1. INTRODUZIONE
Il cambiamento climatico (CC) è comunemente considerato uno dei peggiori effetti dell’impatto umano sul pianeta. È diventato di fondamentale importanza per la comunità scientifica internazionale a causa dei suoi potenziali impatti sull’ambiente nel prossimo futuro. Il Gruppo intergovernativo sul cambiamento climatico (Intergovernmental Panel on Climate Change – IPCC), ovvero l’organo dell’ONU deputato allo studio dei cambiamenti climatici, nel suo ultimo rapporto del 2018, ha affermato che le attività umane hanno causato circa 1,0 °C di riscaldamento globale al di sopra dei livelli preindustriali, ed è probabile che raggiunga 1,5 °C tra il 2030 e il 2052 se continua ad aumentare al ritmo attuale (figura 1). Senza concentrarsi sulle peggiori proiezioni dei 2 °C, questo cambiamento causerebbe effetti multipli dirompenti sull’intero pianeta.
In alcuni futuri effetti del cambiamento climatico sugli oceani, come discusso in Freer (2018), non si escludono incertezza negli scenari, nei modelli o la presenza di variabilità interna in alcune proiezioni. Il quinto rapporto dell’IPCC (2013) mostra anche la presenza di un’incertezza nella risposta del sistema climatico a scenari futuri, dimostrati dalle ampie risposte al CC dei modelli climatici. In ogni caso, questo articolo cercherà di combinare diversi studi per disegnare un quadro del futuro dei nostri mari.
Tra gli Effetti attivi si ricordano l’innalzamento del livello del mare e l’acidificazione, insieme ai loro risultati combinati a cascata. Si prevede che l’innalzamento del livello del mare aumenterà di un intervallo compreso tra 0,26 a 0,27 m entro il 2100 per quanto riguarda lo scenario 1,5 °C, mentre di 0,1 m (0,04–0,16 m) più alto se il mondo raggiungerà i 2 °C (IPCC, 2018) (figura 2).
A questo si aggiunge l’eccesso di CO2 indotto dall’uomo, che reagisce con l’acqua di mare per formare acido carbonico (H2CO3) (figura 3), abbassando i livelli di pH dell’oceano: da qui l’acidificazione degli oceani. Dai livelli preindustriali di 8.17, il pH globale della superficie del mare è diminuito di 0,1 unità, il che significa un aumento della sua acidità del 26%, destinato a diminuire di altre 0,3 unità entro la fine del 21° secolo (IPCC, 2013; Tai et al.2018) (figura 4).
Tra i vari effetti rivestono una notevole importanza i cambiamenti ecologici, capaci di influenzare molti aspetti della vita umana (Coro et al., 2018). Attraverso gli impatti dei cambiamenti climatici su alcuni taxa, è possibile delineare i futuri cambiamenti fisici ambientali e viceversa. A questo contribuiscono l’aumento della temperatura, il cambiamento nella profondità dello strato misto, la diminuzione della disponibilità di nutrienti e la riduzione nella concentrazione di O2, che combinati causano uno stress sugli organismi viventi, e che rimbalzano sulla salute delle masse d’acqua. L’approccio qui utilizzato per descrivere i diversi scenari futuri segue il diagramma utilizzato in Cheung (2008) per valutare le risposte multi-livello al cambiamento climatico dei sistemi marini naturali e umani (Figura 5). In questo modo verranno brevemente discussi alcuni scenari di cambiamento fisico-chimici, biologici e socio-economici dei nostri oceani.
2. SCENARI
2.1 Scenari fisico-chimici
Un futuro impatto dannoso correlato all’acidificazione degli oceani, è la riduzione dell’adsorbimento acustico a bassa frequenza, a causa del declino pH-dipendente degli ioni borato disciolti. Come sostenuto da Doney (2009), una diminuzione di soli 0,3 unità di pH, provoca una diminuzione del 40% del coefficiente di assorbimento acustico intrinseco, anche se come affermato da Miksis-Oldsa et al. (2016), non è chiaro quale sia la tendenza a breve o lungo termine nella maggior parte delle regioni del mondo: le proiezioni osservate potrebbero essere parzialmente attribuibili all’aumento del rumore prodotto dalla navigazione.
