El JOIDES Resolution parece un extraño híbrido entre una plataforma petrolífera y un buque de carga. En realidad, es un buque de investigación que los científicos oceánicos utilizan para extraer sedimentos del fondo marino. En 2003, en un viaje al Atlántico sudoriental, los científicos a bordo del JOIDES Resolution sacaron a relucir un botín especialmente llamativo.
Habían perforado los sedimentos que se habían formado en el fondo marino a lo largo de millones de años. El sedimento más antiguo de la perforación era blanco. Estaba formado por caparazones de carbonato de calcio de organismos unicelulares, el mismo tipo de material que compone los Acantilados Blancos de Dover. Pero cuando los científicos examinaron el sedimento que se había formado hace 55 millones de años, el color cambió en un parpadeo geológico.
«En medio de este sedimento blanco, hay un gran tapón de arcilla roja», dice Andy Ridgwell, científico de la Tierra de la Universidad de Bristol.
En otras palabras, las vastas nubes de criaturas con caparazón de los océanos profundos prácticamente habían desaparecido. Muchos científicos coinciden ahora en que este cambio fue causado por un drástico descenso del nivel de pH del océano. El agua de mar se volvió tan corrosiva que se comió las conchas, junto con otras especies con carbonato de calcio en sus cuerpos. Los océanos tardaron cientos de miles de años en recuperarse de esta crisis y los fondos marinos volvieron a ser rojos y blancos.
La arcilla que la tripulación del JOIDES Resolution desenterró puede ser una ominosa advertencia de lo que nos depara el futuro. Al arrojar dióxido de carbono al aire, estamos volviendo a acidificar los océanos.
El almacenamiento de CO2 en los océanos tiene un coste elevado: cambia la química del agua de mar.
Hoy, Ridgwell y Daniela Schmidt, también de la Universidad de Bristol, publican un estudio en la revista Natural Geoscience, en el que comparan lo que ocurría en los océanos hace 55 millones de años con lo que los océanos experimentan hoy. Su investigación corrobora lo que otros investigadores sospechan desde hace tiempo: La acidificación actual de los océanos es mayor y más rápida que cualquier cosa que los geólogos puedan encontrar en el registro fósil de los últimos 65 millones de años. De hecho, su velocidad y fuerza -Ridgwell estima que la acidificación actual del océano se está produciendo a un ritmo diez veces mayor que el que precedió a la extinción masiva de hace 55 millones de años- puede suponer el fin de muchas especies marinas, especialmente las que viven en las profundidades del océano.
«Se trata de un acontecimiento geológico casi sin precedentes», afirma Ridgwell.
Cuando los humanos quemamos combustibles fósiles, bombeamos dióxido de carbono a la atmósfera, donde el gas atrapa el calor. Pero gran parte de ese dióxido de carbono no permanece en el aire. En cambio, es absorbido por los océanos. Si no fuera por los océanos, los científicos del clima creen que el planeta sería mucho más cálido de lo que es hoy. Incluso con la absorción masiva de CO2 por parte de los océanos, la última década ha sido la más cálida desde que se iniciaron los registros modernos. Pero el almacenamiento de dióxido de carbono en los océanos puede tener un coste elevado: cambia la química del agua de mar.
En la superficie del océano, el agua de mar suele tener un pH de entre 8 y 8,3 unidades de pH. A modo de comparación, el pH del agua pura es de 7, y el ácido del estómago es de alrededor de 2. El nivel de pH de un líquido viene determinado por el número de átomos de hidrógeno con carga positiva que flotan en él. Cuantos más iones de hidrógeno haya, menor será el pH. Cuando el dióxido de carbono entra en el océano, disminuye el pH al reaccionar con el agua.
El dióxido de carbono que hemos introducido en la atmósfera desde la Revolución Industrial ha reducido el nivel de pH del océano en 0,1. Eso puede parecer minúsculo, pero no lo es. La escala de pH es logarítmica, lo que significa que hay 10 veces más iones de hidrógeno en un líquido de pH 5 que en uno de pH 6, y 100 veces más que en uno de pH 7. Como resultado, una caída de sólo 0,1 unidades de pH significa que la concentración de iones de hidrógeno en el océano ha subido aproximadamente un 30% en los últimos dos siglos.
