La acidificación de los océanos

Un 25 – 30 % de las emisiones de CO₂ a la atmósfera van a los océanos. Es decir, de las más de 30.000 millones de toneladas de CO₂ emitidas anualmente a la atmósfera, del orden de unos 10.000 millones se disuelven en los océanos.

El CO₂ disuelto en el agua reacciona con ésta, dando lugar a un ión H⁺ y a un ión bicarbonato HCO₃^- , según la reacción

CO₂ + H₂O = H⁺ + HCO₃^-

En el agua del mar, los ión H+ formados en la reacción anterior reaccionan con los iones carbonato CO₃⁼ existentes en el agua (provenientes de la meteorización de las rocas), dando lugar a otro ión bicarbonato

H⁺ + CO₃⁼ = HCO₃^-

La reacción global es, pues

CO₂ + CO₃⁼ + H₂O = 2 HCO₃^-

Esta reacción no es completa, ya que el equilibrio entre el CO₂ disuelto los iones carbonato y bicarbonato se sitúa, en las condiciones del Atlántico Norte, aproximadamente en un 90 % de bicarbonato, un 9 % de carbonato y un 1 % de CO₂ disuelto. Al no ser completas, se produce un aumento de los iones H⁺ en el agua del mar, lo que se conoce como acidificación de los océanos. La concentración total de los tres es del orden de 2 × 10^-3 mol/kg.

El pH mide la acidez del agua. Desde el inicio de la revolución industrial se estima que el pH del océano ha disminuido en 0,11, desde un pH inicial de 8,18. Puede parecer poco, pero, al ser el pH una función logarítmica, el incremento de los iones H⁺ en el agua de los océanos ha crecido un 29 %. Se calcula que, de seguir emitiendo CO₂ a la atmósfera al ritmo actual, en el año 2100 el pH se habrá reducido de 0,3 a 0,4, lo que equivale a un aumento del 100 al 150 % de la concentración de iones H⁺.

Como buena parte de los organismos marinos necesitan calcificarse para existir, y un aumento del pH debido a la disolución de CO₂ en el agua de los océanos conduce a una disminución de la concentración de iones carbonato, puede llegar un momento en que no haya suficientes iones carbonato para la calcificación de los organismos. Esto se produce cuando la concentración de iones carbonato no esté sobresaturada.

En algunas zonas de las aguas árticas y antárticas, donde se disuelve una mayor cantidad de CO₂ en el agua, al estar ésta más fría, ya se ha alcanzado un nivel de concentración de iones carbonato inferior al de la concentración saturada, y ya se están empezando a encontrar pequeñas criaturas con indicios de disolución de sus caparazones cálcicos.

Pero la calcificación no es el único proceso que puede verse alterado por la acidificación de los océanos, ya que el aumento de la concentración de CO₂ disuelto tiene el potencial de alterar la fisiología básica de cualquier organismo marino. Todos los organismos producen CO₂ al respirar. Y tienen que desembarazarse de este CO₂ para prevenir su propia acidificación. Nosotros tenemos unos mecanismos muy buenos para librarnos de este CO₂, pero no todos los animales respiran del mismo modo que nosotros, y muchos de ellos tienen sistemas para desembarazarse del CO₂ peores que el nuestro.

Los cangrejos, por ejemplo, se mueven mucho y producen, por tanto, mucho CO₂. Se libran de él mediante la generación de bicarbonato en sus células.  Otros animales más sedentarios, como las lapas, no tienen sistemas tan sofisticados como los cangrejos para eliminar el CO₂ que producen, ya que por su baja actividad producen poco. Este tipo de organismos es mucho más propicio a tener acidosis con una acidificación de los océanos.

La reproducción de los pequeños animales marinos es especialmente sensible a la acidificación de los océanos, ya que muchos huevos son fertilizados por el esperma en el agua. Al ser, tanto huevos como esperma, de tamaño muy reducido, son muy sensibles a las condiciones químicas del agua.

