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3.3: Acidificación del océano - Biología

3.3: Acidificación del océano - Biología


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La acidificación de los océanos es simplemente la disminución del pH de todos los océanos de la Tierra. El océano absorbe aproximadamente el 25% del dióxido de carbono o CO de la atmósfera.2, y como CO atmosférico2 los niveles aumentan, también lo hace la cantidad de CO2 que absorbe el océano. Por lo tanto, a medida que aumenta la cantidad de gases de efecto invernadero, no solo comienza a subir la temperatura del océano, sino que también aumenta el CO2 niveles hace que los niveles de pH del océano disminuyan. Las crecientes condiciones ácidas causan una multitud de efectos nocivos que van desde limitar la formación de esqueletos para los organismos marinos hasta limitar el crecimiento de los corales y corroer los esqueletos de corales ya existentes.

Si bien los niveles naturales de dióxido de carbono están bien, el exceso de CO2 que los humanos han logrado producir mediante la quema de combustibles son el principal problema. Esto se debe en gran parte a que cuando el CO2 se disuelve en el agua de mar, (CO2 + H2O-> H2CO3), produce ácido carbónico. Si bien el ácido carbónico no es un ácido tan fuerte, como dice el HCl, todavía actúa como ácido al donar protones e interactuar con las moléculas circundantes. Ahora, cuando se agrega un exceso de ácido a una solución, hace que el pH de esa solución baje o se vuelva más ácido, y mientras que el H2CO3 no se considera un ácido fuerte, todavía tiene el potencial de impactar masivamente toda la composición química del medio ambiente oceánico. Cuanto menor sea el pH de una solución, mayor será la concentración de iones H + en esa solución. Esto se ha convertido en un problema enorme para muchas especies.

Las reacciones químicas pueden ser extremadamente sensibles a cualquier fluctuación en los niveles de pH; sin embargo, en el océano, estos cambios de pH pueden afectar la vida marina a través de la comunicación química, la reproducción y el crecimiento. En particular, la construcción de esqueletos en la vida marina es extremadamente sensible a cualquier cambio en el pH. Por lo tanto, el aumento actual de CO2 niveles que han causado un ambiente más ácido, han impactado grande y negativamente el crecimiento de nuevas conchas.

"Nautilus pompilius" de Wikimedia [CC BY SA 2.0]

Esto se debe a que los iones de hidrógeno se unen fácilmente al carbonato (CO3 2-) moléculas para crear ácido carbónico, y el caparazón de un animal marino se compone de carbonato de calcio (CaCO3). Para que los animales marinos construyan conchas, toman iones de calcio (Ca2 +) con una molécula de carbonato del agua de mar que los rodea, para formar el carbonato de calcio necesario para construir sus conchas. Entonces, en lugar de que el carbonato preste toda su atención al calcio para que el animal marino pueda construir su caparazón, ahora presta más atención al ion hidrógeno. Además, los iones de hidrógeno tienen una mayor atracción por el carbonato que un ion de calcio por el carbonato, y cuando dos iones de hidrógeno se unen al carbonato, produce un ión de bicarbonato y un animal marino no tiene la capacidad de extraer solo el ión de carbonato. En última instancia, esto limita que los animales marinos construyan nuevos caparazones por sí mismos, e incluso si el animal marino tiene la capacidad de construir un nuevo caparazón, se necesita mucha energía para hacerlo, esencialmente quitando otros procesos y actividades importantes.

"Impactos de la acidificación de los océanos" por Wikimedia [CC BY SA 2.0]

Esto no solo puede afectar la formación de nuevos caparazones, sino que, en las condiciones adecuadas, puede corroer los caparazones ya existentes. Cuando hay demasiados iones de hidrógeno flotando alrededor, y no hay suficientes moléculas para que se unan, en realidad pueden comenzar a romper las moléculas de carbonato de calcio ya existentes, rompiendo finalmente el caparazón del animal marino que ya existe.

Otro organismo que siente los efectos de la acidificación del océano son los corales. Al igual que otros animales marinos que construyen sus hogares con carbonato de calcio, los corales formadores de arrecifes también usan carbonato de calcio para construir sus propios cuerpos y estructuras. Estos corales formadores de arrecifes también albergan otros animales coralinos y otros organismos. Como se mencionó anteriormente, el aumento de la acidificación limita en gran medida cualquier crecimiento adicional de coral nuevo, así como corroe cualquier arrecife de coral preexistente. Incluso si un arrecife de coral ha superado todas las probabilidades y ha podido crecer, será un arrecife más débil que está sujeto a la erosión natural. Se ha pronosticado que para mediados de siglo, los arrecifes de coral saludables se erosionarán más rápidamente de lo que pueden reproducirse.

