Ocean acidification and marine biodiversity: Impacts on food webs in a changing climate

This thesis had the objective of providing a brief literature review on ocean acidification as a major consequence of climate change, focusing on its causes, trends, impacts on marine biodiversity, and possible mitigation and adaptation strategies. The aim was to offer an integrated overview of how rising atmospheric carbon dioxide concentrations alter ocean chemistry and affect marine organisms, food webs, and ecosystem functioning. The thesis also links the chemical basis of ocean acidification with its broader ecological implications, emphasizing that it must be understood not only as a decrease in seawater pH, but also in terms of biological responses and ecosystem resilience. The thesis first examined the relationship between climate change and the marine environment, highlighting the role of oceans in absorbing excess heat and CO₂ from human activities. While this buffering effect slows atmospheric warming, it also drives significant physical and chemical changes. Ocean acidification was described as a direct result of anthropogenic CO₂ uptake, which lowers pH and reduces carbonate ion availability. The literature identifies fossil fuel combustion, deforestation, and industrial production as the main drivers, with nutrient runoff contributing at local scales. Evidence shows that current pH changes are occurring at an unprecedented rate compared to natural variability. central objective of this thesis was to assess the effects of ocean acidification on marine biodiversity. The literature shows that calcifying organisms, such as corals, mollusks, echinoderms, and some plankton, are particularly vulnerable due to reduced carbonate availability. Acidification also affects non-calcifying organisms by altering metabolism, behavior, and reproduction. These impacts extend beyond individual species, as changes in phytoplankton and zooplankton can propagate through food webs, affecting trophic interactions and ecosystem stability. Coral reefs, polar regions, and coastal upwelling systems were identified as especially vulnerable environments. Overall, this thesis concludes that ocean acidification is a persistent and accelerating global stressor that interacts with warming, deoxygenation, and other anthropogenic pressures. Its effects are cumulative and often synergistic. Although local actions alone cannot halt acidification without significant global CO₂ reductions, strategies such as ecosystem-based management, marine protected areas, habitat restoration, and blue carbon conservation can enhance resilience and support adaptation. The findings highlight that ocean acidification is not only a chemical process, but also a major ecological and policy challenge for the future of marine ecosystems.

Questa tesi ha avuto l’obiettivo di fornire una breve revisione della letteratura sull’acidificazione degli oceani come una delle principali conseguenze del cambiamento climatico, analizzandone cause, trend, impatti sulla biodiversità marina e possibili strategie di mitigazione e adattamento. Lo scopo è stato quello di offrire una visione integrata di come l’aumento della CO₂ atmosferica modifichi la chimica degli oceani e influenzi organismi marini, reti trofiche e funzionamento degli ecosistemi. La tesi collega inoltre i processi chimici dell’acidificazione alle loro implicazioni ecologiche, sottolineando che il fenomeno deve essere interpretato non solo come una diminuzione del pH, ma anche in termini di risposta biologica e resilienza ecosistemica. Il lavoro ha inizialmente esaminato la relazione tra cambiamento climatico e ambiente marino, evidenziando il ruolo degli oceani nell’assorbimento di calore e CO₂ prodotti dalle attività umane. Se da un lato questa funzione contribuisce a mitigare il riscaldamento globale, dall’altro determina importanti modificazioni fisiche e chimiche. L’acidificazione oceanica è stata quindi descritta come una conseguenza diretta dell’assorbimento di CO₂ antropogenica, che riduce il pH e la disponibilità di ioni carbonato. La letteratura individua nella combustione dei combustibili fossili, nella deforestazione e nelle attività industriali le principali cause, mentre il runoff di nutrienti contribuisce su scala locale. Le evidenze indicano inoltre che le attuali variazioni del pH stanno avvenendo a una velocità senza precedenti rispetto alla variabilità naturale. Un obiettivo centrale della tesi è stato valutare gli effetti dell’acidificazione sulla biodiversità marina. I risultati mostrano che gli organismi calcificanti, come coralli, molluschi, echinodermi e alcune specie planctoniche, sono particolarmente vulnerabili a causa della ridotta disponibilità di carbonato. Tuttavia, anche gli organismi non calcificanti possono essere influenzati, con alterazioni del metabolismo, del comportamento e della riproduzione. Questi effetti non si limitano alla singola specie, ma si propagano lungo le reti trofiche attraverso cambiamenti nel fitoplancton e nello zooplancton, con conseguenze sulla produttività e sulla stabilità degli ecosistemi. Le barriere coralline, gli ecosistemi polari e le aree costiere soggette a upwelling risultano particolarmente vulnerabili. el complesso, questa tesi conclude che l’acidificazione oceanica rappresenta uno stress globale in accelerazione che interagisce con il riscaldamento, la deossigenazione e altri fattori antropici. I suoi effetti sono cumulativi e spesso sinergici. Sebbene gli interventi locali non siano sufficienti da soli a fermare il fenomeno senza una riduzione globale delle emissioni di CO₂, strategie come la gestione ecosistemica, le aree marine protette, il ripristino degli habitat e la tutela degli ecosistemi a blue carbon possono aumentare la resilienza e favorire l’adattamento. I risultati evidenziano quindi che l’acidificazione degli oceani rappresenta non solo un problema chimico, ma anche una sfida ecologica e politica cruciale per il futuro degli ecosistemi marini.