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Gás carbônico e acidez dos mares


          
- Artigo atualizado no dia 4 de julho de 2019 -

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          A intensificação do efeito estufa é um vilão conhecido por todos, o qual fomenta o aquecimento global e engatilha preocupantes mudanças climáticas. Mas um perigoso impacto negativo ao meio ambiente acompanhando esse processo é amplamente ignorado pelo público em geral, porque atinge um ecossistema do qual não partilhamos o habitat, mesmo que dependamos diretamente e indiretamente dele: a crescente acidez dos oceanos consequente do aumento de concentração de gás carbônico - ou dióxido de carbono - na atmosfera.

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            Todo meio aquático depende de um preciso controle do seu pH (acidez) para sustentar, de forma saudável e equilibrada, o ecossistema ali presente. O aumento do dióxido de carbônico (CO2) na atmosfera, nesse sentido, representa uma preocupação que vai além de uma simples intensificação do efeito estufa atmosférico. Hoje as atividades antropogênicas estão emitindo CO2 a uma taxa em torno de 1 milhão de toneladas/hora na atmosfera e cerca de 30-50% desse total é absorvido pela região mais superficial dos oceanos (cerca de 10% da camada marinha superior).  Quando o CO2 entra em contato com a água, ele reage fracamente com essa substância para formar ácido carbônico (H2CO3, principal gás dos refrigerantes, os quais são formados pelo mesmo processo). Quanto mais CO2 na atmosfera, mais deste gás é empurrado para os oceanos, diminuindo o pH (mais ácido) e perturbando todo o equilíbrio ecológico já estabelecido em uma determinada faixa de acidez. E o ácido carbônico, ao contrário do gás carbônico, é bem mas difícil de ser retirado das águas após dissolvido.

          O principal dano causado pelo aumento da acidez recai sobre todos os seres que utilizam o calcário como substrato estrutural, como artrópodes de conchas, corais e vários tipos de plânctons, por diminuir a biodisponibilidade de importantes íons de carbonato e minerais relacionados. Normalmente, o pH alcalino dos oceanos (atualmente em torno de 8,2) sustenta uma saturação de íons carbonatos (CO32-), estes os quais são absorvidos e assimilados por diversos organismos marinhos para a produção das suas conchas e outras estruturas de sustentação (como o esqueleto calcário dos corais). Quando existe um aumento de gás carbônico, aumenta-se o ácido carbônico dissolvido e também a quantidade de íons H+ liberados. Esses íons (responsáveis pela diminuição do pH) reagem com as formas livres de carbonato, gerando um íon hidrogenocarbonato. Com isso, menos carbonato fica livre para ser aproveitado pelos seres marinhos, podendo gerar grandes danos nesses últimos. Danos nesses animais afetam toda uma gigantesca cadeia alimentar e nichos ecológicos. Os corais, atualmente, já sofrem visíveis prejuízos desse processo de crescente acidificação marinha.


          Além disso, o calcário (carbonato de cálcio), por exemplo, reage com o ácido carbônico dando  origem ao sal solúvel bicarbonato de cálcio, o qual acaba saindo da estrutura do coral ou das conchas e indo para a água do mar. Quando estes seres sofrem um enfraquecimento em sua estrutura de calcário, eles ficam mais frágeis e perdem muitas das suas funções ecológicas. Nos sistemas de água doce, como os rios, os danos também são parecidos. E uma maior acidez das águas pode também causar prejuízos metabólicos em diversos outros animais. A absorção de oxigênio pelas guelras de peixes, por exemplo, tem sua eficiência diminuída em um ambiente com menor pH. Comunidades microbianas, importantes no ecossistema marinho, também podem ter suas funções metabólicas negativamente afetadas pela mudança de pH. Até mesmo o fitoplâncton parece ser afetado, onde estudos recentes já mostraram que a assimilação de ferro por esses organismos - chave para a fotossíntese - decresce com a maior acidez das águas. E os fitoplânctons são os pulmões do mundo e base para quase toda a vida marinha (Acesse para saber mais: A Amazônia é o pulmão do mundo?).

