organismos calcificadores marinos y todos los corales tropicales. «Lo que estamos haciendo es muy singular desde el punto de vista geológico», sostiene el experto en clima Andy Ridgwell, de la Universidad de Bristol.

A nosotros nos corresponde determinar hasta dónde llegará esa singularidad. Aún es posible evitar que se hagan realidad las perspectivas más sombrías de la acidificación. Pero la única manera de conseguirlo, o al menos la única que conocemos por ahora, es reducir radicalmente las emisiones de CO₂. En este momento, corales y pterópodos tienen que competir con una economía mundial basada en el consumo de combustibles fósiles baratos. Es una lucha desigual.