I futuri scenari oceanici potrebbero influenzare non solo la propagazione del suono, ma soprattutto quella della luce. Come mostrato in figura 3, la crescente concentrazione di anidride carbonica ha portato a un maggiore utilizzo di ioni calcio per produrre ioni bicarbonato. La riduzione del calcio comporta anche una riduzione di piccoli organismi quali i coccolitofori, tra i maggiori responsabili della torbidità dell’acqua in alcune regioni. Questo influenzerà di conseguenza le proprietà ottiche del mare, determinando zone eufotiche (ovvero con luce sufficiente alla fotosintesi) più profonde.
Un tipico esaurimento della disponibilità di nutrienti potrebbe invece essere correlato a ioni ferro, la cui quantità sembra essere direttamente proporzionale alla concentrazione di alghe unicellulari come diatomee, tra i maggiori responsabili globali di uptake di O2. La diminuzione della biodisponibilità di Fe disciolto, secondo Shi (2010), è un effetto collaterale dell’acidificazione, soprattutto in zone dove la principale fonte di Fe superficiale proviene dal Fe disciolto in acque profonde, mentre in altre aree questo effetto è ridotto.
Altri effetti sono legati alla salinità. La pressione di vapore dell’acqua, che aumenta di circa il 7% per grado di riscaldamento, porta ad un aumento dei tassi di evaporazione e precipitazioni, delle precipitazioni estreme e del sistema di trasporto dell’umidità. Poiché l’evaporazione netta aumenta la concentrazione di sale, mentre le precipitazioni nette riducono la concentrazione di sale, la salinità superficiale in alcune regioni del globo sta aumentando, mentre le regioni umide diventano più umide (Zika et al., 2018). L’aumento dell’input di acqua dolce, in particolare dallo scioglimento del ghiaccio marino (la copertura di ghiaccio stagionale si sta riducendo del 14%), potrebbe anche aumentare la stratificazione verticale delle masse d’acqua, che ridurrebbe la profondità dello strato misto e aumenterebbe l’irradiazione media giornaliera (Heiden et al., 2018). Inoltre, secondo Doney et al. (2009), la chimica dell’acqua di mare cambierà in modo tale da modificare i tassi di reazioni redox associate all’ossidazione dei metalli e all’elettrolisi, influenzando forse l’integrità degli scafi delle navi.
2.2 Scenari biologici
Gli effetti del cambiamento climatico possono influenzare indipendentemente, o amplificare sinergicamente, l’effetto di altri disturbi come il degrado dell’habitat, lo sfruttamento eccessivo del pescato e le invasioni di specie aliene (Ullah et al, 2018). Le modifica dell’habitat possono di conseguenza modificare i flussi di energia e la resilienza della catena alimentare oceanica, che può potenzialmente collassare.
In figura 6 è possibile notare le risposte di diversi gruppi funzionali rispetto all’aumentare della pCO2. Da qui si evince in primis la risposta degli organismi calcificanti, dove l’aumento della concentrazione di CO2 si traduce in una netta riduzione degli stessi. Questo perché, come accennato in precedenza (figura 3), l’attuale decalcificazione degli oceani compromette la capacità degli organismi di costruire e trattenere in modo efficiente le strutture formate da carbonato di calcio come aragonite (un importante biominerale utilizzato nella creazione di gusci ed esoscheletri in barriere coralline, di conchiglie in ostriche e mitili o di esoscheletri nei coccolitofori) (Tai, 2018; Rheuban et al., 2018). Questo ha causato infatti una riduzione dell’80% nella produzione di strutture calcificate, con risposte che includono calcificazione più lenta, crescita e sviluppo ritardato o anormale (Lemasson et al., 2018). Per questo motivo, si prevede che la produzione di molluschi con conchiglia avrà grandi implicazioni economiche entro la fine del 21° secolo.
