Impacto del dióxido de carbono atmosférico, alcalinidad en la acuicultura de agua dulce

Profesor Boyd: Se espera que los sistemas de acuicultura tengan poco impacto, pero mayor preocupación por el calentamiento global y el cambio climático.

Se espera que los cambios en el dióxido de carbono y la alcalinidad de las atmósferas de la acuicultura de agua dulce tengan poco impacto en los sistemas de acuicultura, pero existe preocupación por el mayor impacto en el calentamiento global y el cambio climático.

Las concentraciones de CO2 atmosférico han aumentado de un estimado de 280 millones de partes por millón (ppm) al comienzo de la Revolución Industrial (alrededor de 1750) a 406 ppm en 2017. Este aumento se debió principalmente a la quema de combustibles fósiles y se espera que continúe.

Dióxido de carbono atmosférico

El dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero y se considera un factor antropogénico importante que contribuye al calentamiento global. El aumento de la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera aumenta la solubilidad del dióxido de carbono en agua. En 1978, la solubilidad del dióxido de carbono en agua pura bajo una atmósfera de presión y a 20 ° C fue de 0,56 mg / l. La solubilidad había aumentado a 0,67 en 2012, un aumento de casi el 12 por ciento.

El dióxido de carbono es ácido porque reacciona para formar ácido carbónico. Debido al aumento en la concentración de dióxido de carbono en el océano, el pH promedio del océano ha caído de 8.12 en 1980 a 8.09 en 2008. Esto ha causado que algunas áreas del océano estén insaturadas con carbonato de calcio.

La exposición de organismos marinos calcáreos, como corales, moluscos y algo de plancton, al carbonato de calcio saturado dificulta la producción de conchas bien formadas en una etapa posterior de la vida, y las conchas de los organismos maduros tienden a disolverse parcialmente. Las conchas de las poblaciones tanto silvestres como acuícolas de algunas especies marinas de calcio son más delgadas que antes. Suponiendo que el aumento de las concentraciones de CO2 atmosférico continúe como se esperaba, esto tendrá consecuencias nefastas para las especificaciones marinas y la red alimentaria.

Alcalinidad en agua dulce

La alcalinidad en el agua dulce se debe principalmente a la disolución de la piedra caliza, el silicato de calcio y los minerales feldespato. La mayor solubilidad del dióxido de carbono como resultado del aumento de la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera aumenta la solubilidad de estos minerales, como se ilustra a continuación. caliza, carbonato de calcio:

CaCO3 + CO2 + H2O ⇌Ca2 + + 2HCO3–.

La adición de dióxido de carbono conduce a una mejor reacción, lo que resulta en más calcio (Ca2 +) y bicarbonato (HCO3–). El calcio es el ion principal que causa la dureza del agua y el bicarbonato es la principal fuente de alcalinidad en la mayoría de las aguas dulces.

En los EE. UU., La solubilidad de una muestra de piedra caliza de una cantera cerca de Auburn cerca de Auburn aumentó de 59 mg / l en 1980 a 62,7 mg / l en 2014. En Alabama, la alcalinidad promedio de más de 200 corrientes aumentó de 41,6 mg / l en 1972 a 47,2 mg / l en 2014. La concentración equilibrada de dióxido de carbono en el agua resultante de concentraciones de dióxido atmosférico que van desde un estimado de 280 ppm al comienzo de la Revolución Industrial hasta 500 ppm (aproximadamente 100 ppm más alto que en la actualidad) también se muestra en la Figura 1. Alcalinidad de equilibrio debida al calcio También se muestra la solubilidad del carbonato a diferentes concentraciones de dióxido de carbono.

Figura 1: Equilibrio, concentración de solución acuosa de dióxido de carbono en atmósferas con diferentes concentraciones atmosféricas (puntos sólidos) y concentración de alcalinidad total del equilibrio (puntos abiertos) en un sistema de agua destilada con carbonato cálcico abierto a la atmósfera

Efecto sobre el pH, alcalinidad

Una mayor concentración de dióxido de carbono reduce ligeramente el pH en el agua dulce a una alcalinidad determinada, pero también provoca una mayor alcalinidad (Figura 2). Como resultado, el pH aumenta ligeramente al aumentar la alcalinidad (Figura 2). Es probable que el efecto general de concentraciones más altas de CO2 atmosférico sea un pequeño aumento en el pH del agua dulce.