"Blue Starfish on Hard Coral" de Wikimedia [CC by 3.0]

Esta es una mala noticia para las especies que viven en estos arrecifes de coral. Si estas especies no pueden crecer y desarrollarse en un asentamiento seguro, como el arrecife de coral, estas larvas no podrán alcanzar la edad adulta, por lo que no podrán reproducirse. Esto finalmente conducirá a una extinción masiva en el futuro.

La información de este capítulo en agradecimiento a las contribuciones de contenido de Jaime Marsh y Morgan Tupper.


Efecto de la acidificación del océano sobre la especiación orgánica e inorgánica de los metales traza

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FAQ 5.1: ¿Cómo se ve afectada la vida en el mar por el cambio climático?

El cambio climático representa una seria amenaza para la vida en nuestros mares, incluidos los arrecifes de coral y la pesca, con impactos en los ecosistemas marinos, las economías y las sociedades, especialmente aquellas que dependen más de los recursos naturales. El riesgo que plantea el cambio climático se puede reducir limitando el calentamiento global a no más de 1,5 ° C.

La vida en la mayor parte del océano global, de polo a polo y de la superficie del mar a las profundidades abisales, ya está experimentando temperaturas más altas debido al cambio climático provocado por los humanos. En muchos lugares, ese aumento puede ser apenas mensurable. En otros, particularmente en aguas cercanas a la superficie, el calentamiento ya ha tenido impactos dramáticos en los animales, plantas y microbios marinos. Debido a cambios estrechamente relacionados en la química del agua de mar, queda menos oxígeno disponible (en un proceso llamado desoxigenación del océano). El agua de mar contiene más dióxido de carbono disuelto, lo que provoca la acidificación de los océanos. Los efectos no climáticos de las actividades humanas también son omnipresentes, incluida la sobrepesca y la contaminación. Si bien estos factores estresantes y sus efectos combinados son probable al ser dañino para casi todos los organismos marinos, las redes tróficas y los ecosistemas, algunos corren un mayor riesgo (FAQ5.1, Figura 1). Las consecuencias para la sociedad humana pueden ser graves a menos que se tomen las medidas necesarias para limitar el cambio climático futuro.

Los arrecifes de coral de aguas cálidas albergan una amplia variedad de vida marina y son muy importantes para las pesquerías tropicales y otros sistemas marinos y humanos. Son particularmente vulnerables, ya que pueden sufrir una alta mortalidad cuando la temperatura del agua persiste por encima de un umbral de entre 1 ° C y 2 ° C por encima del rango normal. Tales condiciones ocurrieron en muchos mares tropicales entre 2015 y 2017 y resultaron en un extenso blanqueamiento de los corales, cuando los animales de coral que los hospedan expulsaron a las algas asociadas de las que dependen. Después de la mortalidad masiva de los corales debido al blanqueamiento, la recuperación de los arrecifes suele tardar al menos entre 10 y 15 años. Otros impactos del cambio climático incluyen SLR, acidificación y erosión de los arrecifes. Si bien algunas especies de coral son más resistentes que otras y los impactos varían según las regiones, ahora parece inevitable una mayor degradación de los arrecifes debido al cambio climático futuro, con graves consecuencias para otros ecosistemas marinos y costeros, como la pérdida de la protección costera para muchas islas y zonas bajas. áreas y pérdida de la alta biodiversidad que albergan estos arrecifes. Los hábitats de coral también pueden ocurrir en aguas más profundas y mares más fríos, y se necesita más investigación para comprender los impactos en estos arrecifes. Aunque estos corales de agua fría no corren el riesgo de blanquearse, debido a su ambiente más frío, pueden debilitarse o disolverse bajo la acidificación del océano y otros cambios oceánicos.

Las especies móviles, como los peces, pueden responder al cambio climático moviéndose a regiones más favorables, con poblaciones desplazándose hacia los polos o hacia aguas más profundas, para encontrar su rango preferido de temperaturas del agua o niveles de oxígeno. Como resultado, las proyecciones del rendimiento total de la pesca futura en diferentes escenarios de cambio climático solo muestran una disminución moderada de alrededor del 4% (

3,4 millones de toneladas) por grado Celsius de calentamiento. Sin embargo, existen variaciones regionales dramáticas. Con altos niveles de cambio climático, las pesquerías en las regiones tropicales podrían perder hasta la mitad de sus niveles actuales de captura para fines de este siglo. Los niveles de captura polar pueden aumentar levemente, aunque el alcance de tales ganancias es incierto, porque las poblaciones de peces que actualmente están agotadas por la sobrepesca y sujetas a otros factores estresantes pueden no ser capaces de migrar a las regiones polares, como se supone en los modelos.

