Ciclo del carbono: características, reservorios, componentes, alteraciones

El ciclo del carbono es el proceso biogeoquímico que describe el flujo del carbono en la Tierra. Consiste en el intercambio de carbono entre los diferentes reservorios (atmósfera, biosfera, océanos y sedimentos geológicos), así como su transformación en diferentes arreglos moleculares.

El carbono es un elemento esencial en la vida de los seres vivos. En la Tierra está presente en su forma simple como carbón o diamantes, en forma de compuestos inorgánicos, como dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4), y como compuestos orgánicos, como la biomasa (la materia de los seres vivos) y los combustibles fósiles (petróleo y gas natural).

El ciclo del carbono es uno de los ciclos biogeoquímicos más complejos y de mayor importancia por sus repercusiones sobre la vida en el planeta. Puede descomponerse en dos ciclos más sencillos, que están interconectados.

Uno comprende el intercambio rápido de carbono que ocurre entre los seres vivos y la atmósfera, los océanos y el suelo. Otro describe los procesos geológicos a largo plazo.

En el último siglo los niveles de CO2 atmosféricos han incrementado considerablemente debido al uso de combustibles fósiles para mantener un modelo económico, social y tecnológico insostenible impulsado por la Revolución Industrial en el siglo XIX.

Este desbalance en el ciclo global del carbono ha traído como consecuencia un cambio en los patrones de temperatura y precipitación que se expresan hoy en lo que conocemos como cambio climático.

Características generales

Liberación de carbono geológico a la atmósfera por un volcán en erupción. Autor: Ciencia1.com [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

El carbono es un elemento químico no metálico. Su símbolo es C, su número atómico es 6 y su masa atómica es 12,01. Dispone de cuatro electrones para formar enlaces químicos covalentes (es tetravalente).

Es uno de los elementos más abundantes en la corteza terrestre. El cuarto elementos más abundantes en el universo, después del hidrógeno, el helio y el oxígeno, y el segundo elemento más abundante en los seres vivos, después del oxígeno.

El carbono tiene una gran importancia para la vida. Es uno de los principales constituyentes de los aminoácidos que dan lugar a las proteínas y es un constituyente esencial del ADN de todos los seres vivos.

Junto al oxígeno y el hidrógeno forma una gran diversidad de compuestos como los ácidos grasos, constituyentes de todas las membranas celulares.

Reservorios de carbono

Atmósfera

La atmósfera es la capa gaseosa que rodea a la Tierra. Contiene el 0,001% del carbono global, principalmente en forma de dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4).

A pesar de ser uno de los menores reservorios de carbono en la Tierra, está involucrada en una gran cantidad de procesos bioquímicos. Representa un reservorio importante en el mantenimiento de la vida en la Tierra.

Biosfera

La biosfera contiene dos tercios del carbono total de la Tierra en forma de biomasa (viva y muerta). Siendo el carbono una parte importante de la estructura y de los procesos bioquímicos de todas las células vivas.

Los bosques, no solo constituyen un reservorio de carbono importante en la biosfera, sino que algunos tipos han sido reconocidos como sumideros, como los bosques templados.

Cuando los bosques están en etapas primarias toman el CO2 de la atmósfera y lo almacenan en forma de madera. Mientras que cuando alcanzan la madurez absorben menos dióxido de carbono, pero la madera de sus árboles contiene cantidades enormes de carbono (aproximadamente el 20% de su peso).

Los organismos marinos también constituyen un reservorio importante de carbono. Estos almacenan carbono en sus conchas, en forma de carbonato de calcio.

Suelos

El suelo contiene aproximadamente un tercio del carbono de la Tierra en formas inorgánicas, como el carbonato de calcio. Almacena tres veces más carbono que la atmósfera y cuatro veces más carbono que la biomasa de las plantas. El suelo es el mayor reservorio en interacción con la atmósfera.

Además de ser un reservorio de carbono, el suelo ha sido identificado como un importante sumidero; es un depósito que contribuye a absorber la elevada y creciente concentración de carbono en la atmósfera, en forma de CO2. Este sumidero es importante para la disminución del calentamiento global.

Los suelos de calidad, con una buena cantidad de humus y materia orgánica, son buenos reservorios de carbono. Las prácticas tradicionales y agroecológicas de siembra mantienen las propiedades del suelo como reservorio o sumidero de carbono.

Océanos

Los océanos contienen el 0,05% del carbono global de la Tierra. El carbono se encuentra principalmente en forma de bicarbonato, que puede combinarse con el calcio y formar carbonato de calcio o piedra caliza, que precipita en el fondo del océano.

Los océanos han sido considerados como uno de los mayores sumideros de CO2, al absorber cerca del 50% del carbono atmosférico. Situación que ha puesto en peligro a la biodiversidad marina al incrementar la acides del agua de mar.