Otra fase del desarrollo de los invertebrados sensible a la acidificación es su fase larval, en la que desarrollan pequeños esqueletos de carbonato de calcio que les permiten nadar correctamente y, por consiguiente, poder comer. En las condiciones de pH que se esperan para fin de siglo, es muy probable que habrá menos larvas que podrán desarrollar este miniesqueleto, por lo que, al no poder alimentarse, no llegarán a convertirse en animales adultos.

Por todas estas razones, la acidificación de los océanos se conoce como el gemelo “malvado” del cambio climático.

La huella de carbono

Acabo de calcular mi huella de carbono y me sale que es de 6,6 toneladas de CO2 por año. En España el promedio es de 7,7 toneladas por año y por persona y en los países industrializados es de 11. Como en el mundo hay 7.000 millones de habitantes y se emiten unas 34.500 millones de toneladas de CO2, la huella de carbono media es de 4,9 toneladas por cabeza.

Dicen los expertos que, para que el aumento de la temperatura no sobrepase 2 ºC, las emisiones de CO2 han de reducirse un 60 % para el año 2050. Para entonces el planeta tendrá 9.000 millones de habitantes, por lo que la huella de carbono media debería reducirse hasta 1,5 toneladas de CO2 por barba.

Para calcular la huella de carbono se puede hacer aquí.

¿Por qué la capa de hielo de la Antártida Occidental es peligrosa si aumentan las temperaturas?

El aumento de las temperaturas podría tener consecuencias catastróficas en la Antártida Occidental, ya que podría llegar a provocar un colapso de su capa de hielo. Esto se debe a que gran parte de la capa de hielo de la Antártida Occidental tiene una base que se encuentra bajo el nivel del mar, por lo que se puede considerar una capa de hielo marino. La Antártida Occidental tiene actualmente la capa de hielo marino más grande del mundo. Hay porciones de la capa de hielo de Groenlandia y de la Antártida Oriental que también son capas de hielo marino, pero tienen batimetrías menores que la Antártida Occidental. La capa de hielo es estable fundamentalmente debido a que sus plataformas de hielo hacen de contrafuertes, lo que frena su movimiento.

En la figura siguiente se ve el perfil del suelo y de la capa de hielo de la Antártida. Se puede ver claramente la diferencia entre la capas de hielo de la Antártida Oriental y Occidental. Están separadas por las montañas Transantárticas, de 2000 metros de altura. La capa de hielo de la Antártida Oriental tiene un espesor mucho mayor que la de la Antártida Occidental.

El BEDMAP 2 muestra cómo el espesor del hielo en el continente Antártico es variable, con poco espesor sobre las montañas y mayor espesor de hielo sobre la Antártida oriental. La sección transversal muestra cómo la base de la placa de hielo del Antártico occidental queda bajo el nivel del mar.

En la siguiente figura se muestra cómo, en primer lugar, la capa de hielo de la Antártida Occidental tiene su base bajo el nivel del mar. En segundo lugar, también muestra que tanto la capa de hielo del oeste como la del el este de la Antártida tienen agua (lagos y canales) en su base. Finalmente, se puede ver la topografía del lecho rocoso de la Antártida y como se vería el continente antártico si se elimina todo el hielo. Nótese como la Antártida Occidental se convierte en una serie de islas.

 En definitiva, una de las causas más importantes de la mayor inestabilidad de la capa de hielo de la Antártida Occidental respecto de la Oriental es que buena parte de su base se encuentra bajo el nivel del mar.

Una viñeta de El País

El pasado 17 de este mes, el periódico El País publicaba una viñeta de Ramón sobre el calentamiento de la zona polar del hemisferio norte y su posible relación con la serie de borrascas que han asolado la Gran Bretaña, la Bretaña y Galicia.

En una entrada de hace unos meses ya habíamos hablado del debilitamiento de las corrientes de chorro.

Las temperaturas de Groenlandia

Probablemente la mayor amenaza para la subida del nivel del mar sean los hielos de Groenlandia, que están perdiendo masa a un ritmo que se va acelerando.