En los mares polares, las especies adaptadas a la vida en o bajo el hielo marino están directamente amenazadas por la pérdida de hábitat debido al cambio climático. Los océanos Ártico y Austral albergan una rica diversidad de vida, desde diminuto plancton hasta peces, krill e invertebrados del fondo marino, ballenas, focas, osos polares o pingüinos. Sus complejas interacciones pueden alterarse si nuevas especies de aguas cálidas amplían su distribución a medida que aumenta la temperatura del mar. Los efectos de la acidificación en los organismos con caparazón, así como el aumento de las actividades humanas (por ejemplo, el transporte marítimo) en aguas sin hielo, pueden amplificar estas alteraciones.

Si bien algunos impactos del cambio climático (como el posible aumento de los niveles de captura en las regiones polares) pueden beneficiar a los humanos, la mayoría será perjudicial para los ecosistemas, las economías y las sociedades, especialmente aquellos que dependen en gran medida de los recursos naturales. Sin embargo, los impactos del cambio climático pueden reducirse mucho si el mundo en su conjunto, a través de intervenciones intergubernamentales, logra limitar el calentamiento global a no más de 1,5 ° C.


34 Aguas cálidas y mares agrios: cambio climático y acidificación de los océanos

De: Oxford Public International Law (http://opil.ouplaw.com). (c) Oxford University Press, 2021. Todos los derechos reservados. Fecha: 1 de julio de 2021

Este capítulo examina el impacto del cambio climático y la acidificación de los océanos en los océanos y sus implicaciones para el derecho internacional del mar. En particular, evalúa las implicaciones del aumento del nivel del mar para las líneas de base del mar territorial, la extensión hacia el mar de las zonas marítimas y los límites marítimos. También considera las restricciones impuestas por la Convención de las Naciones Unidas sobre el Derecho del Mar (LOSC) a los Estados en la búsqueda de políticas de mitigación y adaptación climáticas, como los intentos de 'diseñar' el clima global mejorando artificialmente la capacidad de los océanos para atraer CO2 de la atmósfera. El capítulo analiza el papel de la LOSC, junto con otros regímenes de tratados, a la hora de abordar la grave amenaza de la acidificación de los océanos.


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P: HAGA CONEXIONES Consulte la discusión sobre acidificación oceánica en el Concepto 3.3. Acidificación del océano a.

R: La acidificación de los océanos es la disminución del pH de los océanos de la tierra causada por el upta.

P: Diferenciar la espiración en reposo de la espiración forzada.

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Información del autor

Afiliaciones

Asociación Escocesa de Ciencias Marinas, Scottish Marine Institute, Dunbeg, Oban, Reino Unido

Michael T. Burrows, Clive J. Fox y Benjamin L. Payne

Ciencias Oceánicas y de la Tierra, Centro Nacional de Oceanografía de Southampton, Universidad de Southampton, Southampton, Reino Unido

Departamento de Ciencias Oceánicas, Memorial University of Newfoundland, St. John's, Terranova y Labrador, Canadá

Escuela de Medio Ambiente, Universidad de Auckland, Auckland, Nueva Zelanda

Fundación Sir Alister Hardy para las Ciencias Oceánicas, Laboratorio Citadel Hill, Plymouth, Reino Unido

Marine Institute, Plymouth University, Plymouth, Reino Unido

Instituto de Estudios Marinos y Antárticos, Universidad de Tasmania, Hobart, Tasmania, Australia

Graham J. Edgar y Rick D. Stuart-Smith

Bren School of Environmental Science and Management, Universidad de California, Santa Bárbara, CA, EE. UU.

Centro Nacional de Análisis y Síntesis Ecológicos, Universidad de California, Santa Bárbara, CA, EE. UU.

Facultad de Ciencias Oceánicas de la Universidad de Bangor, Menai Bridge, Reino Unido

Departamento de Ecología, Evolución y Recursos Naturales, Universidad de Rutgers, New Brunswick, Nueva Jersey, EE. UU.

Malin L. Pinsky y Ryan D. Batt

Centro de Investigación del Ártico, Universidad de Hokkaido, Sapporo, Japón

Escuela de Graduados en Ciencias Ambientales, Universidad de Hokkaido, Sapporo, Japón

Estación Global para la Investigación del Ártico, Institución Global para la Investigación y la Educación Colaborativas, Universidad de Hokkaido, Sapporo, Japón

Grupo de Investigación de Ecología del Cambio Global, Facultad de Ciencias e Ingeniería, Universidad de Sunshine Coast, Maroochydore, Queensland, Australia

Centro para la Ecología de la Conservación Africana, Departamento de Zoología, Universidad Nelson Mandela, Port Elizabeth, Sudáfrica

División de Biociencias / Ecofisiología Integrativa, Centro Helmholtz de Investigación Polar y Marina, Instituto Alfred Wegener, Bremerhaven, Alemania

Instituto de Cambio Global, Universidad de Queensland, Santa Lucía, Queensland, Australia