Para ver cómo va a afectar la acidificación de los océanos a la vida en ellos, los científicos han realizado experimentos de laboratorio en los que crían organismos a diferentes niveles de pH. Los resultados han sido preocupantes, sobre todo para las especies que construyen sus esqueletos con carbonato cálcico, como los corales y los organismos parecidos a las amebas, llamados foraminíferos. El hidrógeno adicional en el agua de mar de bajo pH reacciona con el carbonato cálcico, convirtiéndolo en otros compuestos que los animales no pueden utilizar para construir sus caparazones.
Estos resultados son preocupantes, no sólo para las especies concretas que estudian los científicos, sino para los ecosistemas en los que viven. Algunas de estas especies vulnerables son cruciales para ecosistemas enteros en el océano. Los pequeños organismos que construyen conchas son el alimento de los invertebrados, como los moluscos y los peces pequeños, que a su vez son el alimento de los grandes depredadores. Los arrecifes de coral crean una selva subacuática que alberga una cuarta parte de la biodiversidad del océano.
Pero por sí solos, los experimentos de laboratorio que duran unos pocos días o semanas pueden no decir a los científicos cómo afectará la acidificación del océano a todo el planeta. «No es obvio lo que significan en el mundo real», dice Ridgwell.
Una forma de obtener más información es observar la historia de los propios océanos, que es lo que han hecho Ridgwell y Schmidt en su nuevo estudio. A primera vista, esa historia podría sugerir que no tenemos nada de qué preocuparnos. Hace cien millones de años, había más de cinco veces más dióxido de carbono en la atmósfera y el océano tenía 0,8 unidades de pH menos. Sin embargo, había mucho carbonato cálcico para los foraminíferos y otras especies. De hecho, fue durante este periodo cuando los organismos marinos constructores de conchas produjeron las formaciones de piedra caliza que acabarían convirtiéndose en los Acantilados Blancos de Dover.
Pero hay una diferencia crucial entre la Tierra de hace 100 millones de años y la actual. En aquel entonces, las concentraciones de dióxido de carbono cambiaron muy lentamente durante millones de años. Esos cambios lentos desencadenaron otros cambios lentos en la química de la Tierra. Por ejemplo, a medida que el planeta se calentaba por el aumento del dióxido de carbono, el incremento de las precipitaciones transportaba más minerales de las montañas al océano, donde podían alterar la química del agua del mar. Incluso con un pH bajo, el océano contiene suficiente carbonato cálcico disuelto para que los corales y otras especies puedan sobrevivir.
Hoy, sin embargo, estamos inundando la atmósfera con dióxido de carbono a un ritmo raramente visto en la historia de nuestro planeta. Las reacciones climáticas del planeta no podrán compensar el repentino descenso del pH durante cientos de miles de años.
Los científicos han buscado en el registro fósil períodos de la historia que puedan ofrecer pistas sobre cómo responderá el planeta a la actual sacudida de carbono. Han descubierto que hace 55 millones de años, la Tierra pasó por un cambio similar. Lee Kump, de la Universidad Estatal de Pensilvania, y sus colegas han calculado que unos 6,8 billones de toneladas de carbono entraron en la atmósfera de la Tierra a lo largo de unos 10.000 años.
Nadie puede asegurar qué desencadenó todo ese carbono, pero parece haber tenido un efecto drástico en el clima. Las temperaturas aumentaron entre 5 y 9 grados Celsius (9 a 16 Fahrenheit). Muchas especies de aguas profundas se extinguieron, posiblemente porque el pH del océano profundo se volvió demasiado bajo para que pudieran sobrevivir.
Pero esta antigua catástrofe (conocida como el máximo térmico del Paleoceno-Eoceno, o PETM) no fue una precuela perfecta de lo que está sucediendo en la Tierra hoy en día. La temperatura era más cálida antes de que estallara la bomba de carbono, y el pH de los océanos era más bajo. La disposición de los continentes también era diferente. Los vientos soplaban en diferentes patrones como resultado, impulsando los océanos en diferentes direcciones.
