Il termine “acidificazione degli oceani” non è del tutto esatto; gli oceani stanno effettivamente diventando meno alcalini. Il pH dell’acqua marina superficiale è sceso da 8,2 a 8,1 (un pH di 7 è neutro) in poche centinaia di anni, dopo essere rimasto costante per milioni di anni. Un calo di 0,1 unità di pH può non sembrare molto, ma sulla scala logaritmica del pH si traduce in un aumento del 30% dell’acidità. Si prevede che il pH dell’acqua marina scenderà di altre 3 o 4 unità se i livelli di anidride carbonica raggiungeranno le 800 ppm – uno degli scenari previsti dall’Intergovernmental Panel on Climate Change entro il 2100 – aumentando i livelli di ioni idrogeno, H+, dal 100 al 150% (Orr et al., 2005). La Royal Society of Britain stima che ci potrebbero volere “decine di migliaia di anni” perché la chimica degli oceani ritorni ai livelli pre-industriali.
Una volta dissolta nell’acqua di mare, la CO2 reagisce con l’acqua, H2O, per formare acido carbonico, H2CO3: CO2 + H2O ↔ H2CO3. L’acido carbonico si dissolve rapidamente per formare ioni H+ (un acido) e bicarbonato, HCO3- (una base). L’acqua di mare è naturalmente satura di un’altra base, lo ione carbonato (CO3-2) che agisce come un antiacido per neutralizzare l’H+, formando più bicarbonato. La reazione netta assomiglia a questa: CO2 + H2O + CO3-2→ 2HCO3-
Quando lo ione carbonato si esaurisce, l’acqua di mare diventa insatura rispetto a due minerali di carbonato di calcio vitali per la costruzione delle conchiglie, aragonite e calcite. I modelli scientifici suggeriscono che gli oceani stanno diventando sottosaturi rispetto all’aragonite ai poli, dove le acque fredde e dense assorbono più facilmente l’anidride carbonica atmosferica. Ci si aspetta che l’Oceano meridionale diventi satura di aragonite entro il 2050, e il problema potrebbe estendersi all’Oceano Pacifico subartico entro il 2100 (Orr et al., 2005).
La saturazione di aragonite diminuisce alle alte latitudini. Credit: Kleypas et al., 2006.
Una piccola specie di zooplancton, lo pteropode, chiamato “farfalle di mare” per le ali gelatinose che usano per nuotare, potrebbe essere in pericolo. In un esperimento che ha immerso uno pteropode in acqua di mare con bassi livelli di aragonite, parte del guscio dell’organismo è stato eroso in soli due giorni (Orr et al., 2005).
Nel corso di centinaia di anni e più, lo ione carbonato nell’oceano viene reintegrato attraverso l’erosione chimica della roccia calcarea e degli animali morti, come gli pteropodi, che usano il carbonato di calcio per costruire i loro gusci. La formazione e la dissoluzione del carbonato di calcio dipende dallo stato di saturazione (Ω) dell’acqua, o dal prodotto ionico delle concentrazioni di calcio e carbonato. Il prodotto di solubilità nell’equazione, Ω = Ca2+ + CO3-2/K’sp, dipende da temperatura, salinità, pressione e dal particolare minerale. La formazione delle conchiglie avviene di solito quando Ω è maggiore di uno, mentre la dissoluzione avviene quando Ω è minore di uno.
Con un tempo sufficiente, il carbonato di calcio si dissolve in quantità sufficienti a riportare il pH degli oceani al suo stato naturale, il che potrebbe essere il motivo per cui il pH nel passato non è sceso così drammaticamente come gli alti livelli di anidride carbonica nel passato potrebbero suggerire.
C’è qualche indicazione che i livelli di ioni carbonato potrebbero crescere con il riscaldamento degli oceani, ma i modelli suggeriscono che questo compenserebbe solo il 10% della perdita di ioni carbonato dovuta all’acidificazione degli oceani (Orr et al, 2005).