La acidificación del océano se refiere a la disminución del pH del océano debido a la absorción de CO antropogénico.2 de la atmósfera. Se espera que la calcificación de los arrecifes de coral disminuya a medida que los océanos se vuelven más ácidos. Disolver el carbonato de calcio (CaCO3) las arenas podrían exacerbar en gran medida la pérdida de arrecifes asociada con la reducción de la calcificación, pero en la actualidad está poco restringida. Aquí mostramos que CaCO3 La disolución en sedimentos de arrecifes en cinco sitios distribuidos globalmente se correlaciona negativamente con el estado de saturación de aragonito (ΩArkansas) de agua de mar suprayacente y que CaCO3 La disolución de sedimentos es diez veces más sensible a la acidificación de los océanos que a la calcificación de los corales. En consecuencia, los sedimentos de los arrecifes a nivel mundial pasarán de la precipitación neta a la disolución neta cuando el agua de mar ΩArkansas alcanza 2,92 ± 0,16 (esperado alrededor de 2050 d.C.). En particular, algunos arrecifes ya están experimentando una disolución neta de sedimentos.

Las estructuras de los arrecifes de coral son la acumulación de carbonato de calcio (CaCO3) de esqueletos de aragonito coralino, macroalgas calcáreas rojas y verdes y otros organismos calcáreos como briozoos, equinodermos y foraminíferos. Esta estructura proporciona el hábitat para muchas especies, promoviendo una rica diversidad biológica y una miríada asociada de servicios ecosistémicos para los seres humanos, como la pesca y el turismo (1). Hay dos piscinas principales de CaCO3 en los arrecifes de coral: el marco (p. ej., CaCO depositado3 esqueletos y corales vivos y otros organismos) y sedimentos permeables (por ejemplo, estructura descompuesta y cualquier producción infaunal) (2). Para que se produzca una acumulación neta a escala de todo el arrecife, CaCO3 La producción (más cualquier suministro externo de sedimentos) debe ser mayor que la pérdida por erosión física, química y biológica y transporte y disolución de la siguiente manera (2):

CaCO3 acreción = CaCO3 producción - CaCO3 disolución - pérdida física de CaCO3 (1)

Calcificación neta del ecosistema (NEC), que se refiere al equilibrio químico de CaCO3 producción y CaCO3 disolución, generalmente se infiere de los cambios en la alcalinidad total y no incluye la pérdida física de CaCO3.

La acidificación del océano (OA) se refiere a la disminución del pH del océano debido a la absorción de CO antropogénico.2 de la atmósfera. Cuando CO2 de la atmósfera se disuelve en agua de mar, disminuye el pH, el CO3 2− concentración y el CaCO3 estado de saturación (Ω = [Ca 2+] [CO3 2− ]/K*sp, dónde K*sp es el producto de concentración de iones estequiométrica en equilibrio) (3). Aunque se espera que los cambios asociados con la OA afecten negativamente la acumulación de arrecifes de coral (4), estas predicciones futuras se basan principalmente en la relación entre Ω y las tasas de calcificación de corales individuales o comunidades de arrecifes de coral [por ejemplo, (5, 6) tabla S3] y NEC [p. ej., (7) tabla S2]. Sin embargo, el impacto de OA en la acumulación neta de arrecifes de coral también depende de los efectos poco conocidos de OA en la disolución de CaCO de arrecifes de coral permeables.3 sedimentos, que se acumulan durante miles de años (8) y puede ser el principal repositorio de CaCO3 en los arrecifes de coral modernos9). Los estudios de modelado numérico, laboratorio, campo y mesocosmos han encontrado un aumento en CaCO3 disolución de sedimentos con Ω y pH (OA) decrecientes (10, 11).

En particular, varios estudios han planteado la hipótesis de que el CaCO3 la disolución puede responder más rápidamente a la OA que la calcificación del coral [por ejemplo, (2, 12, 13)]. Apoyando esta hipótesis, un estudio in situ reciente encontró que CaCO3 la disolución del sedimento aumentó en un orden de magnitud más que la calcificación disminuyó, por unidad de disminución en Ω (14). Sin embargo, el CaCO in situ3 Las mediciones de disolución de sedimentos solo se realizaron en un sitio en Heron Island, Australia, y se desconoce qué tan aplicables son los hallazgos a los arrecifes de coral a nivel mundial. Por ejemplo, CaCO3 La disolución de sedimentos de diferentes arrecifes de coral puede responder de manera diferente a OA debido a diferencias en el estado de saturación actual de la columna de agua y diferencias en las propiedades de los sedimentos como mineralogía, porosidad, permeabilidad, tamaño de grano, concentración de carbono orgánico y metabolismo, que en Los giros están controlados por factores como la luz, la profundidad y la hidrodinámica.