A estrutura dos corais e conchas acaba sendo enfraquecida com o aumento de ácido carbônico nos oceanos
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          Segundo um robusto estudo publicado na Nature Climate Change (Ref.15) nos oceanos do hemisfério Sul, caracóis marinhos pelágicos (Pteropoda) só conseguirão sobreviver a uma profundidade até os 83 metros abaixo da superfície marinha devido às águas muito corrosivas no ano de 2100, caso as emissões de dióxido de carbono continuem no atual nível. Hoje esses moluscos habitam até profundidades de 300 metros. O estudo identificou a profundidade, conhecida como um 'horizonte de saturação', a partir da qual a concentração de íon carbonato da água marinha se torna inadequada para sustentar a produção de conchas de aragonita (uma das formas cristalinas do carbonato de cálcio), como aquelas vistas nas espécies de Pteropoda. Atualmente, o horizonte de saturação excede os 1000 metros ao longo da maior parte dos oceanos no hemisfério Sul, bem abaixo de onde se encontra o habitat desses animais. Outros organismos aragoníticos provavelmente sofrerão os mesmos ou maiores graus de impacto - especialmente considerando que os Pteropodas exibem uma maior resistência fisiológica contra a variação de pH -, com consequente grave desequilíbrio ecológico afetando grande parte da vida marinha. A sub-saturação de aragonita (baixa concentração de íons carbonato associados com o mineral aragonita) é projetada atingir ~20% da superfície oceânica no Sul até 2060, ~60% até 2080 e acima de 80% até 2100.

             Corais escleratíneos (ordem que inclui os corais verdadeiros) usam também aragonita para construir recifes, o qual possui cerca da mesma solubilidade que calcita de alto-magnésio (CaMgCO3), esta a qual as algas da ordem Corallinales usam para construir seus esqueletos. Recifes de corais de águas aquecidas se formam com o estado de saturação da aragonita (Ωarag) maior do que 3,3 e algas Corallinales de águas frias crescem em áreas com  Ωarag>2. À medida que a concentração de CO2 nas águas marinhas aumenta, o estado de saturação da aragonita cai a níveis abaixo do adequado para esses importantes habitats ao redor do globo. Mesmo se a humanidade cortar os níveis atuais de emissões para o estabelecido pelo IPCC, a saturação de aragonita é esperada de cair abaixo de 3 em áreas tropicais. No Ártico, a área onde a superfície marinha é corrosiva para aragonita (Ωarag,1) está se espalhando rapidamente porque suas águas frias já possuem naturalmente baixos níveis de aragonita. Isso diretamente afeta a sociedade humana, onde é estimado que os recifes de corais atualmente fornecem serviços ecológicos que valem cerca de US$375 bilhões para 500 milhões de pessoas ao redor do mundo.


          A maior parte das macro-algas podem tolerar os efeitos da acidificação oceânica, com somente cerca de 5% de perda na biodiversidade de espécies até 2100, considerando um nível máximo de 950 ppm na concentração atmosférica de CO2 (cenário otimista). No entanto, essa acidificação causa marcante mudança na composição das comunidades de algas que drasticamente altera os habitats costeiros, por favorecer algumas espécies - especialmente fotossintéticas - em detrimento acentuado de outras. Seja por efeitos deletérios nos sistemas imune, osmorregulatório e reprodutivo, seja devido a danos diretos nas estruturas de proteção (conchas) e sustentação (esqueleto), grande parte da macrofauna marinha está suscetível aos impactos da acidificação oceânica, com cerca de 30% de queda estimada na biodiversidade de animais à medida que o pH médio cai de 8,1 para 7,8 (Ref.16). E os impactos negativos acabam sendo exacerbados pelo estresse térmico gerado pelo aumento acelerado das temperaturas das águas oceânicas devido ao Aquecimento Global.

            Infelizmente, muitas pessoas focam apenas nas questão climática quanto o tema é o excesso de CO2 sendo emitido pelas atividades humanas, e esquecem-se de outras sérias consequências ambientais atreladas ao processo de aquecimento global. Estimativas mais pessimistas colocam que se as emissões de gás carbônico continuarem as mesmas, no final do século a acidez na superfície dos oceanos terá um aumento entre 150 e 320% do valor de hoje! Desde 1750, o pH da superfície dos oceanos caiu 0,1, uma mudança de 30% na acidez, com um atual declínio médio de pH em torno de 0,002 unidades ao ano. Os processos geológicos de degradação das rochas alcalinas e dissolução de sedimentos de carbonato são muito lentos para conter essa rápida taxa de acidificação. Diminuir as emissões de CO2 é muito mais do que "apenas" uma briga com o termômetro global.


OBSERVAÇÃO: Mesmo com o aumento de acidez dos oceanos, isso não significa que as águas marinhas, no futuro, irão ficar realmente ácidas (pH menor do que 7). Existe um limite de absorção e armazenamento de gás carbônico atmosférico pelos mares, ou seja, uma saturação máxima. Além disso, com o aumento da temperatura global resultante do aumento de concentração dos gases estufa na atmosfera também é diminuída a eficiência de dissolução do dióxido de carbono nas águas.


