Join us at the International Thermal Conductivity Conference and the International Thermal Expansion Symposium.
El daño que provocan las temperaturas y el nivel del mar cada vez más elevados en los ecosistemas oceánicos y las propiedades térmicas del agua de mar.
El cambio climático es el problema que define a nuestra generación, dado que la población humana continúa infligiendo un daño irreversible y empeorando el estado ya frágil de nuestro planeta. Desde los dramáticos patrones climáticos hasta los crecientes niveles del mar y las inundaciones en zonas costeras, el cambio climático se ha vuelto un problema crítico con el potencial de poner en riesgo la salud del planeta de forma irreversible. A medida que el calentamiento global continúa generando un aumento en la temperatura de la atmósfera, las temperaturas del océano también aumentan a un ritmo alarmante. Este pico de temperatura tiene un impacto importante en la biodiversidad del océano, la productividad y, en consecuencia, la vida de los seres humanos. Más del 90 % del calentamiento total del planeta de los últimos 50 años tuvo lugar en el océano. En estudios recientes se estimó que el calentamiento de la capa superior oceánica representó más del 63 % del aumento total en la cantidad de calor almacenado en el sistema climático desde 1971 hasta 2010. Este calor que se encuentra actualmente en el océano será liberado nuevamente a la atmósfera en algún momento, lo que provocará un evento de calentamiento aún más dramático. Sin una disminución inmediata de las emisiones y los gases de efecto invernadero, los ecosistemas del mundo podrían experimentar un daño irreversible.
Los océanos cubren aproximadamente el 70 % de la superficie terrestre y se extienden a más de 3688 metros de profundidad. El calor absorbido en el océano se redirecciona alrededor del mundo a través de las corrientes y la transferencia de energía. El océano es el colector de energía solar más grande del planeta dado que capta la mayor parte del calor de la luz solar. Las nubes, el vapor de agua y los gases de invernadero también emiten calor que es absorbido por el océano. La transferencia de calor en los líquidos se da mediante procesos conocidos como conducción térmica y convección térmica. La conducción es la transferencia de energía térmica por contacto directo, mientras que la convección se refiere a la transferencia de energía debido al movimiento de un líquido o un gas. Se puede determinar el coeficiente de convección utilizando la ecuación q=h∙ΔT, en donde q = densidad de flujo de calor local [W∙m2], h = coeficiente de transferencia de calor [W∙m2∙Kelvins], y ΔT = diferencia de temperatura (Kelvin). El océano retiene energía térmica fácilmente y, en general, no la liberará al resto de los sistemas terrestres sino hasta después de algunas décadas.
Otra propiedad única del agua es su elevada capacidad de calor específico. Esto significa que se necesitará mucha más energía para calentar el agua que para calentar el aire. El calor específico es la cantidad de energía necesaria para elevar una unidad de masa de una sustancia por una unidad de temperatura. El calor específico del aire es de 1158 julios y el calor específico del agua es de 3850 julios. Si se compara con el aire, un kilogramo de agua de mar necesita el triple de energía para calentarse.
Si bien es posible que el aumento en la temperatura de un grado Celsius en los océanos lleve considerablemente más tiempo, en comparación con el aire, incluso un cambio menor en la temperatura puede tener un impacto profundo en la vida marina. Uno de los impactos más dañinos al hábitat marino, que es el resultado directo del aumento de la temperatura del agua, es lo que se conoce como blanqueamiento de corales. Los arrecifes de coral son esenciales para la salud de los océanos, ya que asisten en el ciclo de los nutrientes y la fijación de carbono. Cuando el agua del océano se calienta demasiado, los corales despiden algas simbióticas (zooxanthellae) que viven en sus tejidos. La zooxanthellae y el coral mantienen una relación de reciprocidad en la que conviven y se asisten entre sí para sobrevivir. Cuando el agua circundante se torna muy cálida, estas algas dejan sus hábitats de arrecife y, como resultado, el color del coral desaparece hasta lograr un aspecto blanquecino. Un cambio mínimo de tan solo 2 grados puede hacer que las algas abandonen sus hábitats. Los corales son capaces de sobrevivir a un evento de blanqueamiento, pero si continúan con la exposición a temperaturas cálidas o a estrés elevado, pueden quedar extremadamente vulnerables a la mortalidad.