Medimos CaCO3 disolución de sedimentos utilizando 57 incubaciones individuales de cámara bentónica advectiva in situ en cinco ubicaciones de arrecifes en los océanos Pacífico y Atlántico (fig. S1). Las incubaciones se llevaron a cabo durante un ciclo diurno de luz y oscuridad, y cuatro de las incubaciones de los arrecifes se realizaron bajo control y a finales de siglo [alta presión parcial de CO2 (pagCO2), pH bajo] OA. Los cinco sitios cubrieron un rango de CaCO de columna de agua inicial3 estados de saturación y propiedades de los sedimentos como mineralogía, tamaño de grano, concentración de carbono orgánico y metabolismo (tabla S1).

Nuestros resultados muestran que CaCO3 La disolución de sedimentos en los cinco arrecifes de coral se correlaciona significativa y negativamente con el Ω promedioArkansas del coeficiente de determinación del agua de mar suprayacente [(r 2 ) = 0.49, PAG & lt 0,0001, norte = 57] (figura S2). El aumento de CaCO3 disolución de sedimentos con agua de mar decreciente ΩArkansas es consistente con otros estudios recientes de mesocosmos e in situ de ubicaciones únicas (10, 11, 14). El agua de mar ΩArkansas valor de

2.92 ± 0.16 (X intercepción) en la que la transición de sedimentos de precipitación neta a disolución neta (Fig.1) está muy por encima del valor de transición termodinámico esperado para aragonito (ΩArkansas = 1) y el estado de saturación de la calcita de Mg a granel promedio (13 a 15% en moles de MgCO3) que se encuentran en la mayoría de los arrecifes de coral (15). Esto puede explicarse por la interacción del estado de saturación del agua de mar a granel y los procesos metabólicos del agua intersticial (2). Ω mucho más bajoArkansas Los valores se encuentran típicamente en el agua intersticial de los sedimentos debido a la descomposición de la materia orgánica y la producción asociada de carbono inorgánico disuelto (16). Se ha planteado la hipótesis de que la descomposición de la materia orgánica disminuye el agua intersticial Ω hasta que se vuelve subaturada con respecto a la fase mineral de carbonato a granel más soluble presente, que luego comienza a disolverse en un punto llamado umbral crítico de carbonato (CCT) (17). Una mayor descomposición de la materia orgánica impulsa la disolución de los sedimentos carbonatados. Sin embargo, en los sedimentos carbonatados poco profundos, existe un fuerte ciclo diel en la fitosíntesis y la respiración, y la relación productividad / respiración de sedimentos integrada diaria puede conducir a la disolución o precipitación neta (2, 14). En nuestros experimentos, las cámaras bentónicas que contienen agua de mar acidificada (con mayor pagCO2 y menor ΩArkansas) (fig. S1) se colocaron sobre arenas carbonatadas para imitar la química del agua de mar de finales del siglo XXI, y esta agua de mar se advectó en las arenas carbonatadas permeables y se convirtió en la composición inicial del agua intersticial (2). En tales condiciones, se requiere menos descomposición de materia orgánica para alcanzar el CCT, dejando más CO respiratorio2 disponible para impulsar la disolución17). Es decir, para la misma cantidad de respiración de sedimentos, se producirá más disolución de carbonato cuando el agua de mar con un Ω más bajoArkansas es advectado en los sedimentos. Esta hipótesis está respaldada por los resultados de las incubaciones de la cámara de sedimentos in situ en condiciones controladas y elevadas. pagCO2 condiciones (10) pero no demuestra de manera inequívoca el mecanismo subyacente.

No altopagCO2 había tratamientos disponibles para las Islas Cook. Las barras de error representan el error estándar. Los sedimentos pasan de la precipitación neta a la disolución neta en agua de mar ΩArkansas valor de

2,92 ± 0,16 (intervalo de confianza de ± 95%). Los datos están en la tabla S5. [Foto superior de K. Fabricius, Instituto Australiano de Ciencias Marinas, y foto inferior de A. Andersson, Instituto Scripps de Oceanografía]

CaCO medio3 disolución de sedimentos para cada conjunto de control y altapagCO2 Los tratamientos en cada una de las cinco ubicaciones de los arrecifes también se correlacionan de manera significativa y negativa con el Ω promedioArkansas (r 2 = 0.94, PAG & lt 0,001, norte = 9) (Figura 1). En particular, no hay una diferencia significativa (Student's t prueba PAG & lt 0.01) en el metabolismo bentónico (producción / respiración) entre control y pagCO2 tratamientos en cualquiera de los sitios de arrecifes (fig. S3), con un aumento de la disolución impulsado solo por cambios en la química del agua de mar suprayacente (es decir, condiciones de OA). La disolución de sedimentos de carbonato en cada uno de los cuatro arrecifes tiene la misma respuesta al descenso del agua de mar ΩArkansas (aumento de agua de mar pagCO2), pero el impacto de OA en cada arrecife es diferente debido a las diferentes condiciones de partida (Fig.1). Por ejemplo, los sedimentos de carbonato en Hawai ya se están disolviendo netamente y se disolverán fuertemente a finales de siglo. Por el contrario, los sedimentos carbonatados en Tetiaroa tienen una fuerte precipitación neta y seguirán precipitándose netamente a finales de siglo. Los sedimentos de carbonato en Heron Island y Bermuda pasarán de la precipitación neta a la disolución neta a finales de siglo.