Todos estos factores marcan una gran diferencia en el efecto de la acidificación de los océanos. Por ejemplo, el efecto que un pH bajo tiene sobre los organismos que forman el esqueleto depende de la presión y la temperatura del océano. Por debajo de cierta profundidad en el océano, el agua se vuelve tan fría y la presión tan alta que no queda carbonato cálcico para los organismos que construyen el esqueleto. Ese umbral se conoce como el horizonte de saturación.
Nuestra civilización alimentada por el carbono está afectando a la vida en todas partes de la Tierra, incluso en las profundidades del agua.
Para hacer una comparación significativa entre el PETM y la actualidad, Ridgwell y Schmidt construyeron simulaciones a gran escala del océano en ambos momentos. Crearon una versión virtual de la Tierra hace 55 millones de años y dejaron que la simulación funcionara hasta alcanzar un estado estable. El nivel de pH de su océano simulado estaba dentro del rango de estimaciones del pH del océano real de hace 55 millones de años. A continuación, construyeron una versión de la Tierra moderna, con la disposición actual de los continentes, la temperatura media y otras variables. Dejaron que el mundo moderno alcanzara un estado estable y luego comprobaron el pH del océano. Una vez más, coincidió con el pH real encontrado en los océanos hoy en día.
Ridgwell y Schmidt entonces sacudieron ambos océanos simulados con inyecciones masivas de dióxido de carbono. Añadieron 6,8 billones de toneladas de carbono durante 10.000 años a su mundo PETM. Utilizando proyecciones conservadoras de las futuras emisiones de carbono, añadieron 2,1 billones de toneladas de carbono a lo largo de unos pocos siglos a su mundo moderno. A continuación, Ridgwell y Schmidt utilizaron el modelo para estimar la facilidad con la que se disolvería el carbonato a diferentes profundidades del océano.
Los resultados fueron sorprendentemente diferentes. Ridgwell y Schmidt descubrieron que la acidificación de los océanos se produce hoy unas diez veces más rápido que hace 55 millones de años. Y mientras que el horizonte de saturación se elevó a 1.500 metros hace 55 millones de años, se tambaleará hasta los 550 metros de media en 2150, según el modelo.
El PETM fue lo suficientemente potente como para desencadenar extinciones generalizadas en los océanos profundos. Los cambios actuales en el océano, más rápidos y de mayor envergadura, podrían provocar una nueva ola de extinciones. Los paleontólogos no han encontrado signos de grandes extinciones de corales u otras especies basadas en el carbonato en las aguas superficiales alrededor del PETM. Pero como la acidificación actual del océano es mucho más fuerte, puede afectar también a la vida en aguas poco profundas. «No podemos decir cosas con seguridad sobre los impactos en los ecosistemas, pero hay muchos motivos de preocupación», dice Ridgwell.
Ellen Thomas, paleoceanógrafa de la Universidad de Yale, dice que el nuevo trabajo «es muy significativo para nuestras ideas sobre la acidificación del océano». Pero señala que la vida en el océano se vio sacudida por algo más que el descenso del pH. «No estoy convencida de que sea la respuesta completa», dice. La temperatura del océano aumentó y los niveles de oxígeno descendieron. Todos estos cambios tuvieron efectos complejos en la biología del océano hace 55 millones de años. Los científicos tienen que determinar ahora qué tipo de efecto combinado tendrán en el océano en el futuro.
Nuestra civilización alimentada por el carbono está afectando a la vida en todas partes de la Tierra, según el trabajo de científicos como Ridgwell, incluso a la vida que habita a miles de metros bajo el agua. «El alcance de nuestras acciones puede ser realmente global», dice Ridgwell. Es totalmente posible que los sedimentos oceánicos que se formen en los próximos siglos pasen del blanco del carbonato cálcico a la arcilla roja, a medida que la acidificación del océano acabe con los ecosistemas de las profundidades.
«Dará a la gente, dentro de cientos de millones de años, algo por lo que identificar nuestra civilización», dice Ridgwell.