océanos su acidificación es una amenaza real y grave de nuestra existencia

8/3/2019 Ocanos su acidificacin es una amenaza real y grave de nuestra existencia.

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Worldwide Circulation MagazineMayo 2011 N: 119 w -05/11

Dr. Marcos Sommerhttp:/ / www.oceanografossinfronteras.org

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Ocanos su acidificacin es una amenaza real y grave denuestra existencia.

Por Dr. Marcos Sommer

Los ocanos que cubren dos terceras partes de la superficie de la tierra, contienenlas nueve dcimas partes de los recursos de agua y el 90 por ciento de la biomasaviviente del mundo y son fuente primaria de alimento para ms de tres mil millones ymedio de personas. Adems son un recurso econmico vital que proporciona sus

medios de vida a millones de personas en todo el mundo. Junto con los organismosque alberga contienen en total alrededor de 38 000 Gt Carbn. Esto representaaproximadamente el 95% del carbn total que se encuentra en los ocanos, atmsfera ysistema terrestre, constituyendo un reservorio substancial de carbn (Riebesell U. et al.,2010). Esto demuestra el papel integral que desempean los ocanos en los procesosnaturales del ciclo del carbn a escala mundial (Turley C. 2010).

Los ocanos intercambian carbn en forma de CO2 con la atmsfera y proporcionanun importante sumidero de CO2. El intercambio de dixido de carbn es un procesobidireccional, ya que el ocano y la atmsfera se encuentran en todo momentoabsorbiendo y liberando CO2 (Kleypas et al., 1999,).

Las aguas superficiales de los ocanos son ligeramente alcalinas, con un pHpromedio alrededor de 8.2, aunque esto vara en los ocanos alrededor de 0.3


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unidades, debido a las variaciones estacinales, locales y regionales. El parmetropH refleja el estado termodinmico de todo el sistema cido-base presente en elagua de mar, en particular respecto al sistema geoqumica del CO2 y es indicativode procesos biolgicos como fotosntesis y respiracin.

El dixido de carbono en la atmsfera se disuelve en las aguas superficiales de losocanos y establece una concentracin en equilibrio con la concentracin de laatmsfera. Las altas concentraciones de dixido de carbono en el planeta nosolamente afectan a la atmsfera y generan el calentamiento global; tambinocasionan graves daos en los ocanos, cuyas aguas se vuelven cidas por elexceso de ese contaminante (IPCC, 2001).

La acidificacin ocenica (bajando el pH-la medicin de la acidez), se consider porprimera vez como un tema de gran importancia en el ao 2005, con la publicacindel informe de Royal Society (2005). Aunque ya existan referencias sobre estaproblemtica en la literatura, incluso desde los aos 70, stas aumentaran en

nmero desde unos diez aos antes de publicarse dicho informe.

Fig.1 Las corrientes ocenicas muevengrandes cantidades de agua de un lugar a otropor efecto de la rotacin de la tierra, latemperatura, la salinidad, la luna. En la figurase observa cmo se mueven las aguas clidas(flecha rojas) y fras (flechas azules) de estacorriente a lo largo de los ocanos del planeta.

Los ecosistemas ocenicos juegan unpapel importante en el cambio

climtico actuando como moderadordel clima (Sommer M., 2009). El ocano funciona como un almacn de la energasolar que recibe y la distribuye por medio de la circulacin ocenica entre el ecuadory los polos y entre la superficie y el fondo (Fig.1). Por otro lado, el ocano actamodificando la concentracin de C02 en la atmsfera que es el gas invernadero msimportante despus del vapor de agua.

La liberacin masiva de dixido de carbono (C02) est provocando un fenmenosubmarino que pocos han percibido: el agua de los ocanos se est poniendo ciday los esqueletos de los animales marinos se debilitan porque estn hecho decarbonato de calcio. En contraste, las algas marinas se reproducen masivamenteporque estn siendo fertilizadas con mucho carbono. Ese cambio en el nivel deacidez (o pH) del agua marina produce una menor disponibilidad de calcita,dragonita y otros carbonatos con los que se forman los arrecifes, los esqueletos y lasconchas de muchas especies marinas (Riebesell U. et al., 2010).