La transición de las arenas de los arrecifes de coral de la precipitación neta a la disolución neta ocurre cuando el agua de mar ΩArkansas alcanza 2,92 ± 0,16 (Fig. 1 y Fig. S1). Por lo tanto, las condiciones actuales del agua de mar de los arrecifes controlan el impacto que tendrá la OA en la acumulación neta de carbonatos de los arrecifes de coral. La química actual del carbonato del agua de mar (p. Ej., PH, ΩArkansas) de los arrecifes de coral está controlado por una combinación de agua de origen oceánico abierto y procesos biogeoquímicos e hidrodinámicos en el arrecife. Hay variaciones latitudinales y regionales en mar abierto ΩArkansas con, por ejemplo, arrecifes tropicales bañados en Ω más altosArkansas agua que los arrecifes de latitudes superiores18). La composición del agua de mar en mar abierto se modifica luego por la producción neta del ecosistema (NEP = fotosíntesis menos respiración autótrofa y heterótrofa) y NEC (19). A nivel mundial, se ha propuesto que el promedio pagCO2 de los arrecifes de coral ha aumentado 3,5 veces más rápido que en el océano abierto durante los últimos 20 años, probablemente debido al aumento de los aportes de nutrientes terrestres y materia orgánica (20). Por ejemplo, en la bahía de Kaneohe, Hawái, los sedimentos de carbonato actualmente se están disolviendo debido a la escasez de agua de mar del arrecife ΩArkansas (Fig.1) asociado con baja ΩArkansas fuente de agua7) y grandes aportes de nutrientes terrestres y materia orgánica (21, 22). Por el contrario, los sedimentos de carbonato en Tetiaroa tienen una fuerte precipitación neta debido al alto nivel de agua de mar del arrecife ΩArkansas (Fig.1) asociado con alta-ΩArkansas fuente de agua y muy probablemente poca o ninguna entrada de materia orgánica terrestre. Las entradas externas de materia orgánica son, por lo tanto, un control importante sobre la disolución y la acumulación neta asociada de los arrecifes de coral (2, 17).

CaCO3 La disolución de sedimentos en los cinco arrecifes es claramente muy sensible al OA con un cambio del 170% por unidad de cambio en el agua de mar ΩArkansas (Figuras 1 y 2). Este es un orden de magnitud mayor que los cambios predichos en la calcificación del coral debido a la OA. Por ejemplo, un metaanálisis reciente de la calcificación de coral mediada biológicamente solo mostró una reducción del 15% por unidad de cambio en el agua de mar ΩArkansas (Fig.2), o una reducción tan baja como del 10% si solo se consideraron los estudios que integraron tasas de calcificación claras y oscuras (23). El cambio de CaCO3 disolución de sedimentos por unidad de cambio en agua de mar ΩArkansas a través de los arrecifes individuales también es menos variable que la respuesta de la calcificación del coral por unidad de cambio en el agua de mar ΩArkansas en los estudios individuales (Fig. 2). Las diferencias en la respuesta de la disolución del sedimento de carbonato y la calcificación del coral a la OA probablemente reflejan diferencias en el proceso de calcificación mediado biológicamente en comparación con el proceso de disolución mediado geoquímicamente.

El cambio es de una línea de base ΩArkansas de 3,5 y, por lo tanto, todas las líneas se cruzan en ΩArkansas = 3,5 (100%). Las líneas finas son las medidas individuales y la línea gruesa es el promedio. La longitud de la línea es el ΩArkansas rango sobre el que se realizó el estudio. Los datos de calcificación de coral provienen de (23). Los datos de NEC son de la tabla S2.

La calcificación de coral ha mostrado respuestas taxonómicas específicas a la OA (24) probablemente debido a diferencias en características como el porcentaje de cobertura de tejido esquelético y la capacidad de regular el pH de los fluidos calcificantes (25, 26). Observaciones de que tanto los calcificadores cercanos a la costa como los de aguas profundas pueden vivir y calcificarse en condiciones termodinámicamente desfavorables [ΩArkansas & lt 1 (27, 28)] sugieren que la química del agua de mar es solo una parte de la ecuación y que los organismos pueden tener mecanismos y / o estrategias para hacer frente a los cambios previstos en la química del carbonato del agua de mar y podrían potencialmente adaptarse a la OA (5, 29). Por ejemplo, dado un suministro suficiente de nutrición y energía, muchos calcificadores se ven menos afectados negativamente por la OA (30). En contraste con la calcificación mediada biológicamente, el aumento de CaCO3 La disolución es principalmente una respuesta geoquímica a los cambios en la química del agua de mar y aumentará de acuerdo con las restricciones termodinámicas y cinéticas (Fig.3) (31, 32).