Diversamente, il gruppo fotosintetico potrebbe beneficiare di uno scenario di CO2 più elevato, anche se alcune risposte sono opposte. Si prevede che le future concentrazioni atmosferiche di anidride carbonica e il successivo assorbimento da parte degli oceani, avranno maggiori effetti sugli oceani freddi a causa della maggiore solubilità della CO2 a basse temperature, aumentando così la produzione primaria a causa di un aumento della fotosintesi. Heiden et al. (2018), cercando di valutare gli effetti combinati della futura pCO2 e della radiazione solare su 3 specie di fitoplancton, ha concluso che la futura pCO2 sarà responsabile di un maggiore potenziale di sequestro di CO2 da parte delle due coste antartiche che formano la fioritura diatomee. Secondo altri è ugualmente probabile che un ridimensionamento dello strato misto superiore a causa del riscaldamento climatico e delle radiazioni giornaliere più elevate concomitanti, aumenti lo stress luminoso nelle diatomee, che può peggiorare in uno scenario a basso contenuto di nutrienti, e potenzialmente ridurre la competitività nei confronti di altri gruppi fitoplanctonici, meno sensibili a pCO2 elevata e radiazioni luminose elevate. Un altro studio (Valenzuela et al., 2018) suggerisce come la ridotta necessità di processi ad alta intensità energetica (e.g. meccanismi di concentrazione del carbonio – CCM – per saturare l’enzima RuBisCo), con CO2 elevata possano contribuire ad una maggiore resilienza delle diatomee, mentre una diminuzione del Fe biodisponibile potrebbe avere un effetto opposto, aumentando lo stress e inibendo la crescita. In ogni caso, un oceano con un pH inferiore aumenterebbe la produzione primaria promuovendone la crescita nelle specie algali (soprattutto quelle con caratteristiche tropicali secondo Hernández et al. 2018), mentre non sembrerebbero mutare le comunità batteriche associate (Roth-Schulze et al., 2018).
Oltre a questo, in futuro potrebbe verificarsi un’ampia gamma di processi fisiologici qui non discussi, come un cambiamento nell’equilibrio acido-base, i tassi metabolici basali, il consumo di ossigeno, la tolleranza termica e i tassi di fertilizzazione. Nel complesso, mentre le risposte di tali organismi possono essere facilmente valutate in condizioni di laboratorio, prevedere la complessa rete dell’ecosistema in condizioni reali sarà una sfida futura molto più difficile.
2.3 Scenari socio-economici
Oltre agli impatti diretti del cambiamento climatico sugli oceani, per lo più legati alla sicurezza della popolazione costiera (a causa dell’aumento del livello del mare o dell’intensificarsi di eventi estremi), di enorme importanza sono gli effetti sui servizi ecosistemici marini, specialmente riguardanti le specie ittiche commerciali. Come spiegato in Cheung (2018), i principali cambiamenti che potremmo prevedere sono uno spostamento degli habitat delle specie mobili verso regioni a latitudini più elevate, o in acque più profonde e fredde, e in secondo luogo una riduzione della dimensione massima delle specie ittiche. La crescita dei pesci è infatti limitata dalla fornitura di ossigeno, e all’aumentare della temperatura, aumenta la richiesta di ossigeno per supportare il metabolismo. Ma la fornitura di ossigeno è limitata dai vincoli dimensionali della branchia, perciò viene ipotizzata da Cheung (2018) (in media tra 754 specie ittiche commerciali nella costa est del nord-America) una riduzione del 29% della dimensione attuale per ogni grado di riscaldamento dell’acqua, il che comporterebbe una perdita economica non da poco.
Altri fattori di stress non climatici possono aumentare o esacerbare le conseguenze del cambiamento climatico sugli stock ittici marini e sulla pesca in generale. In particolare, la pesca riduce la dimensione della popolazione adulta e colpisce il potenziale riproduttivo delle popolazioni. Ciò può comportare anche una riduzione del numero di specie a vita lunga e a crescita lenta, con conseguente predominio di specie meno longeve e a crescita rapida, esacerbando la sensibilità delle comunità ai CC. L’inquinamento e l’eutrofizzazione possono poi intensificare l’esposizione dei pesci ai rischi climatici.
3. CONCLUSIONI
Attraverso questa breve carrellata è stato definito lo stato dell’arte parziale sul futuro dei nostri mari in relazione ai cambiamenti climatici. Allo stato dei fatti, è certo che gli effetti sulla chimica, sulla fisica e l’ecologia marina (oltre agli effetti indiretti dei conseguenti sviluppi delle interazioni trofiche), hanno il potenziale per riassemblare completamente i nostri oceani e le interazioni umane con essi. L’unica speranza è mitigare e adattarsi al cambiamento climatico, trovando nuove soluzioni per convivere in pace con il nostro pianeta blu.
4. BIBLIOGRAFIA
Celso Hernández, A., Sangil, Carlos, Fanai, Alessandra, Hernández, José Carlos, (2018). Macroalgal response to a warmer ocean with higher CO2 concentration: Marine Environmental Research, 136, 99-105. Doi: 10.1016/j.marenvres.2018.01.010.