Desde el final de la primera Revolucin Industrial (Fig. 2), en los aos 1830s, laquema indiscriminada de combustibles fsiles, la deforestacin y la produccin decemento han emitido a la atmsfera ms de 440.000 millones de toneladas de C02(la mitad de ellos durante los ltimos 30 aos) (Keeling et al., 1995, Khatiwala et al.,2009).

El trabajo de Havenhand J.N. et al., (2008), publicado en la revista Current Biology,afirma que el pH del agua de la superficie del mar ha disminuido hasta en un 25%


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desde el inicio de la industrializacin. Este aumento de la acidez, aseguran estosexpertos, amenaza la viabilidad de muchas especies marinas.

Fig.2 Las emisiones de CO2 en la atmsfera se han ido incrementando desde la poca preindustrial(Keeling et al., 1995). Aproximadamente el 50 por ciento es secuestrado por el ocano, jugando ungran papel como depsito de CO2 (Bates et al., 2007).

Aproximadamente el 50 por ciento de las emisiones permanecen en la atmsfera, elotro 50 por ciento es secuestrado por el ocano y la vegetacin terrestre (Bates etal., 2007). Por tanto, el ocano se comporta como un sumidero de CO2secuestrando y jugando un papel como depsito de CO2, conteniendo unas 50veces ms que la atmsfera y 20 veces ms que la biosfera (Fig.2). Lasconcentraciones atmosfricas de C02 se sita en torno a 390 ppmv y el pHsuperficial del ocano en 8.1 (Ros, A... 2009, Takahashi et al., 2002).

Fig.3 Los mares absorben en promedio 22 millones de toneladas debixido de carbono producido por el ser humano (Foto O.S.F).

Actualmente hay un consenso cientfico en que laacidificacin ocenica es un hecho real y supone unaamenaza importante para la vida marina. Por ejemplo, laDeclaracin sobre la Acidificacin Ocenica del Panel

Inter.-Acadmico de Asuntos Internacionales (2009) afirma que an con la

estabilizacin del C02 atmosfrico en 450 ppmv, la acidificacin ocenica tendrimpactos trascendentales en muchos ecosistemas marinos (Fig.3). Se predice quelos niveles de CO2 continuarn incrementndose de manera drstica durante el


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siguiente siglo y probablemente durante mucho ms tiempo, y a menos que sereduzcan sustancialmente las emisiones, podra llegar a niveles superiores a 1000ppm para el ao 2100, algo superior a lo experimentado en la Tierra durante variosmillones de aos (Langdon et al., 2003,Hall-Spencer et al., 2008 ). Se necesita unareduccin rpida de al menos el 50 por ciento de las emisiones globales de C02 para

el ao 2050. En la historia de la tierra el equilibrio cido base del ocano ha sidorelativamente constante. Las burbujas atrapadas en las capas de hielo proporcionanun registro de los niveles pretritos de C02 atmosfrico, a partir de los cuales sepuede calcular el pH del ocano. Los testigos extrados del hielo pueden leerse deforma parecida a los anillos de los rboles: las capas superficiales reflejan lascondiciones ms recientes mientras que las ms profundas fueron depositadas hacemucho tiempo. Estos testigos muestran que durante los ltimos 800.000 aos, hastamediados de los aos 1800s, los niveles atmosfricos de C02 nunca superaron las280 ppmv, mientras el pH del agua de mar se mantena alrededor de 8,2. El artculode Zeebe et al. (2008) en la revista Science subraya que la reduccin de lasemisiones de CO2 no slo ayudara a combatir el cambio climtico, sino tambin la

acidificacin de los ocanos. En cualquier caso, los cientficos recuerdan que unavez que el pH del ocano ha descendido, llevar miles de aos revertir el cambio,aunque se asuman medidas para reducir las emisiones de CO2. Por ello, algunosexpertos recomiendan prepararse para posibles impactos negativos que puedanafectar, por ejemplo, a las pesqueras.

Fig. 4 Efectos locales en laszonas costeras (Foto O.S.F).