El promedio global actual (2010) ΩArkansas de agua del océano alrededor de los arrecifes se fijó en 3,3 (37), y el cambio anual medio en ΩArkansas se fijó en –0,01 (18). También se modelaron arrecifes teóricos con corales: coberturas de arena de 80:20, 60:40, 40:60, 20:80 y 5: 95% (líneas discontinuas). Los símbolos rojos son estimaciones globales de NEC para arrecifes de coral completos (109,6 mmol CaCO3 m −2 día −1) (círculo), un promedio de arrecifes de coral y lagunas de arrecifes de coral (41,1 mmol CaCO3 m −2 día −1) (triángulo) y lagunas de arrecifes de coral (21,9 mmol CaCO3 m −2 día −1) (cuadrado) (40).

Las predicciones futuras de los efectos de la OA en los arrecifes de coral se basan a menudo en la relación entre Ω promedioArkansas y NEC (ver tabla S2). En promedio, hay un 102% de cambio en el NEC por unidad de cambio en el agua de mar ΩArkansas (Fig. 2), que es más sensible que la calcificación de los corales (10 a 15%) pero menos sensible que la disolución de sedimentos carbonatados (170%). El orden de magnitud mayor respuesta de NEC en comparación con la calcificación de coral podría deberse en parte a que la disolución del sedimento es más sensible a la disminución de ΩArkansas y, por tanto, contribuyendo cada vez más a la disminución del NEC. Además, otros componentes de la comunidad bentónica de los arrecifes de coral como las algas coralinas crustosas y las macroalgas bentónicas calcáreas, que también son más sensibles a los cambios en ΩArkansas que los corales33, 34), también podría contribuir a una mayor respuesta de NEC. Consistente con esto es la respuesta más fuerte y la sensibilidad de la calcificación de toda la comunidad de arrecifes de coral a los cambios en ΩArkansas que el observado en estudios de organismos individuales [por ejemplo, (12, 35, 36)]. La respuesta altamente variable del NEC de los arrecifes individuales a los cambios en ΩArkansas probablemente refleja variaciones en la composición de las comunidades bentónicas, combinadas con la respuesta variable de las comunidades bentónicas individuales (es decir, sedimentos, corales, algas coralinas crustosas).

Una comprensión de los cambios absolutos en CaCO3 Se requiere producción y disolución (y pérdida física) a medida que el océano se acidifica para poder predecir la evolución futura de los arrecifes de coral (ver Ec. 1). Desarrollamos un modelo simple basado en relaciones empíricas entre Ω promedioArkansas and NEC, coral calcification, and sediment dissolution from reefs around the globe (Fig. 1 and tables S2 and S3) and predicted future changes in the open ocean ΩArkansas (18) to quantify changes in the CaCO3 production of coral reefs (see materials and methods for a detailed description of the model). Under present-day average tropical ocean ΩArkansas (3.3), coral reef sediments are net precipitating and coral calcification and NEC are positive (Fig. 3). However, the model shows there has already been on average a reduction in coral reef sediment precipitation from 18.1 to 4.3 mmol m −2 day −1 , a reduction in NEC from 210.7 to 78.5 mmol m −2 day −1 , and a reduction in coral calcification of 111.4 to 92.8 mmol m −2 day −1 since pre-industrial time when the average tropical ocean ΩArkansas era

4.5 (37). When the average tropical ocean ΩArkansas alcanza

2048, coral reef sediments will become net dissolving (Fig. 3). By 2082, global average coral reef NEC will become negative (i.e., net dissolving Fig. 3). By 2078 (ΩArkansas = 2.62), sediment dissolution will exceed the global average coral reef NEC (Fig. 3). For coral reefs with 5% coral cover and 95% sediment cover, probably a common future scenario with increasing coral cover loss, this transition to net dissolution will also occur in 2085 (ΩArkansas = 2.55) (Fig. 3).

