Acidificação dos oceanos

A química

Quando o dióxido de carbono (CO2) é absorvido pelos oceanos, um conjunto de reacções químicas ocorrem que reduzem o pH dos oceanos, a concentração de iões carbonato e a saturação de estados de minerais de carbonato de cálcio importantes biologicamente. A este conjunto de reacções químicas chamamos de acidificação dos oceanos.

Os minerais de carbonato de cálcio são componentes essenciais de esqueletos e conchas de muitos animais marinhos. Nos locais onde existe mais diversidade destes organismos, a água do mar é bastante saturada em minerais de carbonato de cálcio, o que significa que os organismos marinhos têm maior disponibilidade para construírem as suas estruturas. No entanto, a continuada acidificação dos oceanos está a causar que em muitas áreas dos oceanos estão a tornar-se pouco saturadas com esses minerais, o que afecta a capacidade dos organismos de produzir e manter as suas conchas e esqueletos.

Desde o início da Revolução Industrial, o pH das águas superficiais dos oceanos desceu em 0.1 unidades de pH. Pode parece pouco, mas como a escala de pH é logarítmica, esta descida representa um aumento de aproximadamente de 30% da acidez.

As previsões indicam que os oceanos continuarão a absorver dióxido de carbono, aumentando ainda mais a acidez dos oceanos. As estimativas dos níveis futuros de dióxido de carbono, baseadas em cenários de emissão "business as usual", indicam que até ao fim do século as águas superficiais podem ter níveis de acidez 150% mais elevados. Uma situação que não se verifica há mais de 20 milhões de anos.

pH dos oceanos, concentração de dióxido de carbono nos oceanos e na atmosfera entre 1940 e 2010.
(Fonte: http://ocean.si.edu/ocean-photos/ocean-acidification-graph)

O processo

Podemos dividir o processo de acidificação dos oceanos em três fases. Na primeira fase o dióxido de carbono atmosférico é absorvido pelos oceanos. Na segunda fase, o dióxido de carbono reage com a água dos oceanos formando ácido carbónico (H2CO3) que resulta na diminuição do pH. Por último, os iões de hidrogénio libertados pelo ácido carbónico unem-se ao carbonato (CO3, 2-) para formar iões de bicarbonato (HCO3-). A concentração de carbonato desce, o que dificulta a formação de carbonato de cálcio por parte dos organismos marinhos.

Processo de acidificação dos oceanos.
(Fonte: http://www.oceanacidification.org.uk/)

Os impactos biológicos

A acidificação dos oceanos terá diferentes impactos nas espécies marinhas. As algas fotossintéticas e as ervas marinhas podem vir a beneficiar do aumento da concentração de CO2 nos oceanos, à semelhanças das plantas em terra. Por outro lado, os estudos mostram que a diminuição da concentração de carbonato de cálcio pode ter um efeito dramático em algumas espécies como as ostras, ameijoas, ouriços do mar, corais e plankton calcário. 

Dissolução de um molusco em condições de acidez no período de 45 dias.
(Fonte: https://coastadapt.com.au/ocean-acidification-and-its-effects)

Os impactos para a sociedade

As alterações nos ecossistemas marinhos terão consequências para as sociedades humanas, que dependem dos bens e serviços que estes ecossistemas fornecem. As implicações podem incluir a perda de receitas substanciais, perda de posto de trabalho e lares e outros custos económicos indirectos.

Os impactos socioeconómicos associados com o declínio destes serviços de ecossistema são a a diminuição da segurança alimentar, a diminuição da protecção costeira, a diminuição das receitas do turismo e a diminuição da capacidade de armazenamento de carbono e regulação do clima por parte dos oceanos.

Ilustração da diminuição da apanha de moluscos e as respectivas consequências económicas.
(Fonte: https://www.epa.gov/ocean-acidification/effects-ocean-and-coastal-acidification-ecosystems)

Fontes:

https://www.pmel.noaa.gov/co2/story/What+is+Ocean+Acidification%3F

https://oceanservice.noaa.gov/facts/acidification.html

http://www.noaa.gov/resource-collections/ocean-acidification

O nível das águas do mar está a subir

Em 2014, o IPCC (Painel Intergovernamental para as Alterações Climáticas) estimou que o nível médio das águas do mar irá provavelmente subir 40 a 60 centímetros até ao final do século. Entre 50 a 66% desta subida dever-se-à ao derretimento do gelo da Gronelândia. No entanto, este derretimento pode acelerar dependendo do ritmo de derretimento do gelo da Gronelândia e do Oeste da Antárctica à medida que as temperaturas aumentam, e produzir aumento do nível das águas do mar entre 0,9 a 2,0 metros.