Otras publicaciones semuestran ms cautelosasy no atribuyen al serhumano toda laresponsabilidad de laacidez ocenica, sedescriben que hay un granafloramiento de agua mscida proveniente de laprofundidad. Las aguasdel ocano profundo son

ms fras que las aguassuperficiales y contienen

ms carbono que se mezcla con el agua marina y forma cido carbnico.

La acidificacin ocenica es muy distinta del cambio climtico. El cambio climticorepresenta un conjunto mucho ms amplio de consecuencias para las actividadeshumanas afectando a diferentes procesos cuya frecuencia, escala y efectos varandesde niveles predecibles hasta algn altamente incierto. Las implicaciones podranllegar a ser tan importantes como las asociadas con el calentamiento global. Dehecho mientras ste ltimo resulta un tanto elusivo y es difcil de monitorizar, laacidificacin ocenica puede ser cuantificada, es predecible y es progresiva


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Hay factores que pueden influenciar de manera local las principales reaccionesqumicas del CO2 con el agua de mar y sumarse a los efectos de la acidificacinocenica. La figura 4 muestra las presiones impuestas por el hombre en las zonascosteras. Las aguas costeras se ven afectadas tambin por el exceso de aporte denutrientes, principalmente nitrgeno, procedente de la agricultura, los fertilizantes y

las aguas residuales. La eutrofizacin resultante promueve grandes proliferacionesde plancton, que cuando se colapsan y sedimentan al fono del mar, estimulan laaccin bacteriana sobre toda esta materia y provoca un descenso del oxigenodisuelto en el agua de mar y un incremento del CO2 (que reduce el pH) (Sommer M.,2010).

Cuando el CO2 emitido a la atmsfera se disuelve en el agua de mar, tienen lugaruna serie de reacciones qumica que resultan ser conocidas por el proceso de laacidificacin ocenica, tambin denominada el problema del CO2 (Fig.5 -1). El ciclodel carbono en el ocano, en sus formas orgnicas e inorgnicas est gobernadopor procesos fsicos y biolgicos. Estos procesos son conocidos como bomba fsica

(o de solubilidad) y bomba biolgica. Ambas bombas actan incrementando lasconcentraciones del CO2 dentro del ocano (Takahashi, K., 1989).

Cabe destacar dos reacciones importantes.Primeramente, la formacin de cido carbnico, con la consiguiente liberacin deiones hidrgeno (Fig. 5 - 2,3).

Fig.5 (1,2,3) Acidificacin ocenica. La quema de combustibles fsiles provoca un aumento del CO2en la atmsfera que es captado por el ocano y hace que ste se vuelva ms cido (FuenteUniversity of Maryland modificada).

En est reaccin la liberacin de iones hidrgeno incrementa la acidez, reduciendoel pH. Esta disolucin de CO2 ha bajado el pH promedio de los ocanos cerca de


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0.1 unidades desde los tiempos pre-industriales (Caldeira, K. y Wickett, M. E.,2003.). Este valor puede parecer pequeo, pero debido a la forma en que se mide elpH, este cambio representa un aumento del 30% en la concentracin de los iones dehidrgeno, lo cual es una considerable acidificacin del ocano. El aumento de laconcentracin atmosfrica de CO2 conducir a una mayor acidificacin de los

ocanos (Barker y Elderfiel, 2002).

Es importante tener presente que cualquier cambio en los procesos biolgicos en lasaguas superficiales del ocano tambin afectar a las aguas ms profundas. Esto sedebe a que los organismos y el hbitat que viven en los niveles ms bajos de losocanos - lejos de la luz del sol - se basan principalmente en los productos creadospor las diferentes formas de vida en las aguas superficiales. Posteriormente seproduce una segunda reaccin (Fig.5 - 3), entre los iones carbonatos el dixido decarbonato y el agua que produce iones bicarbonato. El efecto combinado de estasreacciones no solamente aumenta la acidez sino que adems reduce ladisponibilidad de iones carbonato. Estos iones son necesarios para el proceso de

calcificacin, mediante el cual se produce las conchas y esqueletos calcreos demuchos organismos. La Red Europea de Excelencia para el Anlisis de losEcosistemas Ocenicos (EUR-OCEANS, http://www.eur-oceans.eu/) recuerda quelos ocanos del Sur y el rtico, ms fros y cidos, podran volverse totalmenteinhspitos a finales de este siglo para este tipo de organismos.