Sedimentos geológicos

Los sedimentos geológicos almacenados en forma inerte en la litósfera, constituyen el mayor reservorio de carbono de la Tierra. El carbono aquí almacenado puede ser de origen inorgánico, o de origen orgánico.

Aproximadamente el 99% carbono almacenado en la litósfera es carbono inorgánico almacenado en rocas sedimentarias, como por ejemplo las rocas calizas.

El carbono restante es una mezcla de compuestos químicos orgánicos presente en las rocas sedimentarias, conocidos como querógeno, formado hace millones de años por sedimentos de biomasa que quedan enterrados y sujetos a la acción de la alta presión y temperatura. Una parte de estos querógenos se convierte en petróleo, gas y carbón.

Componentes

El ciclo global del carbono puede comprenderse mejor si se estudia como dos ciclos más sencillos que interactúan entre sí: un ciclo corto y uno largo.

El corto se centra en el intercambio rápido de carbono que experimentan los seres vivos. Mientras que el ciclo largo ocurre durante millones de años e incluye el intercambio de carbono entre el interior y la superficie de la Tierra.

-Ciclo rápido

El ciclo rápido del carbono también es conocido como el ciclo biológico, porque está basado en el intercambio de carbono que ocurre entre los organismos vivos con la atmósfera, los océanos y el suelo.

El carbono atmosférico está presente principalmente como dióxido de carbono. Este gas reacciona con las moléculas de agua de los océanos para producir ión bicarbonato. A mayor concentración de dióxido de carbono atmosférico, mayor formación de bicarbonato. Este proceso ayuda a regular el CO2 en la atmósfera.

El carbono, en forma de dióxido de carbono, ingresa a todas las redes tróficas, tanto terrestres como acuáticas, a través de los organismos fotosintetizadores, como las algas y las plantas. A su vez, los organismos heterótrofos obtienen el carbono al alimentarse de los organismos autótrofos.

Una parte del carbono orgánico regresa a la atmósfera a través de la descomposición de la materia orgánica (llevada a cabo por bacterias y hongos) y de la respiración celular (en plantas y hongos). Durante la respiración, las células utilizan la energía almacenada en las moléculas que contienen carbono (como los azúcares) para producir energía y CO2.

Otra parte del carbono orgánico se convierte en sedimentos y no regresa a la atmósfera. El carbono almacenado en la biomasa marina sedimenta en el fondo del mar (cuando los organismos mueren), se descomponen y el CO2 se disuelve en aguas profundas. Este CO2 queda eliminado permanentemente de la atmósfera.

De igual manera, parte del carbono almacenado en los árboles, juncos y otras plantas de los bosques, se descompone lentamente en los pantanos, marismas y humedales en condiciones anaeróbicas y de escasa actividad microbiana.

Este proceso produce turba, una masa esponjosa y ligera, rica en carbono, que se emplea como combustible y como abono orgánico. Aproximadamente una tercera parte de todo el carbono orgánico terrestre es turba.

-Ciclo lento

El ciclo lento del carbono incluye el intercambio de carbono entre las rocas de la litósfera y el sistema superficial de la Tierra: océanos, la atmósfera, biósfera y suelo. Este ciclo es el principal controlador de la concentración de dióxido de carbono atmosférico en una escala geológica.

El carbono inorgánico

El dióxido de carbono disuelto en la atmósfera, se combina con el agua formando ácido carbónico. Este reacciona con el calcio y el magnesio presentes en la corteza terrestre para formar carbonatos.

Por el efecto de la erosión de la lluvia y el viento, los carbonatos llegan a los océanos, donde se acumulan el fondo del mar. Los carbonatos también pueden ser asimilados por los organismos, que eventualmente mueren y precipitan en el lecho marino. Estos sedimentos se acumulan por miles de años y forman las rocas calizas.

Las rocas sedimentarias del fondo marino son absorbidas hacia el manto de la Tierra por subducción (un proceso que implica el hundimiento de una zona oceánica de una placa tectónica bajo el borde de otra placa).

En la litósfera, las rocas sedimentarias están sometidas a presiones y temperaturas elevadas y como consecuencia se derriten y reaccionan químicamente con otros minerales, liberando CO2. El dióxido de carbono así liberado regresa a la atmósfera por medio de las erupciones volcánicas.

El carbono inorgánico

Otro componente importante de este ciclo geológico es el carbono orgánico. Este se origina de la biomasa sepultada en condiciones anaeróbicas y de elevada presión y temperatura. Este proceso dio lugar a la formación de sustancias fósiles de gran contenido energético, como el carbón, el petróleo o el gas natural.