Alteração do nível das águas do mar entre 1870 e 1990 (em milímetros).

Previsões do aumento do nível médio das águas do mar (em metros) até 2100.

O aumento do nível das águas do mar não será uniforme em todo o mundo, devido a factores como as correntes marítimas e os ventos. Até 2100, por exemplo, o nível das águas do mar do Bangladesh pode aumentar 4 metros.

De acordo com o IPCC, o aumento em 1 metro no nível das águas do mar durante este século pode ter as seguintes consequências (excluindo os efeitos resultantes de tempestades):

• Degradação ou destruição de pelo menos 1/3 dos estuários, zonas húmidas, recifes de corais e deltas do mundo.
• Perturbações na pesca costeira.
• Inundações de vastas áreas continentais.
• Inundações e erosão de ilhas de baixa altitude e zonas costeiras com baixo declive.
• Submersão de ilhas de baixa altitude no Oceano Índico, Oceano Pacífico e Mar das Caraíbas.
• Inundação de algumas das maiores cidades costeiras como Kolkata e Mumbai (Índia), Dhaka (Bangladesh), Guangzhou e Shangai (China), Ho Chi Minh City e Haiphong (Vietname), Rangoon (Birmânia) e Miami e Nova Iorque (Estados Unidos). O que pode levar à deslojamento de 150 milhões de pessoas.
• Contaminação dos aquíferos costeiros pela intrusão de água salgada, o que resulta na diminuição de água potável para irrigação e consumo.

Para além do derretimento do gelo das camadas de gelo na Gronelândia e na Antárctica ocidental, o nível das águas do mar também acontece devido ao derretimento de glaciares e gelo nos picos das montanhas e à expansão térmica dos oceanos. Esta última contribuiu em cerca de 38% para o aumento do nível médio das águas do mar entre 1972 e 2008.

Contribuições para o nível médio das águas do mar.

Fontes:

Living in the environment (G. Tyler Miller & Scott E. Spoolman)

https://www.nationalgeographic.com/environment/global-warming/sea-level-rise/

Os efeitos dos oceanos no aquecimento da atmosfera

Os oceanos têm desempenhado um papel chave em reduzir o ritmo do aquecimento atmosférico e das alterações climáticas. Os oceanos absorvem o dióxido de carbono da atmosfera como parte do ciclo de carbono e assim ajudam a moderar a temperatura média à superfície e o clima da Terra. Estima-se que os oceanos removem cerca de 25% do dióxido de carbono que é adicionado à atmosfera proveniente de actividades humanas. A maior parte deste dióxido de carbono absorvido pelos oceanos é armazenado em algas e vegetação marinhas e em recifes de coral e depois transferido para as profundezas dos oceanos, onde é enterrado nos compostos de carbono em sedimentos no fundo do oceano por centenas de milhões de anos.

Armazenamento do carbono nos oceanos
(Fonte: https://www.pmel.noaa.gov/co2/files/pmel-research.004_med.jpg)

Os oceanos também absorvem calor da camada mais baixa da atmosfera. De acordo com um estudo cerca de 90% do calor retido pela atmosfera resultante da poluição de gases com efeito de estufa desde os anos 70 que acabou nos oceanos. Isto levou ao aquecimento dos oceanos com as correntes oceânicas a levaram um terço do calor para as profundezas. Cerca de metade deste aquecimento ocorreu desde 1997.

Alteração da percentagem do conteúdo térmico global dos oceanos
(Fonte: http://www.carbonbrief.org/wp-content/uploads/2016/01/global-ocean-heat-content-change.png)

A capacidade dos oceanos de absorverem o dióxido de carbono diminui à medida que a temperatura aumenta. À medida que os oceanos aquecem, algum do dióxido de carbono é libertado para a atmosfera. De acordo com as medições científicas, a camada superior dos oceanos aqueceu entre 0.32 a 0.67ºC durante o último século - um número impressionante dado o volume de água envolvido - devido maioritariamente ao aquecimento da atmosfera.