El impacto de la creciente concentracin de CO2 y posteriormente la acidificacin delocano, puede afectar en un mediano plazo a todas las formas de vida. Como unefecto indirecto sin embargo casi inmediato encontramos el impacto sobre losorganismos marinos, dichos efectos son derivados de los cambios en ladisponibilidad la composicin de nutrientes como resultado del aumento de laacidez (Feely et al., 2004).

El ciclo del carbono en sus formas orgnicas e inorgnicas est gobernado porprocesos fsicos y biolgicos. Estos procesos son conocidos como bomba fsica (ode solubilidad) y bomba biolgica. Ambas bombas actan incrementando lasconcentraciones de CO2 dentro del ocano (Takahashi, K., 1989).

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La bomba fsica (Fig.6) est conducida por elintercambio de CO2 en la interfase atmsfera ocano y

por el proceso fsico que transporta CO2 al ocanoprofundo. El CO2 atmosfrico entra en el ocano porintercambio gaseoso dependiendo de la velocidad delviento y de la diferencia de las presiones parciales entrela atmsfera y el ocano. La solubilidad del CO2 enagua de mar es muchas veces mayor que la de otrosgases como el nitrgeno o el oxgeno. Esta diferencia esdebida a la reaccin con el carbonato:

Fig. 6. Bomba fsica.

Esta reaccin tiene una constante de equilibrio muy grande que hace que la mayora

del CO2 que entra al ocano se convierta rpidamente en bicarbonato.


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Cuanto ms fra es el agua de mar ms CO2 se disuelve en ella. Mientras que enmares tropicales y subtropicales se desprende dixido de carbono a la atmsfera.Groenlandia y los ocanos antrticos tienen una notable importancia para la bombafsica, pues mediante el hundimiento de las aguas superficiales se va transportandoel CO2 de la atmsfera a las aguas profundas, luego de aos por surgerencia esasaguas vuelven a subir a la superficie.

Fig. 7. Bomba biolgica.

Bomba biolgica (Fig. 7)consiste en un transporte deCO2 desde la superficie del ocano hacia el fondomediante la produccin fitoplanctnica. Las aguassuperficiales ocenicas estn habitualmentesobresaturadas debido al oxgeno liberado durante lafotosntesis. Cerca del fondo de la zona ftica hay unbalance entre la cantidad de carbono que el fitoplanctnfija por fotosntesis y la cantidad que disipa porrespiracin. La profundidad a la que este balance tiene

lugar se denomina profundidad de compensacin, debajode esta no hay crecimiento fitoplanctnico neto.Parte del fitoplanctn entra en la cadena trfica y otra se muere. La materia orgnicaen forma de desechos biognicos es transportada a las capas ms profundas de losocanos va sedimentacin gravitatoria donde se oxida y se descompone. La mayorparte de los desechos biognicos estn compuestos de carbono, tanto la materiaorgnica blanda como los esqueletos calcreos compuestos por carbonato clcico,tales como las conchas de los moluscos. Una parte de la materia orgnica alcanzael lecho marino incorporndose a los sedimentos como consecuencia de la bombabiolgica las aguas del fondo de los ocanos contienen mucho ms CO2 y estnsobresaturadas. Este desequilibrio se mantiene gracias a la estratificacin vertical dela densidad en la columna de agua. El CO2 queda atrapado en las aguas fras yprofundas de los ocanos.

Fig. 8. Contra-bomba de cal.

La contra-bomba de calLa tercera, la contra-bomba de carbonato acta en formacontraria a las otras dos bombas y lleva a la liberacin dedixido de carbono en la atmsfera. Comienza con laformacin de capas de cal de organismos marinos, sobretodo de corales y algas de cal plancticas. Aunqueparezca que las formaciones de cal enlacen grandescantidades de dixido de carbono, en realidad sucede locontrario: con la formacin de cal se produce CO2. La


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misma est condicionada por la reaccin qumica, formndose de cada dos HCO3,una molcula de cal (CO2), agua y CO2 correspondientemente. Por tal motivo laformacin de cal conduce a un aumento de la concentracin de CO2 en el mar, quese nivela con la concentracin atmosfrica, mientras se libera dixido de carbono.Clculos recientes muestran que la formacin de cal en arrecifes es

aproximadamente cuatro veces ms grande que en las algas de cal. Ya que losarrecifes se encuentran en mares clidos pocos profundos, adems que lasolubilidad del dixido de carbono es escasa en aguas clidas y el gas abandonatanto ms rpido el agua de mar.