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ATUALIZAÇÃO ( 26/06/16):  O Atum (Thunnus albacares), espécie de peixe já ameaçada pela excessiva pesca, irá sofrer ainda mais ameaças caso a acidez dos mares suba, mesmo se for por valores mínimos, de acordo com um novo estudo científico recentemente publicado. Ao variar o pH da água em tanques contendo este peixe, em uma progressiva acidificação com gás carbônico (pH 8.1, 7.6, 7.3 e 6.9), os pesquisadores observaram que as larvas foram também tendo maiores danos nos seus órgãos internos, dificultando bastante o seu desenvolvimento. O aumento dos níveis de emissão de gás carbônico na atmosfera poderá trazer um trágico destino para esse animal, o qual habita os mares do Pacífico,  consequências devastadoras para o ecossistema marinho e pesados danos no comércio de pescados ao redor do mundo.  

Publicação do estudo: ScienceDirect

ATUALIZAÇÃO (15/03/17): E um estudo publicado na Nature Climate Change mostrou que a acidificação dos oceanos está se espalhando rápido na região do Ártico. Segundo os pesquisadores, entre a década de 1990 e 2010, as águas mais ácidas se expandiram para o Norte em cerca de 300 milhas náuticas, do Alasca para um pouco abaixo do Polo Norte. Além disso, a profundidade alcançada pela maior acidificação nessas áreas foi de 100 pra 250 metros.

ATUALIZAÇÃO (23/10/17): A contínua acidez dos oceanos pode levar ao dobro do atual índice de mortalidade dos filhotes de bacalhau (Gadus morhua), um peixe mais do que importante comercialmente (Ref.12). Pela primeira vez, pesquisadores conseguiram quantificar os índices de mortalidade desses peixes no oeste do Mar Báltico e no Mar de Barrentos sob condições mais ácidas projetadas para o final deste século caso as atuais emissões de dióxido de carbono não sejam reduzidas.

ATUALIZAÇÃO (23/02/18): Um estudo publicado na Science (Ref.13) mostrou que a crescente acidez nos mares está trazendo danos maiores do que o imaginado para os recifes de corais . Após analisarem vários recifes ao redor do mundo, os pesquisadores encontraram que a taxa na qual seus sedimentos estavam se dissolvendo  é altamente sensitiva à acidez da água, com um dos locais analisados apresentando corais que estão se dissolvendo mais rápido do que sendo reconstruídos. Segundo a conclusão do estudo, se a acidez continuar aumentando no atual ritmo, a maioria dos recifes de coral estão se dissolvendo gradualmente e sem chance de recuperação até o final do século.

ATUALIZAÇÃO (27/07/18): Um estudo publicado na Scientific Report (Ref.14) mostrou que três séculos de desenvolvimento industrial trouxeram grandes impactos negativos para o ecossistema marinho devido ao aumento de acidez das águas gerado pela crescente emissão de dióxido de carbono. No estudo eles apontaram que apenas algumas poucas espécies conseguem suportar bem o estresse gerado pela menor acidez das águas na zona de transição subtropical-temperada, enquanto a biodiversidade no geral nessa região mostrou uma substancial diminuição onde os níveis de dióxido de carbono dissolvidos eram altos.


REFERÊNCIAS CIENTÍFICAS
  1. https://www.pmel.noaa.gov/co2/story/What+is+Ocean+Acidification%3F 
  2. https://www.epa.gov/climate-indicators/climate-change-indicators-ocean-acidity 
  3. http://www.gbrmpa.gov.au/managing-the-reef/threats-to-the-reef/climate-change/how-climate-change-can-affect-the-reef/ocean-acidification
  4. https://coastal.er.usgs.gov/ocean-acidification/
  5. https://www.neefusa.org/nature/water/ocean-acidification
  6. http://www.antarctica.gov.au/about-antarctica/environment/climate-change/ocean-acidification-and-the-southern-ocean
  7. https://www.ucar.edu/communications/Final_acidification.pdf
  8. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2854744/
  9. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2854744/
  10. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23122878
  11. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24307670
  12. https://www.geomar.de/en/news/article/ocean-acidification-threatens-cod-recruitment-in-the-atlantic/
  13. http://science.sciencemag.org/content/359/6378/908
  14. https://www.nature.com/articles/s41598-018-29251-7
  15. https://www.nature.com/articles/s41558-019-0418-8
  16. https://portlandpress.com/emergtoplifesci/article/3/2/197/219721/Ocean-acidification-impacts-on-coastal-ecosystem