En un comentario sobre este tema se dice que en los años 1940 las temperaturas de Groenlandia día fueron tan altas como las de ahora. Adjunto el gráfico de las temperaturas de verano hasta el año 2011, en las que parece que estos últimos años estas temperaturas han sido notablemente superiores a cualquiera desde que hace más de 150 años se tienen datos. Y esto que en el gráfico no está el año 2012, cuya temperatura fue, en verano, la más elevada de la serie histórica.

Anomalías de temperatura respecto a la media de 1951 a 1980

Como consecuencia de un verano extraordinariamente cálido, en el año 2012 la superficie de la capa de hielo de Groenlandia fundió en un 97%, cuando en un verano medio funde un 50% aproximadamente.

Extensión de la superficie fundida en la capa de hielo de Groenlandia el 8 de julio (izquierda) y el 12 de julio (derecha) de 2012. Las medidas de tres satélites mostraron que el 8 de julio, alrededor del 40 % de la capa de hielo se había deshelado en o cerca de la superficie. En unos pocos días, la fusión se había acelerado de manera espectacular y se estima que un 97 % de la superficie de la capa de hielo se había deshelado para el 12 de julio

Las anomalías de temperatura por zonas

GISS (Goddard Institute for Space Studies) publica las anomalías de temperatura por zonas desde el año 1880. Las figuras siguientes muestran las anomalías desde 1880 hasta 2013 correspondientes a diversas zonas. En ellos se muestra una línea con la media móvil de los últimos 5 años.

La anomalía global de los últimos años está en + 0,6 ºC (base 1951-1980), más o menos como las anomalías de la zona tropical (24ºS-24ºN) y de las zonas templadas (24ºN-44ºN y 24ºS-44ºS).

A partir de estas zonas, las anomalías del hemisferio norte crecen: la de la zona 44ºN-64ºN es de aproximadamente + 1ºC y la de la zona polar (64ºN-90ºN) de + 1,5ºC. En cambio, las mismas zonas del hemisferio sur tienen unas anomalías de temperatura mucho menores: de + 0,1 a +0,2 ºC para la zona 44ºS-64ºS y de + 0,5 a + 0,6 ºC en la zona polar (64ºS-90ºS).

Se ve claramente que las temperaturas han subido mucho más que la medial irnos alejando, en el hemisferio norte, de las zonas templadas. También podemos ver que, en la zona polar del hemisferio norte, la temperatura ha subido bastante más que en los años situados alrededor de 1940 (ver comentario de la entrada anterior).

El glaciar Jakobshavn

Leía hoy en el periódico La Vanguardia, en la página del tiempo, que "el glaciar Jacobshavn, que produjo el iceberg que hundió el Titanic en 1912, se mueve a un ritmo récord de 17 km al año. En diez años, ha elevado 1 mm el nivel del mar".

Este glaciar se encuentra en la costa oeste de Groenlandia y, efectivamente, su frente ha retrocedido mucho. De todos los glaciares de la isla, el Jakobshavn es el que más hielo ha perdido. Podemos ver esta pérdida en la foto, tomada desde el satélite Landsat el día 13 de octubre del año pasado, al final de la época de fusión del hielo. La línea verde indica el frente del glaciar en las mismas fechas a mediados de los 1980, la línea roja en 2000 y la línea de puntos amarilla la del 13 de octubre de 2013. El cambio de los últimos 13 años es espectacular, y es probablemente debido al calentamiento global del planeta.

Groenlandia es la isla más grande del mundo. El 80% de su superficie está cubierta por una capa de hielo enorme. La capa de hielo de Groenlandia se ha desarrollado durante muchos miles de años. Año tras año se van acumulando capas de nieve que poco a poco se comprimen para convertirse en hielo. La cúpula de hielo tiene actualmente de más de 3.000 metros de altura en la parte superior. La masa total de la capa de hielo es de unos 2.900.000 km³ (cada km³ de hielo tiene un peso de unos 1000 millones de toneladas, y es equivalente a 1 gigatonelada = 1 Gt; 100 Gt de hielo fundido hacen aumentar el nivel global del mar de 0,28 mm). Si esta masa de agua dulce congelada se llegara a derretir el nivel global del mar se elevaría unos 7 metros.