Cheung, W.W.L., (2018). The future of fishes and fisheries in the changing oceans: Journal of Fish Biology, 92, 790–803. Doi: 10.1111/jfb.13558
Coro, G., Pagano, P., Ellenbroek, A., (2018). Detecting patterns of climate change in long-term forecasts of marine environmental parameters. International Journal of Digital Earth. Doi: 10.1080/17538947.2018.1543365
Doney, S.C., Balch, W.J., Fabry, V.J., Feely, R.A., (2009). Ocean acidification a critical emerging problem For the Ocean Science. Oceanography, 22(4). The Oceanography Society, pO box 1931, rockville, md 20849-1931, uSa.
Feely, R.A., Doney, S.C., Cooley, S.R., (2009). Ocean acidification: Present conditions and future changes in a high-CO2 world. Oceanography, 22, 36-47, Doi: 10.5670/oceanog.2009.95.
Freer, J.J., Partridge, J.C., Tarling, G.A, Collins, M.A., Genner, M.J., (2017). Predicting ecological responses in a changing ocean: the effects of future climate uncertainty. Marine Biology, 165(7). doi.org/10.1007/s00227-017-3239-1
IPCC, (2013). Climate Change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. eds. Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Plattner, M. Tignor, S.K. Allen, J. Boschung, A. Nauels, Y. Xia, V. Bex and P.M. Midgley. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 1535 pp. Doi: 10.1017/CBO9781107415324
IPCC, (2014). Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment. Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. eds. Core Writing Team: R.K. Pachauri and L.A. Meyer. IPCC, Geneva, Switzerland, 151 pp
Jin, P., Gao, K., E. Villafañe, V., Campbell, D., Helbling, W., (2013). Ocean Acidification Alters the Photosynthetic Responses of a Coccolithophorid to Fluctuating Ultraviolet and Visible Radiation: Plant physiology, 162(4). Doi: 10.1104/pp.113.219543.
Lemasson, A.J., Hall-Spencer, J.M., Fletcher, S., Provstgaard-Morys, S., Knights, A.M., (2018). Indications of future performance of native and non-native adult oysters under acidification and warming. Marine Environmental Research, 142, 178–189. Doi: 10.1016/j.marenvres.2018.10.003
Miksis-Oldsa, J.L., Nichols, S.M., (2016). Is low frequency ocean sound increasing globally?. The Journal of the Acoustical Society of America 139(501). Doi: 10.1121/1.4938237
Rheuban, J.E., Doney, S.C., Cooley, S.R., Hart, D.R., (2018). Projected impacts of future climate change, ocean acidification, and management on the US Atlantic sea scallop (Placopecten magellanicus) fishery. PLoS ONE 13(9). Doi: doi.org/10.1371/journal.pone.0203536
Roth-Schulze, A.J., Thomas, T., Steinberg, P., Deveney, M.R., Tanner, J.E., Wiltshire, K.H., Papantoniou, S., Runcie, J.W., Gurgel, C. F., (2018). The effects of warming and ocean acidification on growth, photosynthesis, and bacterial communities for the marine invasive macroalga Caulerpa taxifolia. Limnol. Oceanogr. 63, 459-471. Doi: 10.1002/lno.10739
Shi, D., Xu, Y., Hopkinson, B.M., Morel, F.M.M., (2010). Effect of Ocean Acidification on Iron Availability to Marine Phytoplankton. Science, 327. Doi: 10.1126/science.1183517
Tai, T.C., Harley, C.D.G., Cheung, W.W.L., (2018). Comparing model parameterizations of the biophysical impacts of ocean acidification to identify limitations and uncertainties. Ecological Modelling, 385, 1-11. Doi: 10.1016/j.ecolmodel.2018.07.007
Ullah, H., Nagelkerken, I., Goldenberg, S.U., Fordham, D.A., (2018). Climate change could drive marine food web collapse through altered trophic flows and cyanobacterial proliferation. PLoS Biol 16(1), e2003446. Doi: 10.1371/journal. pbio.2003446
Zika, J.D., Skliris, N., Blaker, A.T., Marsh, R., Nurser, A.J.G., Josey, S.A., (2018). Improved estimates of water cycle change from ocean salinity: the key role of ocean warming. Environmental Resources Letters 13(7). Doi: 10.1088/1748-9326/aace42
necan.org/overview
19january2017snapshot.epa.gov/climate- change-science / future-climate-change_.html
InforẎoou 