El blanqueamiento de los corales puede representar un evento extremadamente devastador para el ecosistema marino. Una vez que mueren los corales, rara vez vuelven a surgir, y los pocos que sobreviven deben luchar por reproducirse, por lo que todo el ecosistema de arrecifes comenzará a deteriorarse. Los arrecifes coralinos se consideran puntos críticos para la biodiversidad, dado que suministran el alimento y el hábitat para algunos de los ecosistemas más importantes del planeta. El blanqueamiento de los corales incluso tiene el potencial de afectar la vida de las personas disminuyendo los recursos y la seguridad alimentaria de muchas comunidades costeras que dependen de estos hábitats como su principal fuente nutricional. En los últimos años, 1/5 de todos los corales del mundo murieron y, si las temperaturas oceánicas continúan subiendo al ritmo actual, existe una alta probabilidad de perder indefinidamente todos estos diversos ecosistemas.
Otra consecuencia del calentamiento de los océanos que es perjudicial para la vida silvestre marina es la disminución en la cantidad de oxígeno disuelto presente en el agua. El oxígeno disuelto se refiere al nivel de oxígeno libre, no compuesto que está disponible en el agua. Depende fuertemente de la temperatura dado que las temperaturas más elevadas del agua contienen menos oxígeno. Representa un parámetro crucial ya que puede tener un impacto dramático en la salud de muchos organismos que viven en ese cuerpo de agua. El oxígeno disuelto es un componente necesario para la supervivencia de muchas formas de vida acuática, incluidos los peces, los invertebrados, las bacterias y las plantas.
La mayor parte del oxígeno presente en el océano se produce mediante la fotosíntesis del fitoplancton (algas marinas microscópicas y kelp). Estos productores primarios se encuentran en extrema abundancia en la zona epipelágica, la capa superior del océano que recibe la mayor cantidad de luz solar. Esta zona es extremadamente biodiversa y es donde habitan los arrecifes coralinos. La luz solar puede penetrar hasta 100 metros por debajo de la superficie, por lo que esta región es la capa más rica en oxígeno. La mayoría de las especies marinas dependen en gran medida de una elevada cantidad de oxígeno para lograr una respiración eficiente. Las especies que viven debajo de esta región tienen una alta dependencia de las corrientes oceánicas para obtener el oxígeno. Si falta el oxígeno en la capa epipelágica (debido a las altas temperaturas del agua), también habrá una grave falta de oxígeno de las capas inferiores.
La solubilidad del oxígeno disminuye a medida que aumenta la temperatura del agua. Automáticamente, el agua fría tendrá una mejor capacidad de retención de una mayor concentración de oxígeno disuelto que las aguas superficiales cálidas. La salinidad (concentración de sal) también causa un efecto en la concentración de oxígeno disuelto de un cuerpo de agua. La mayor parte del agua de mar presenta una concentración de sal de 35 partes por millón o 3,5 %. Esta propiedad explica por qué el agua salada automáticamente arroja un promedio de un 20 % menos de oxígeno disuelto que el agua dulce. Naturalmente, el agua del océano tiene menos oxígeno disuelto disponible para su uso en la respiración de la vida silvestre acuática, por lo que es aún más imprescindible preservar lo ya existente.