Una de las implicaciones ms importantes de la acidificacin de los ocanos serefiere al hecho de que muchos organismos marinos fotosintticos y animales, talescomo foraminferos, cocolitofridos, corales de agua clida y fra, moluscosterpodos, equinodermos, algunos crustceos y macro algas forman sus conchas yplacas de carbonato de calcio (CaCO3) (Fig.9). Adems de la calcificacin, laacidificacin podra provocar diversos efectos negativos directos en la fisiologa y

reproduccin de los seres vivos, como por ejemplo hipercapnia (presencia excesivade CO2 en los fluidos corporales). Otras consecuencias podran ser ms indirectas,pero no menos preocupantes, como el descenso de los recursos alimenticios o ladestruccin del hbitat de ciertas especies, como las que viven en los arrecifes decoral.

Se ha observado en zonas tropicales o en el mar Mediterrneo, que la alteracin delpH y la temperatura de los mares y ocanos promovern la proliferacin de lasespecies con mayor capacidad de adaptacin, mientras que las criaturas msespecializadas, que han basado su estrategia evolutiva en su ajuste a lascondiciones estables de los ocanos durante millones de aos, sern los principalesperjudicados.

Como tambin ocurre con la vida en tierra firme, los ojos de la opinin pblica secentran en el drama que se experimenta en los arrecifes de coral, olvidando otrascriaturas igualmente valiosas para el mantenimiento de los ecosistemas marinos, eneste caso el plancton microscpico, situado en la base de una compleja cadenaalimentara de la que dependen por igual criaturas marinas y millones de personas.Pero la reduccin drstica de las principales especies de fitoplancton podra tenerconsecuencias no slo sobre la vida marina, sino sobre el clima de la Tierra.

Fig. 9. Organismos marinos sus conchas y placas de carbonato de calcio.

El proceso de calcificacin, el cual para algunos organismos marinos es importantepara su biologa y supervivencia, se ve obstaculizado progresivamente a medida queel agua se acidifica (se vuelve menos alcalina). Este efecto negativo sobre lacalcificacin es uno de los ms evidentes y, posiblemente, el ms grave de los

impactos ambientales del cambio climtico (Barker y Elderfiel, 2002).


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Los corales son uno de los indicadores confiables del cambio climtico y el efectoantropognico en el ciclo del CO2.. Veron en su libro A Reef in Time (2010) secuestiona el futuro de los arrecifes de coral del mundo y concluye que los arrecifesde coral no son ms que los canarios de los ocanos y su deplorable estado augurael empeoramiento de la salud de los ecosistemas marinos.

Veron recuerda que, en las ltimas dcadas, se han escrito decenas de artculossobre las numerosas amenazas para los arrecifes de coral. En las dcadas de los 60y 70, el riesgo fue personalizado en la corona de espinas, una especia invasiva deestrella de mar que se alimenta de coral.En los 80 y 90, pese a que la presencia de la corona de espinas continuabamultiplicndose, los artculos sobre el futuro de los arrecifes se centraron en nuevasamenazas, tales como la erosin y escorrenta de sedimentos, el empobrecimientode los nutrientes, la sobrepesca y la destruccin del hbitat en general. Ahora, sinembargo, la amenaza es mucho mayor, segn Veron. "Nada se acerca a ladevastacin que est a punto de ocurrir". En esta ocasin, no se trata de amenazasque minan poco a poco el futuro de zonas concretas de un ecosistema complejo.

El origen del coral comienza cuando la larva ciliada llamada plnula, abandona elmedio planctnico y se fija en una superficie resistente para transformarse en plipo.Cambia entonces el cilio o flagelo, que le serva para nadar, por una boca centralrodeada por una corona de tentculos (Fig. 10).