Figura 2: Valores de pH para diferentes concentraciones de alcalinidad total en agua en equilibrio con diferentes concentraciones de dióxido de carbono atmosférico.

El océano obtuvo su alcalinidad principalmente debido a la alcalinidad causada por la entrada de agua dulce de la masa de maíz. Sin embargo, el tiempo de retención hidráulica del océano es de unos 35.000 años, y el tiempo de retención hidráulica de los cuerpos de agua dulce es de unos pocos meses (especialmente para los estanques de acuicultura) a unos pocos años. Un aumento en las concentraciones de dióxido de carbono atmosférico da como resultado una mayor solubilidad de las fuentes de alcalinidad en las cuencas de captación de cuerpos de agua dulce y provoca un rápido aumento de su alcalinidad. Sin embargo, la alcalinidad tardaría mucho más en aumentar en el océano.

Una alcalinidad más alta aumenta la capacidad del agua con un pH de 8.3 o menor (sin dióxido de carbono libre en el agua con un pH superior a 8.3, para almacenar dióxido de carbono, como se muestra a pH 7 y 7.5 en la Figura 3. La mayoría de las plantas de fitoplancton y otros ambientes acuáticos reciben dióxido de carbono del bicarbonato (pH superior a 8,3) en ausencia de dióxido de carbono libre El aumento de la alcalinidad aumenta la disponibilidad de carbono inorgánico para la fotosíntesis en agua dulce.

Figura 3. Concentración de solución acuosa de dióxido de carbono a pH 7 y pH 7,5 en cuerpos de agua dulce con diferentes concentraciones de alcalinidad.

Es probable que el aumento de la alcalinidad en la fuente de agua de las instalaciones de acuicultura sea relativamente pequeño. Esto asegura que el pH sea ligeramente más bajo para cierta alcalinidad específica cuando se equilibra la atmósfera con dióxido de carbono, pero debido al aumento de alcalinidad, el pH en realidad puede elevarse ligeramente de la norma actual. La revisión es que la fotosíntesis de fitoplancton puede tener un poco más de carbono, lo que hace que la productividad del fitoplancton sea ligeramente mayor. Los materiales de piedra caliza también se disuelven mejor en estanques donde se requiere encalado a concentraciones más altas de dióxido de carbono.

Perspectivas

Sin embargo, los efectos anteriores parecen controvertidos. La acuicultura se está volviendo cada vez más intensiva y basada en forrajes. La mayor liberación de dióxido de carbono en las aguas de los sistemas de cultivo debido a la respiración de los animales de granja y la descomposición de alimentos y heces no comestibles eclipsa la cantidad de dióxido de carbono liberado a los estanques desde la atmósfera.

Fitoplancton en estanques hace que el pH aumente durante el día, eliminando el dióxido de carbono del agua para la fotosíntesis más rápido de lo que puede ser reemplazado por una combinación de difusión atmosférica y liberación de la biota del estanque por respiración. Por la noche ocurre exactamente lo contrario y el pH desciende. Las fluctuaciones de pH están determinadas por la cantidad de fitoplancton y la capacidad amortiguadora del agua. Una mayor capacidad amortiguadora del agua debido a una mayor alcalinidad debería equilibrar la tendencia a un pH más alto debido a un pH más alto fotosíntesis.

En acuicultura, el efecto de aumentar la concentración de alcalinidad no debería ser pequeño. Además, el pequeño aumento en la solubilidad de los materiales de encalado no debería ser lo suficientemente grande como para reducir significativamente la tasa de encalado en estanques ácidos. El aumento de las concentraciones de CO2 atmosférico tiene otras consecuencias, incluido el calentamiento global y el cambio climático. Estos efectos son más preocupantes en la acuicultura de agua dulce que el aumento de la alcalinidad.

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