Un equipo internacional de investigadores ha hecho sonar nuevas alarmas sobre la química cambiante de la región occidental del Océano Ártico después de descubrir que los niveles de acidez aumentan de tres a cuatro veces más rápido que las aguas oceánicas en otros lugares.

El equipo, que incluye al experto en química marina de la Universidad de Delaware Wei-Jun Cai, también identificó una fuerte correlación entre la tasa acelerada de derretimiento del hielo en la región y la tasa de acidificación del océano, una combinación peligrosa que amenaza la supervivencia de plantas, mariscos, arrecifes de coral y otra vida marina y procesos biológicos en todo el ecosistema del planeta.

El nuevo estudio, publicado el jueves 30 de septiembre en Science, la revista insignia de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia, es el primer análisis de la acidificación del Ártico que incluye datos de más de dos décadas, que abarcan el período de 1994 a 2020..

Los científicos han predicho que para 2050, si no antes, el hielo marino del Ártico en esta región ya no sobrevivirá a las estaciones de verano cada vez más cálidas. Como resultado de este retroceso del hielo marino cada verano, la química del océano se volverá más ácida, sin una capa de hielo persistente que frene o mitigue el avance.

Eso crea problemas que amenazan la vida de la población enormemente diversa de criaturas marinas, plantas y otros seres vivos que dependen de un océano saludable para sobrevivir. Los cangrejos, por ejemplo, viven en un caparazón crujiente construido a partir del carbonato de calcio que prevalece en el agua del océano. Los osos polares dependen de poblaciones saludables de peces para alimentarse, los peces y las aves marinas dependen del plancton y las plantas, y los mariscos son un elemento clave de la dieta de muchos humanos.

Eso hace que la acidificación de estas aguas distantes sea un gran problema para muchos de los habitantes del planeta.

Primero, un curso rápido de actualización sobre los niveles de pH, que indican qué tan ácido o alcalino es un líquido determinado. Cualquier líquido que contenga agua se puede caracterizar por su nivel de pH, que va de 0 a 14, siendo el agua pura considerada neutra con un pH de 7. Todos los niveles inferiores a 7 son ácidos, todos los niveles superiores a 7 son básicos o alcalinos, con cada paso completo representa una diferencia de diez veces en la concentración de iones de hidrógeno. Los ejemplos del lado ácido incluyen ácido de batería, que se registra a pH 0, ácido gástrico (1), café negro (5) y leche (6.5). Inclinándose hacia lo básico están la sangre (7,4), el bicarbonato de sodio (9,5), el amoníaco (11) y el limpiador de desagües (14). El agua de mar es normalmente alcalina, con un valor de pH de alrededor de 8,1.

Cai, profesora Mary AS Lighthipe en la Escuela de Ciencias y Políticas Marinas de la Facultad de Tierra, Océano y Medio Ambiente de la UD, ha publicado una importante investigación sobre la química cambiante de los océanos del planeta y este mes completó un crucero desde Nueva Escocia a Florida, sirviendo como científico jefe entre los 27 a bordo del buque de investigación. El trabajo, apoyado por la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), incluye cuatro áreas de estudio : la costa este, el golfo de México, la costa del Pacífico y la región de Alaska/Ártico.

El nuevo estudio en Science incluyó al investigador postdoctoral de la UD, Zhangxian Ouyang, quien participó en un viaje reciente para recopilar datos en el Mar de Chukchi y la Cuenca de Canadá en el Océano Ártico.

El primer autor de la publicación fue Di Qi, que trabaja con institutos de investigación chinos en Xiamen y Qingdao. También colaboraron en esta publicación científicos de Seattle, Suecia, Rusia y otros seis sitios de investigación chinos.

«No puedes ir solo», dijo Cai. «Esta colaboración internacional es muy importante para recopilar datos a largo plazo sobre una gran área en el océano remoto. En los últimos años, también hemos colaborado con científicos japoneses, ya que acceder al agua del Ártico fue aún más difícil en los últimos tres años debido a COVID- 19. Y siempre tenemos científicos europeos participando».

