La crescente acidità degli oceani minaccia le barriere coralline rendendo più difficile per i coralli costruire i loro scheletri. Un nuovo studio identifica i dettagli di come l'acidificazione degli oceani colpisce gli scheletri dei coralli, consentendo agli scienziati di prevedere con maggiore precisione dove i coralli saranno più vulnerabili.

I coralli fanno crescere i loro scheletri verso l'alto verso la luce del sole e li ispessiscono per rinforzarli.

La nuova ricerca, guidato da scienziati della Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), mostra che l'acidificazione degli oceani impedisce in particolare il processo di ispessimento, diminuendo la densità degli scheletri e rendendoli più vulnerabili alla rottura. Lo studio è stato pubblicato oggi nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

"La nostra ricerca incorpora le sfumature della crescita scheletrica dei coralli, consentendo proiezioni più precise di come, dove, e di quanto, l'acidificazione degli oceani influenzerà i coralli tropicali che costruiscono le barriere coralline, " disse Nathaniel Mollica, che è l'autore principale dello studio e uno studente laureato nel Joint Program in Oceanography del MIT-WHOI. Il gruppo di ricerca includeva anche Weifu Guo, Anne Cohen, e Andrew Solow (OMS), Kuo-Fang Huang (Accademia Sinica di Taiwan), e Hannah Donald e Gavin Foster (Università di Southampton in Inghilterra).

Il team di ricerca ha sviluppato un modello numerico che simula questo dettagliato meccanismo di crescita scheletrica e lo ha accoppiato con i cambiamenti previsti nel pH dell'oceano (una misura della sua acidità) indotti dal cambiamento climatico globale. I risultati hanno mostrato che su molte barriere coralline si verificherà un calo della densità scheletrica dei coralli. L'impatto sarà particolarmente forte nella regione indo-pacifica, con una riduzione fino al 20 percento della densità degli scheletri di corallo entro il 2100 in alcune parti del triangolo dei coralli, l'area delimitata dalle acque dell'Indonesia, Malaysia, le Filippine, Papua Nuova Guinea, Timor Est, e le Isole Salomone. Coralli nei Caraibi, Le Hawaii e il Mar Rosso settentrionale potrebbero andare meglio, dicono gli autori, con cali inferiori al 10% causati dalla sola acidificazione degli oceani.

"Questo studio molto importante ha determinato il modo specifico in cui una specie di corallo è influenzata dall'acidificazione degli oceani e ha modellato l'effetto delle future condizioni ambientali, "ha detto David Garrison, direttore del programma di oceanografia biologica della National Science Foundation, che ha finanziato gran parte della ricerca, insieme a The Robertson Foundation e Woods Hole Oceanographic Institution.

Gli scheletri di corallo sono fatti di aragonite, una forma di carbonato di calcio. I coralli fanno crescere i loro scheletri verso l'alto impilando fasci di cristalli di aragonite, uno sopra l'altro. Allo stesso tempo, addensano quei fasci con cristalli aggiuntivi, che rinforza gli scheletri e li aiuta a resistere alle rotture causate dalle correnti, onde, tempeste, e noioso e morso dai vermi, molluschi, e pesce pappagallo.

"Le barriere coralline sono tra gli ecosistemi più diversificati della Terra, con enorme cultura, ecologico, e valore economico, " ha detto Anne Cohen, uno scienziato della WHOI e coautore dello studio. Le barriere coralline affrontano molteplici stress, compreso l'innalzamento del livello del mare, cambiare il regime nutritivo, e temperature oceaniche più calde, lei disse, ma a differenza del riscaldamento dell'oceano, che provoca sbiancamento visibile, l'impatto dell'acidificazione degli oceani è più insidioso e difficile da rilevare, e quindi più difficile da prevedere.

