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La chimica dell’acidificazione degli oceani

 

Il termine acidificazione degli oceani è usato per descrivere il continuo aumento dell'acidità (diminuzione del pH dell'oceano) causato dall'oceano che assorbe una parte della CO2 atmosferica. Sebbene ciò possa essere considerato positivo in termini di riduzione dei livelli di CO2 nell'atmosfera e di riduzione degli impatti dei cambiamenti climatici, l'acidificazione degli oceani ha il potenziale di causare impatti diffusi e profondi sugli ecosistemi marini. L'acidificazione degli oceani, come i cambiamenti climatici, è una terribile conseguenza della vita in un mondo ad alta CO2 e per questo motivo, l'acidificazione degli oceani è stata soprannominata il "gemello malvagio dei cambiamenti climatici".

È stato stimato che tra il 1751 e il 1994, il pH superficiale delle acque oceaniche si sia abbassato da 8,25 a 8,14, con un corrispondente aumento della concentrazione di ioni H+.

Il processo di continua acidificazione delle acque oceaniche ha indubbiamente un effetto sulla catena alimentare collegata a queste acque e in particolare può influire sull’impiego dei carbonati, che porta allo scioglimento dei gusci calcarei delle conchiglie dei molluschi e del plancton calcareo, costituite da carbonato di calcio (CaCO3).

 

 

 

 

Quando la CO2 viene assorbita dall'acqua di mare, si verificano una serie di reazioni chimiche.

Per raggiungere l'equilibrio chimico, una parte della CO2 reagisce con l'acqua (H2O) per formare acido carbonico (H2CO3)

CO2 + H2O ↔ H2CO3

 L'acido carbonico, in quanto acido debole, si dissocia in ioni H+ e bicarbonato HCO3-1. A sua volta il HCO3-1 si dissocia in H+ e CO32-

Riassumendo, l’anidride carbonica è coinvolta in una serie di equilibri, quando si scioglie nell'acqua, essa dà luogo ad una serie di composti chimici: CO2 libera disciolta, acido carbonico (H2CO3), bicarbonato (HCO3) e carbonato (CO32-). Il rapporto tra questi composti dipende da vari fattori tra cui la temperatura e l'alcalinità dell'acqua.

L'acqua di mare è naturalmente saturata con dallo ione carbonato (CO32-) che agisce come un antiacido per neutralizzare lo ione H+, formando più bicarbonato. Man mano che gli ioni carbonato si esauriscono, l'acqua di mare diventa sottosatura rispetto a due minerali di carbonato di calcio, l'aragonite e la calcite, che molti organismi marini usano per costruire i loro gusci e scheletri.

 

 

 

 

La profondità di compensazione dei carbonati

 La profondità nelle acque oceaniche (CCD) indica la profondità al di sotto della quale il tasso di accumulo della calcite (la forma più comune del carbonato di calcio) è inferiore al suo tasso di solvatazione e pertanto la calcite viene disciolta nell'acqua.

Il livello attuale della CCD nell'Oceano Pacifico è situato attorno a 4.200-4.500 metri, nella parte temperata e tropicale dell'Oceano Atlantico si posiziona attorno ai 5.000 m

Il carbonato di calcio è sostanzialmente insolubile nelle acque di superficie che sono in genere soprasature in calcite. I gusci calcarei del plancton morto tendono pertanto a cadere lungo la colonna d'acqua marina e ad adagiarsi sul fondo oceanico rimanendo sostanzialmente inalterati, per lo meno fino a quando raggiungono il lisoclino, il livello al quale la solubilità del carbonato comincia ad aumentare in modo considerevole.

Un ulteriore aumento della profondità porta al completo dissolvimento dei gusci carbonatici secondo la seguente equazione:

CaCO3 + CO2 + H2O ↔ Ca2+(aq) + 2 HCO3-(aq)

 

Il valore effettivo della CCD dipende dal livello di solubilità del carbonato di calcio, che a sua volta è funzione della temperatura, della pressione, della composizione chimica dell'acqua e della sua acidità, data in particolare dalla quantità di CO2 disciolta nell'acqua.

La solubilità del carbonato in acqua aumenta con la pressione e al diminuire della temperatura; inoltre aumenta all'aumentare della concentrazione di CO2 disciolta. Infatti nell'equazione precedente un aumento dell'anidride carbonica tende a spostare verso destra l'equilibrio della reazione, producendo più Ca2+ e HCO3- a scapito di CO2 e carbonato di calcio, secondo il principio di Le Châtelier dell'equilibrio chimico.

La variazione della profondità della CCD è collegata al periodo di tempo intercorso da quando le acque di profondità sono state esposte alla superficie; questo periodo viene chiamato "età della massa d'acqua". Per questo la CCD è in media più profonda nell'Atlantico, più superficiale nel Pacifico e intermedia nell'Oceano Indiano.

 

 

Questa figura mostra la correlazione tra l'innalzamento dei livelli di anidride carbonica nell'atmosfera a Mauna Loa (rosso) con i crescenti livelli di CO2 disciolti nell'oceano nella vicina Stazione Aloha (blu), e il conseguente aumento di acidità dell'oceano visto come una diminuzione del pH dell'oceano (verde). Il riscaldamento globale da CO2 provoca un doppio colpo agli oceani perché non solo riscalda l'oceano assorbendo parte dell'aumento della temperatura atmosferica, ma assorbe anche circa un terzo dell'aumento di CO2, che reagisce con l'acqua per produrre acido carbonico. Quindi, gli oceani aiutano a ridurre la CO2 atmosferica e rallentare il riscaldamento globale, ma con conseguenze negative importanti per la chimica e la biologia degli oceani.

 

 

Le conseguenze sull'ecosistema

Le conseguenze negative dell'acidificazione delle acque sull'ecosistema marino sono molteplici. A farne le spese, ad esempio, sono le barriere coralline la cui sopravvivenza è già messa a rischio dal fenomeno dello sbiancamento che ne certifica la morte. Le barriere coralline sono l'habitat di almeno un quarto di tutte le specie marine note. L'aumento delle acidità rende più difficile la costruzione dello scheletro di queste piante, rallentandone la crescita e rompendo gli equilibri dell'ecosistema.

Altra conseguenza è la riduzione dei livelli di ioni carbonato, sali essenziali per la costruzione di scheletri e gusci calcarei di molti organismi marini tra cui molluschi e crostacei. Tra i soggetti a rischio anche le comunità di plancton, alcune delle quali sono in grado di esercitare la fotosintesi (fitoplancton), producendo il 50% dell’ossigeno che respiriamo. Il fitoplancton è anche il nutrimento principale dello zooplancton - ovvero la parte del plancton costituita da animali marini - che, a sua volta, è l'alimento principale di organismi più complessi come le balenottere. Da non trascurare, poi, le conseguenze sulle risorse ittiche, già in stato piuttosto critico.

Il riscaldamento globale da CO2 provoca un doppio colpo agli oceani perché non solo riscalda l'oceano assorbendo parte dell'aumento della temperatura atmosferica, ma assorbe anche circa un terzo dell'aumento di CO2, che reagisce con l'acqua per produrre acido carbonico. Quindi, gli oceani aiutano a ridurre la CO2 atmosferica e rallentare il riscaldamento globale, ma con conseguenze negative importanti per la chimica e la biologia degli oceani.

Molte creature nell'oceano richiedono un intervallo abbastanza ristretto di temperatura e/o pH per sopravvivere. Un oceano in riscaldamento fa muovere le creature che possono muoversi, come le meduse, verso nord in acque più fredde e quelle che non possono muoversi, come i coralli, a morire di stress termico. 

 

 

 

 

 


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