Durante la aparición de la Revolución Industrial, en el siglo XIX, se descubrió el uso del carbono orgánico fosilizado como fuente de energía. A partir del siglo XX ha habido un incremento sostenido del uso de estos combustibles fósiles, provocando en muy pocas décadas la liberación a la atmósfera de grandes cantidades de carbono acumuladas en la tierra durante miles de años.

Alteraciones del ciclo del carbono

El ciclo del carbono, junto con los ciclos del agua y los nutrientes, constituye la base de la vida. El mantenimiento de estos ciclos determina la salud y la resiliencia de los ecosistemas, y su capacidad de suministrar bienestar a la humanidad. Las principales alteraciones del ciclo del carbono se mencionan a continuación:

Cambios atmosféricos

El dióxido de carbono atmosférico es un gas de efecto invernadero. Junto al metano y a otros gases absorbe el calor irradiado de la superficie de la tierra, evitando su liberación en el espacio.

El alarmante incremento de dióxido de carbono en la atmósfera y otros gases de efecto invernadero ha alterado el balance de energía de la Tierra. Esto determina la circulación global de calor y agua en la atmósfera, los patrones de temperatura y precipitación, los cambios en las pautas del clima y la elevación del nivel del mar.

Concentración atmosférica de dióxido de carbono durante los últimos 100.000 años. Autor: 6. Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente. (2007). Perspectivas del Medio Ambiente Mundial GEO4. Phoenix Design Aid, Dinamarca.

La principal alteración humana del ciclo del carbono está basada en el aumento de las emisiones de CO2. Desde 1987, las emisiones globales anuales de CO2 procedentes de la quema de combustibles fósiles han incrementado en un tercio aproximadamente.

La industria de la construcción también causa emisiones directas de CO2 en la producción del acero y del cemento.

Las emisiones atmosféricas de monóxido y dióxido de carbono por sector del transporte también han incrementado en las últimas décadas. Ha habido un incremento relativamente alto de la adquisición de vehículos personales. Además la tendencia está a favor de automóviles más pesados y con un mayor consumo de energía.

Los cambios en el uso de la tierra han generado, aproximadamente, un tercio del aumento del dióxido de carbono en la atmósfera a lo largo de los últimos 150 años. Especialmente a través de la pérdida de carbono orgánico.

Pérdida de materia orgánica

Durante las dos últimas décadas, el cambio en el uso de la tierra ha producido un incremento significativo de las emisiones de dióxido de carbono y metano a la atmósfera.

La reducción del área boscosa a nivel mundial ha provocado inicialmente una perdida significativa de biomasa como consecuencia de la conversión a pastos y tierra de cultivo.

El uso agrícola de las tierras disminuye la materia orgánica, alcanzando un equilibrio nuevo e inferior, a causa de la oxidación de la materia orgánica.

El incremento en las emisiones también es resultado del drenaje de turbas y tierras húmedas de alto contenido orgánico. Con el aumento de la temperatura global incrementa la tasa de descomposición de la materia orgánica de la tierra y de la turba, por lo que se acelera el riesgo de que este importante sumidero de carbono se sature.

Las tundras podrían pasar de ser un sumidero de carbono a convertirse en fuentes de gases invernadero.

Referencias

  1. Barker, S, J. A. Higg ins y H. Elderfield. 2003. The future of the carbon cycle: review, calcification response, ballast and feedback on atmospheric CO2. Philosophical Transactions of the Royal Society of London A, 361: 1977–1999.
  2. Berner, R.A. (2003). The long-term carbon cycle, fossil fuels and atmospheric composition. Nature 246: 323-326.
  3. (2018, 1 de diciembre). Wikipedia, La enciclopedia libre. Fecha de consulta: 19:15, diciembre 23, 2018 desde es.wikipedia.org.
  4. Ciclo del carbono. (2018, 4 de diciembre). Wikipedia, La enciclopedia libre. Fecha de consulta: 17:02, diciembre 23, 2018 desde es.wikipedia.org.
  5. Falkowski, P., R. J. Scholes, E. Boyle, J. Canadell, D. Canfield, J. Elser, N. Gruber, K. Hibbard, P. Hogberg, S. Linder, F. T. Mackenzie, B. Moore III, T. Pedersen, Y. Rosenthal, S. Seitzinger, V. Smetacek, W. Steffen. (2000). The Global Carbon Cycle: A Test of Our Knowledge of Earth as a System. Science, 290:292-296.
  6. Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente. (2007). Perspectivas del Medio Ambiente Mundial GEO4. Phoenix Design Aid, Dinamarca.
  7. Saugier, B. y J.Y. Pontailler. (2006). El ciclo global del carbono y sus consecuencias en la fotosíntesis en el Altiplano boliviano. Ecología en Bolivia, 41(3): 71-85.
COMPARTIR
Licenciada en Biología. Mención Ecología. Universidad Central de Venezuela.

DEJA UNA RESPUESTA

Please enter your comment!
Please enter your name here