Cai dijo que tanto él como Qi estaban desconcertados cuando revisaron juntos los datos del Ártico por primera vez durante una conferencia en Shanghái. La acidez del agua aumentaba de tres a cuatro veces más rápido que las aguas del océano en otros lugares.

Eso fue realmente impresionante. Pero ¿por qué estaba pasando?

Cai pronto identificó al principal sospechoso : el aumento del derretimiento del hielo marino durante la temporada de verano del Ártico.

Históricamente, el hielo marino del Ártico se ha derretido en regiones marginales poco profundas durante las estaciones de verano. Eso comenzó a cambiar en la década de 1980, dijo Cai, pero aumentó y disminuyó periódicamente. En los últimos 15 años, el derretimiento del hielo se ha acelerado, avanzando hacia la profunda cuenca del norte.

Durante un tiempo, los científicos pensaron que el hielo derretido podría proporcionar un «sumidero de carbono» prometedor, donde el dióxido de carbono de la atmósfera sería absorbido por las aguas frías y hambrientas de carbono que habían estado ocultas bajo el hielo. Esa agua fría contendría más dióxido de carbono que las aguas más cálidas y podría ayudar a compensar los efectos del aumento de dióxido de carbono en otras partes de la atmósfera.

Cuando Cai estudió por primera vez el Océano Ártico en 2008, vio que el hielo se había derretido más allá del mar de Chukchi en la esquina noroeste de la región, hasta la cuenca de Canadá, mucho más allá de su rango típico. Él y sus colaboradores descubrieron que el agua dulce de deshielo no se mezclaba con aguas más profundas, lo que habría diluido el dióxido de carbono. En cambio, el agua superficial absorbió el dióxido de carbono hasta que alcanzó aproximadamente los mismos niveles que en la atmósfera y luego dejó de recolectarlo. Informaron este resultado en un artículo en Science en 2010.

Sabían que eso también cambiaría el nivel de pH de las aguas del Ártico, reduciendo los niveles alcalinos del agua de mar y reduciendo su capacidad para resistir la acidificación. ¿Pero cuanto? ¿Y qué tan pronto? Les tomó otra década recopilar suficientes datos para llegar a una conclusión sólida sobre la tendencia de acidificación a largo plazo.

Al analizar los datos recopilados desde 1994 hasta 2020, la primera vez que fue posible una perspectiva a largo plazo, Cai, Qi y sus colaboradores encontraron un aumento extraordinario en la acidificación y una fuerte correlación con la tasa creciente de derretimiento del hielo.

Señalan que el derretimiento del hielo marino es el mecanismo clave para explicar esta rápida disminución del pH, porque cambia la física y la química del agua superficial de tres formas principales:

  • El agua debajo del hielo marino, que tenía un déficit de dióxido de carbono, ahora está expuesta al dióxido de carbono atmosférico y puede absorber dióxido de carbono libremente.
  • El agua de mar mezclada con agua de deshielo es ligera y no se puede mezclar fácilmente con aguas más profundas, lo que significa que el dióxido de carbono tomado de la atmósfera se concentra en la superficie.
  • El agua de deshielo diluye la concentración de iones de carbonato en el agua de mar, debilitando su capacidad para neutralizar el dióxido de carbono en bicarbonato y disminuyendo rápidamente el pH del océano.

Cai dijo que se requiere más investigación para refinar aún más el mecanismo anterior y predecir mejor los cambios futuros, pero los datos hasta ahora muestran nuevamente los efectos dominó de gran alcance del cambio climático.

«Si todo el hielo de varios años se reemplaza por hielo del primer año, habrá una menor alcalinidad y una menor capacidad de amortiguación y la acidificación continuará», dijo. «Para 2050, creemos que todo el hielo desaparecerá en el verano. Algunos artículos predicen que eso sucederá para 2030. Y si seguimos la tendencia actual durante 20 años más, la acidificación del verano será muy, muy fuerte».

Nadie sabe exactamente qué le hará eso a las criaturas, las plantas y otros seres vivos que dependen de las aguas saludables del océano.

«¿Cómo afectará esto a la biología allí?» Cai preguntó. «Es por eso que esto es importante».