The above model scenarios assumed a current average open ocean ΩArkansas of 3.3 for coral reefs. However, an analysis of 22 coral reefs (see also table S1) shows a wide range of ΩArkansas values, and therefore the timing of the transition to net dissolving will vary for individual reefs (Fig. 4). On average, four reefs already experience conditions that would promote net sediment dissolution, and by the end of the century, all but two reefs across the three ocean basins would on average experience sediment dissolution. The above model scenarios also assumed open ocean changes in ΩArkansas, but the average seawater carbonate chemistry conditions of coral reefs may be appreciably different because of changes in reef biogeochemical processes and inputs of terrestrial nutrient and organic matter (19, 20). One study suggests that the seawater pagCO2 on some reefs has increased up to 3.5 times faster than in the open ocean (20). Under this more rapid acidification scenario, coral reefs on average could transition to net sediment dissolution by the end of the decade (2020) (ΩArkansas = 2.92), and NEC will become negative by 2031 (ΩArkansas = 2.58). This study also has not included the effect of sea surface temperature increases on CaCO3 sediment dissolution. Although initial studies show a nonadditive effect of increased temperature and lowered ΩArkansas on CaCO3 sediment dissolution (38), little is known about these combined stressors. Bleaching and coral mortality will also most likely accelerate the breakdown of coral reefs (39), making more sediment and organic matter available for dissolution.

The dashed line at ΩArkansas 2.92 shows when the reef sediments will transition to net dissolving. The 2010, 2050, and 2100 predictions were calculated with the average annual open ocean change in ΩArkansas of –0.01, but with average actual ΩArkansas starting values for each reef for the year the data were collected. These calculations ignore the minor nonlinear behavior of ΩArkansas in response to rising CO2 over the range modeled. The box plot red square is the mean the horizontal line in the box is the median the upper and lower box are the 75 and 25 percentiles, respectively and the top and bottom whiskers are the 90 and 10 percentiles, respectively.

A transition to net sediment dissolution will result in loss of material for building shallow reef habitats such as reef flats and lagoons and associated coral cays (2). However, it is unknown if the whole reef will erode once the sediments become net dissolving, as the corals will still calcify (Fig. 3), and the framework may still accrete. It is also unknown if reefs will experience catastrophic destruction once they become net eroding, or if they will slowly erode, driven by organic matter input and OA (17).


Saving the Oceans Through Law: The International Legal Framework for the Protection of the Marine Environment

The oceans provide many vital ecosystem services for humankind, but the health of the world’s seas is in serious decline. The protection of the marine environment has emerged as one of the most pressing challenges for the international community. An effective solution depends upon the cooperation of all states towards achieving agreed objectives. International law plays a vital role in this process. This book provides a critical assessment of the international legal instruments that have been negotiated for the protection of the marine environment and identifies key trends in global ocean governance. Starting with a detailed analysis of the United Nations Convention on the Law of the Sea, the book explains and evaluates the main global and regional treaties and related instruments that seek to prevent, reduce, and control damage to the marine environment caused by navigation, seabed exploitation, fishing, dumping, geo-engineering, and land-based activities, as well as emerging pressures such as ocean noise, ocean acidification, and climate change. The book demonstrates how international institutions have expanded their mandates to address a broader range of marine environmental issues and to promote an ecosystems approach to regulation. It also discusses the development of diverse regulatory tools to address anthropogenic impacts on the marine environment and the extent to which States have adopted a precautionary approach in different maritime sectors. Whilst many advances have been made, the book highlights the need for greater coordination between international institutions, as well as the desirability of developing stronger enforcement mechanisms for international environmental rules.


SIXTH EXTINCTION: Present and Future?

In the 1990s, paleontologist and famed conservationist Richard Leakey warned that human activity was causing a “sixth extinction.” In the decades since Leakey’s observation, with piles of new supporting evidence, many more researchers have signed on to the idea.

Across time and around the planet, extinctions of one or another individual species are always occurring. Known as the “background rate” and documented both historically and in the fossil record, these extinctions are like low-volume static compared with the sudden cymbal crash of a mass die-off. Determining extinction rates as they are unfolding is difficult, but a 2015 Science Advances study, using a range of conservative estimates, placed the current pace at up to 100 times the normal background rate.

Human activities are to blame, including population growth, increased resource consumption and climate change spurred by fossil fuel burning and the release of greenhouse gases.

In the journal PNAS in 2017, scientists concluded that focusing on species extinction may actually underrepresent the severity of what one team called “biological annihilation.” The global extinction of a species is, after all, just the final nail in the coffin.

The downward spiral begins with the destruction and fragmentation of habitat, and the introduction of invasive species and pathogens. The killing of individual members of a species through overhunting or poaching also takes its toll. Just ask any rhino, if you can find one. All of these activities can result, over time, in local extinctions known as extirpations. Even before global extinction of a species occurs, these extirpations reduce biodiversity and can destabilize ecosystems, leading to more extinctions.

As Leakey observed in his landmark 1995 book on the topic: “ Homo sapiens might not only be the agent of the sixth extinction, but also risks being one of its victims.”


Ver el vídeo: Ocean Acidification by the Alliance for Climate Education - With Captions (Diciembre 2022).