A absorção de dióxido de carbono e calor pelos oceanos têm desacelerado o aquecimento e as alterações climáticas. Porém, isto têm resultado num problema sério e cada vez mais grave - a acidificação dos oceanos - que tem um efeito devastador nos ecossistemas marinhos.

Processo de acidificação dos oceanos
(Fonte: https://www.pmel.noaa.gov/co2/files/pmel-oa-imageee.jpg)

Fonte:

Living in the environment (G. Tyler Miller & Scott E. Spoolman)

Evolução das temperaturas nos últimos 100 anos

No início do século XX, a temperatura média global à superfície começou a subir. Desde 1900 até 1945, a temperatura média subiu quase 0,5ºC. Após esse período mais quente, a Terra começou a arrefecer ligeiramente durante os 25 anos seguintes. No final da década de 60 e nos anos 70, a tendência de arrefecimento terminou na maior parte do Hemisfério Norte. Em meados da década de 70 , iniciou-se uma tendência de aquecimento que continuou no século XXI. De facto, no Hemisfério Norte, a década de 90 foi a mais quente do século XX, sendo que os anos de 1998 e 2005 foram os mais quentes nos últimos 1000 anos. Este aumento da temperatura média no Hemisfério Norte durante o século XX aparenta ter sido o maior aumento de qualquer século nos últimos 1000 anos.

No entanto, este aquecimento médio do planeta não tem sido uniforme. O maior aquecimento ocorreu no Árctico e nas latitudes médias nos continentes no Inverno e Primavera. Noutras áreas não aqueceram nas recentes décadas como os oceanos do Hemisfério Sul e partes da Antarctica. Para além disso, a maior parte do aquecimento ocorreu durante o período nocturno. Esta situação aumentou a duração das épocas sem gelo em regiões de altas e médias latitudes, embora, nas últimas décadas, o aquecimento tem sido igualmente distribuído entre o dia e a noite.

As mudanças na temperatura do ar são calculadas a partir de três fontes: temperaturas do ar sobre a terra, temperatura do ar sobre os oceanos e a temperaturas à superfície dos oceanos. No entanto, existem algumas incertezas no registo das temperaturas. Por exemplo, durante este período as estações de registo mudaram de sítio, as técnicas de medição de temperatura têm variado e também as estações marinhas de observação são escassas.

Temperatura média global de Janeiro a Dezembro em terra e nos oceanos
(Fonte: https://www.ncdc.noaa.gov/sotc/service/global/global-land-ocean-mntp-anom/201501-201512.png)

Tendo isto em conta, o aquecimento durante o século XX foi de 0,6ºC. Durante as décadas passadas, este tendência para aquecimento não só tem continuado, como tem aumentado até aos 2ºC por século, com 12 dos anos mais quentes a ocorrerem após 1995. Este aumento de 0,6ºC pode parecer pequeno, mas as temperaturas a nível global não variaram mais do que 2ºC nos últimos 10000 anos.

A questão principal em relação ao aquecimento global é se este aquecimento se deve a causas naturais no sistema climático, se deve a actividades humanas ou se deve a uma combinação das duas?

Fonte:
Essentials of Meteorology, 6th Edition (C. Donald Ahrens)

Reconstrução de climas passados (parte 1)

Há 18.000 anos atrás a Terra atravessava um período frio, em que glaciares alpinos estendiam-se em vales de rios e glaciares continentais que cobriam vastas áreas da América do Norte e Europa. Os glaciares possivelmente avançaram 10 vezes nos últimos 2.5 milhões de anos. Nos períodos mais quentes, entre os avanços dos glaciares, as temperaturas médias eram ligeiramente superiores às de hoje. Levando mesmo alguns cientistas a afirmarem que ainda estamos numa era glacial, mas numa fase mais quente da mesma.

Extensão do gelo glacial há 18.000 anos
(Fonte: http://www.geocraft.com/WVFossils/PageMill_Images/lastgla_mod.gif)

Hoje os glaciares cobrem menos de 10% da superfície terrestre do planeta. A maioria deste gelo encontram-se está nas massas de gelo glaciar da Gronelândia e Antárctica e a sua acumulação ao longo do tempo tem permitido aos cientistas medir as alterações passadas do clima.