Hasta hace poco, esta masa estaba más o menos en un estado de equilibrio. Estar en equilibrio significa que la cantidad de nieve que cae sobre la superficie es igual a la masa de hielo que se derrite o que va al mar en forma de icebergs. Se calcula que la pérdida de masa de la capa de hielo desde 1840 hasta ahora es igual a una subida del nivel del mar de 25 mm . Esta pérdida de masa de hielo parece que se ha acelerado en los últimos decenios:

-         Las medidas tomadas por satélite muestran que en el período 1992-2000 la capa de hielo perdió 51 Gt por año, equivalentes a un aumento del nivel global del mar de 0,14 mm por año.

-         Durante el periodo 2005-2010, se perdieron 263 Gt de capa de hielo por año, equivalentes a 0,73 mm de aumento del nivel del mar cada año.

-         Durante el periodo 2008-2012 el promedio anual de pérdida de masa de hielo se ha incrementado a 367 Gt, equivalente a 1,0 mm anuales de elevación del nivel del mar.

-         La pérdida de masa de hielo del año 2012 estableció un nuevo récord, con unas 482 Gt, mientras que en 2013 esta pérdida ha disminuido un poco, y se situó en 334 Gt.

Una explicación de las grandes pérdidas de masa de hielo de estos últimos años se basa en las variaciones de los patrones del clima estacional en Groenlandia, influenciados por la Oscilación del Atlántico Norte (NAO). La NAO es un modelo regional de sistemas de alta y de baja presión que hacen que las zonas del oeste y del sur de la isla estén dominadas alternativamente por el aire frío que viene desde el norte (fase positiva) y por el aire caliente desde el sur (fase negativa). Durante una buena parte del año 2012, el índice NAO estuvo en fase negativa y creó una situación con un aire más cálido y unos cielos más claros. La fase negativa ha sido menos frecuente durante el año 2013.

También influye en la aceleración de la fusión de la capa de hielo de Groenlandia que las temperaturas de verano en el Ártico de las últimas dos décadas son más altas que en cualquier momento de los últimos 2,000 años. Las temperaturas medias anuales medidas desde el año 2005 son las más altas desde que las medidas comenzaron en 1873. Este aumento de las temperaturas en la zona norte del planeta es casi seguro que es debida al aumento de la concentración de gases invernadero en la atmósfera.

Pero también han estado subiendo las temperaturas del mar, y esto es muy probablemente la explicación de por qué la descarga de hielo de los glaciares que terminan en la orilla del mar, como el Jacobshavn , haya acelerado .

La fusión acelerada de la capa de hielo de Groenlandia es preocupante para los que vivimos al borde del mar. No pasará nada grave en los próximos años, pero nuestros nietos, que ya han nacido, tendrán problemas cuando tengan la misma edad que nosotros tenemos ahora, si no los tienen antes, mientras continuemos quemado combustibles fósiles al ritmo que lo hacemos actualmente. En efecto, el Panel Intergubernamental para el Cambio Climático (IPCC), en su último informe publicado hace pocas semanas, afirma que, de seguir emitiendo CO₂ a la atmósfera como hasta ahora, el nivel del mar aumentará entre 50 cm y 1 metro de aquí al año 2100. Puede parecer poco, pero se comerá muchas playas de nuestras costas mediterráneas. Y, si acaso la temperatura en la zona polar del hemisferio norte aumentara de 3 ºC (algo muy probable, ya que es la zona del planeta que más se calienta con las emisiones de CO₂), Groenlandia entraría en una fase crítica de desaparición masiva de sus hielos, tanto por fusión como por vaciado al mar de sus glaciares, lo que haría aumentar mucho más el nivel del mar en pocas décadas y, probablemente, contribuiría a la reducción o desaparición de la corriente del Golfo, dando como resultado unos inviernos mucho más fríos en toda Europa.