L'acidificazione degli oceani è causata dall'aumento dei livelli di anidride carbonica nell'atmosfera, principalmente dalla combustione di combustibili fossili. L'anidride carbonica (CO2) viene assorbita dall'acqua di mare, mettendo in moto reazioni chimiche che producono ioni bicarbonato (HCO3-) e carbonato (CO32-). I polipi di corallo, i piccoli animali corallini viventi dal corpo molle, portano in acqua di mare contenente HCO3-, CO32- e ioni calcio (Ca2+) in uno "spazio calcificante" tra le sue cellule e la superficie dello scheletro esistente. Pompano ioni idrogeno (H+) fuori da questo spazio per produrre più ioni carbonato (CO32-), rendendo più facile produrre carbonato di calcio (CaCO3) per i loro scheletri. Ma quando gli oceani assorbono l'eccesso di CO2, come sta accadendo ora, ci sono più ioni HCO3- ma meno ioni CO32- nell'acqua di mare, rendendo più difficile per i coralli l'accrescimento degli scheletri.

Esperimenti di laboratorio e studi sul campo, però, sono stati ambigui, mostrando chiari impatti negativi dell'acidificazione degli oceani sulla crescita scheletrica in alcuni casi, ma non negli altri. La nuova ricerca suggerisce che questa incoerenza riflette in parte la nuova complessità della crescita dello scheletro dei coralli.

Per testare questa teoria, gli scienziati hanno prelevato nuclei di scheletri da un tipo comune di coralli costruttori di barriere coralline chiamato Porites in quattro località:Palau, Atollo di Dongsha nel Mar Cinese Meridionale, Isola Verde al largo di Taiwan, e Saboga a Panama, dove le condizioni dell'acqua di mare abbracciavano un'ampia gamma di livelli di pH e concentrazioni di ioni carbonato. Hanno usato uno scanner per tomografia computerizzata 3D (CT) per visualizzare i nuclei scheletrici, che rivelano fasce di crescita annuali, proprio come anelli su un albero. Dalle scansioni, sono stati in grado di discernere e quantificare separatamente i componenti verso l'alto e l'ispessimento della crescita dei coralli. La loro analisi ha rivelato una correlazione coerente:gli scheletri dei coralli in acque più acide (pH più basso e meno ioni carbonato) erano significativamente più sottili. Però, non hanno trovato alcuna relazione tra la crescita verso l'alto e la concentrazione di ioni carbonato.

Per comprendere meglio questi processi, i ricercatori hanno esaminato il processo di crescita dei coralli e hanno dimostrato che quando il pH e gli ioni carbonato diminuiscono nell'acqua di mare ambientale, così fanno le concentrazioni di ioni carbonato nello spazio calcificante dei coralli. Di conseguenza, i coralli non possono produrre tanta aragonite per addensare lo scheletro. I coralli continuano a investire nella crescita verso l'alto, ma la "densificazione" o l'ispessimento ne soffre. Di conseguenza, i coralli in acque a pH più basso costruiscono scheletri più sottili che sono più suscettibili ai danni causati dalle onde martellanti o dagli attacchi di organismi erodenti.

Il team di ricerca ha ulteriormente analizzato i dati pubblicati su oltre 100 nuclei scheletrici di corallo Porites prelevati da altri scienziati in molti luoghi in cui è nota anche la chimica ambientale dell'acqua di mare. Le analisi hanno convalidato il meccanismo proposto dal team di come la chimica dell'acqua di mare influisce sulla densità degli scheletri di corallo.

I ricercatori osservano che l'acidificazione degli oceani non sta avvenendo isolatamente e che anche altri cambiamenti come il riscaldamento degli oceani influenzeranno la crescita dei coralli.

"Il nostro prossimo passo è espandere il nostro modello per incorporare gli effetti di molteplici fattori di stress sulla crescita scheletrica dei coralli, " disse Weifu Guo, un geochimico presso WHOI e investigatore capo dello studio. "Conoscere i dettagli di come i diversi aspetti del cambiamento oceanico influenzeranno i coralli ci consentirà di proiettare quantitativamente la traiettoria dei coralli che costruiscono le barriere coralline sotto il cambiamento climatico del 21° secolo".