O estudo da evidência geológica desvendadas pelo avanço e recuo dos glaciares é um dos factores que sugere que o clima global sofreu mudanças lentas e contínuas. Para reconstruir climas passados, os cientistas têm de examinar e de forma cuidadosa unir as peças disponíveis. Infelizmente, estas provas apenas nos permitem ter um entendimento geral de como os climas passados eram.

Outra evidência de alteração climática global vem de amostras retiradas de sedimentos do fundo oceânico e de gelo da Gronelândia e Antárctica. Os sedimentos contêm restos de conchas de carbonato de cálcio que pertenceram a organismos que viveram perto da superfície. Dado que certos organismos podem viver dentro de um estreito intervalo de temperatura, a distribuição e o tipo de organismos dentro de um sedimento indica a temperatura da água à superfície.

Adicionalmente, o rácio dos isótopo do oxigénio das conchas permitiu obter informação sobre a sequência dos avanços dos glaciares. A maior parte do oxigénio presente na água salgada é composto por 8 protões e 8 neutrões no seu núcleo, o que resulta numa massa atómica de 16. No entanto, 1 em cada 1000 átomos de oxigénio contém 2 neutrões extra e portanto com uma massa atómica de 18. Quando a água dos oceanos evapora, o oxigénio mais pesado (18) tende a concentrar-se mais. Consequentemente, durante os períodos de avanços dos glaciares, os oceanos que contêm menos água, têm uma maior concentração de oxigénio 18. Dado que as conchas dos organismos marinhos são construídas a partir dos átomos de oxigénio existentes na água dos oceanos, ao determinarmos o rácio de oxigénio 18 em relação ao oxigénio 16 dentro dessas estruturas conseguimos informação sobre como o clima pode ter variado no passado. Um rácio mais elevado de oxigénio 18 relativamente ao oxigénio 16 nos sedimentos sugere a existência de um clima mais frio, e um rácio mais baixo sugere um clima mais quente.

Processo de formação das estruturas dos organismos marinhos que contêm um rácio de oxigénio 18 e oxigénio 16
(Fonte: http://www.priweb.org/globalchange/images/climatechange/globalwarming/oxy_iso_2.jpg)

Fonte:

Essentials of Meteorology (C. Donald Ahrens)

Índice Living Planet marinho

Os oceanos e os mares cobrem cerca de 70% da superfície terrestre. Eles desempenham um papel crítico na regulação do clima na Terra e nos proporcionam uma riqueza de benefícios como alimento, subsistência e usos culturais. Manter a saúde do ambiente marinho, incluindo a sua biodiversidade, é vital para a sobrevivência da humanidade.

O índice Living Planet para os ambientes marinhos mostra um declínio global de 36% entre 1970 e 2012 com uma média de 1% por ano. Este índice é baseado em informação relativa a 6.170 populações monitorizadas de 1.353 espécies marinhas (aves, mamíferos, répteis e peixes). A maior parte do declínio aconteceu em 1970 e a última parte da década de 80. Isto reflecte a tendência da actividade pesqueira a nível global, que estabilizou a partir de 1988, quando o conceito de rendimento máximo sustentável foi introduzido para controlar a extensão da exploração dos recursos pesqueiros.

Índice Living Planet marinho entre 1970 e 2012
(Fonte: Relatório Living Planet 2016)

Apesar de o índice marinho global estar estável desde 1988 e de algumas pescarias estarem a mostrar sinais de recuperação devido a medidas fortes de gestão, a maioria dos recursos pesqueiros que contribuem mais para a captura global de peixe estão agora totalmente exploradas ou sobre-exploradas.

A informação disponível mostra que a ameaça mais comum para as espécies marinhas é a sobre-exploração, seguida da degradação e perda de habitats marinhos. Estudos recentes apontam para que 31% dos recursos pesqueiros estejam sobre-explorados. Sem uma gestão efectiva, os níveis insustentáveis de captura irão levar à extinção a nível comercial.

Para as aves, mamíferos e répteis marinhos, a sobre-exploração refere-se na sua maioria a mortes acidentais, pesca acessória e exploração comercial. As alterações no habitat são a segunda ameaça mais comum associada com o declínio das populações marinhas.

Diferenças taxonómicas na frequência das ameaças para as populações presentes no Índice Living Planet
(Fonte: Relatório Living Planet 2016)

Fonte:
Relatório Living Planet 2016
(https://www.worldwildlife.org/pages/living-planet-report-2016)