El agua cálida ocupa más espacio que el agua fría debido a la mayor distancia que existe entre las moléculas. A medida que se calienta el agua, adquiere más energía cinética y las moléculas se apartan unas de otras. Este fenómeno se conoce como expansión térmica y, junto con el derretimiento del hielo marino y los glaciares, explica la mayor parte del aumento observado en los niveles del mar. El nivel global del mar ha incrementado más de 23 cm desde 1880, con una tasa de aumento actual de 0,32 cm por año. Los niveles de agua más elevados pueden provocar un grave daño a las comunidades costeras, la infraestructura y puede forzar la reubicación de los residentes del área. A escala global, este aumento en el nivel del mar es extremadamente preocupante, dado que 11 de las 15 ciudades más importantes del mundo están directamente ubicadas sobre la costa. Esto no solo podría afectar la seguridad de las personas que residen en esas áreas, sino que el daño a la infraestructura podría generar un costo monetario muy elevado. En 2015, las inundaciones en ciudades importantes del mundo provocaron gastos superiores a USD 6 mil millones en concepto de daños a la infraestructura, y este monto podría aumentar a USD 1 billón aproximadamente en 2050.
La pérdida del hielo marino también produce un impacto negativo en algunas especies animales. Por ejemplo, los osos polares dependen en gran medida del hielo marino para transportarse y cazar focas. Cuando este se reduce o desaparece, los osos polares no pueden cazar, situación que los pone en riesgo de muerte por inanición.
A medida que el clima se vuelve más cálido, las crecientes temperaturas oceánicas seguirán generando cambios en los ecosistemas del mundo. Algunas de las regiones con mayor biodiversidad corren un alto riesgo de quedar completamente devastadas, dado que los arrecifes coralinos ya no pueden sobrevivir en un entorno cada vez más cálido. El derretimiento de los casquetes polares y la expansión térmica del agua contribuyen al aumento en el nivel del mar. Los asentamientos costeros están siendo afectados por los anegamientos cada vez más frecuentes y severos, y las especies del norte, como los osos polares, luchan por encontrar los recursos necesarios para su supervivencia. Las temperaturas oceánicas continuarán en aumento a menos que la población humana en conjunto tome acción contra el calentamiento global y el cambio climático. Si el calentamiento de los océanos continúa al ritmo actual, para 2025 se prevé un aumento de 0,4 a 1,1 grados Celsius (Índice de Salud de los Océanos 2020), lo que eliminaría todos los arrecifes coralinos y provocaría un impacto profundo en la diversidad de especies de todo el océano. Leyes como el Acuerdo de París y el Protocolo de Kyoto intentan luchar contra estos impactos negativos y exigen cambios positivos dentro de la sociedad, pero sin el esfuerzo mundial contra el cambio climático, es poco probable que esta destrucción infligida por el hombre en los ecosistemas oceánicos disminuya en un futuro cercano.
Climate Change: Ocean Heat Content: NOAA Climate.gov. (2020, February 13). Retrieved July 25, 2020, from https://www.climate.gov/news-features/understanding-climate/climate-change-ocean-heat-content
Dissolved Oxygen. (2019, January 23). Retrieved July 25, 2020, from https://www.fondriest.com/environmental-measurements/parameters/water-quality/dissolved-oxygen/
Everything You Need to Know about Coral Bleaching-And How We Can Stop It. (n.d.). Retrieved July 25, 2020, from https://www.worldwildlife.org/pages/everything-you-need-to-know-about-coral-bleaching-and-how-we-can-stop-it
Ocean heat. (n.d.). Retrieved July 25, 2020, from https://energyeducation.ca/encyclopedia/Ocean_heat
Oxygen » World Ocean Review. (n.d.). Retrieved July 25, 2020, from https://worldoceanreview.com/en/wor-1/ocean-chemistry/oxygen/
Pierre-louis, K. (2019, January 10). Ocean Warming Is Accelerating Faster Than Thought, New Research Finds. Retrieved July 25, 2020, from https://www.nytimes.com/2019/01/10/climate/ocean-warming-climate-change.html
US Department of Commerce, N. (2010, March 15). What is coral bleaching? Retrieved July 25, 2020, from https://oceanservice.noaa.gov/facts/coral_bleach.html
J.M.K.C. Donev et al. (2016). Energy Education – Ocean heat [Online]. Available: https://energyeducation.ca/encyclopedia/Ocean_heat. [Accessed: July 16, 2020].
Imagen de portada de TR STOK en Shutterstock.