Fig. 10. Hidrozoos (coral) ciclo biolgico.

El plipo absorbe los iones de calcio ycarbonato disueltos en el agua, con losque construye su propio esqueleto, un

resistente abrigo de piedra caliza. Esteesqueleto de carbonato de calcioconforma generalmente una estructurahexameralmente simtrica. Por lo tantoun coral es una construccin biolgicaconformada por los esqueletos calcreosde madrporas, agrupadas en coloniasde plipos y algas a lo largo de lascostas tropicales de aguas clidas ypoco profundas. Las partes vivas formanuna biocenosis compleja en la queencontramos vegetales y animales, laparte animal que son los plipos, vivenfijos por uno de sus extremos al sustrato,y en el otro extremo tienen la boca,rodeada de tentculos (Ginsburn, 1994).

El coral hospeda dentro de sus clulasdiminutas algas unicelulares llamadas zooxantelas que, mediante su fotosntesis,son una fuente importante de carbono para el coral y para su calcificacin(estructuracin del esqueleto). Los experimentos indican que en la mayora de los

casos hay una disminucin de la tasa de calcificacin del coral cuando los niveles deCO2 aumentan; por tanto es evidente que la subida de CO2, en lugar de protegerlas,en realidad disminuye la capacidad de los corales para construir sus esqueletos y,


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por lo tanto, su capacidad para soportar tormentas. Esto indica que, tarde otemprano, el crecimiento ser menor que la erosin natural y por tanto esos arrecifesterminarn desapareciendo (Langdon, C et al., 2003). Se estima que el 25 por cientode las especies del ocano pasan al menos una parte de sus ciclos de vida en losarrecifes.

Entre las especies amenazadas por la acidificacin del ocano se encuentran loscorales tropicales y profundos, el plancton calcreo y los pterpodos de vida libre,debido a una mayor dificultad a la hora de construir y mantener sus esqueletos ycaparazn. Estas especies juegan un papel clave en el ocano, ya sea porqueconstruyen estructuras tridimensionales, como arrecifes de coral, que hospedan unadiversidad biolgica considerable y actan como proteccin costera o bien por sercomponentes clave de las cadenas trficas y los ciclos biogeoqumicos marinos(p.ej. plancton, calcreo, pterpodos).

La vida en el ocano se ha recuperado de numerosos episodios de extincin

repentinos gracias a la adaptacin y evolucin de nuevas especies, pero las escalasde tiempo necesarias para la extincin y la repoblacin son de millones de aos, node unos pocos siglos. La acidificacin ocenica producida por el hombre estafectando al ocano de manera mucho ms rpida que el ritmo de recuperacinnatural de la tierra. La tasa actual de acidificacin es 10 veces ms rpida quecualquier otra experimentada desde la era de los dinosaurios hace 65 millones de aaos (Takahashi et al., 2009). Es un complicado proceso de retroaccin entre elpresupuesto de carbono del mar y el clima. En el caso del calentamiento por elefecto invernadero, podra disolverse menos CO2 en el ocano. La bomba fsicaseguir debilitndose porque por medio del calentamiento del agua y la reduccindel contenido de sal producida por el deshielo de los glaciares y de las capaspolares, disminuyen la formacin de aguas profundas en aguas cercanas a laszonas polares; es decir que el agua superficial se volver muy caliente y muy livianapara hundirse. Segn publicaciones paleooceanograficas, existen incluso evidenciasde que extinciones masivas ocurridas en la historia de la Tierra, como la ocurridahace 251 millones de aos, fueron acompaadas de eventos pretritos deacidificacin ocenica, que habra contribuido en causar la mortalidad de especiesque no pudieron resistir el cambio. Los estudios de estos perodos del pasadoproporciona informacin muy valiosa sobre lo que podra ocurrir en el futuro sicontinuamos empujando la acidificacin de los ocanos hacia lmites todava msextremos.

El concepto de Desarrollo Sustentable ofrece una mirada distinta en la bsqueda deun desarrollo equilibrado entre economa, sociedad y ambiente. La oceanologa tienemucho que aportar para comprender el pasado y redisear el futuro.

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océanos su acidificación es una amenaza real y grave de nuestra existencia

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