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Ciclo de carbono: que es, biogeoquimico, imágenes, pasos y más

Ciclo del carbono

El ciclo del carbono es la manera en que circula el carbono dentro y fuera de la atmósfera, se lo conoce como ciclo biogeoquímico. Es de gran importancia para sostener la vida en la Tierra.

El ciclo del carbono es principalmente un ciclo de dióxido de carbono (CO2 ) que consta de muchos subpasos. Los más importantes son la llamada asimilación de CO2 por las plantas en la fotosíntesis, y el proceso opuesto, es decir, el retorno del dióxido de carbono, la llamada respiración del oxígeno producido por las plantas al CO2. Aquí se hace evidente el acoplamiento directo del ciclo del carbono con el ciclo del oxígeno.

Una variedad de subpasos tienen lugar en el ciclo:

  • El CO 2 se absorbe de la atmósfera de las plantas (asimilación). Estos producen oxígeno.
  • El oxígeno es respirado por los organismos que no hacen la fotosíntesis. Aquí nuevamente se produce CO2, que entra en la atmósfera.

¿Cómo es el ciclo de carbono?

La cantidad global de carbono en la Tierra es de unos 75 millones de gigatones. De estos, menos del uno por ciento está en la atmósfera. Probablemente te estés preguntando qué queda del carbono restante.

Ciclo del carbono
Ilustración del Ciclo del carbono

La mayor parte (más del 99 por ciento) está en forma de carbonatos. Por lo tanto, el carbono es una parte integral de muchas rocas, como la piedra caliza o los diamantes.

En primer lugar, vamos a explicar el ciclo principal. El CO2 existente es absorbido de la atmósfera por las plantas. Esto les permite hacer fotosíntesis. Uno de los subproductos de la fotosíntesis es el oxígeno. Este oxígeno es respirado por los seres vivos, por lo que se produce nuevamente CO2. Esto luego vuelve a la atmósfera.

Los seres vivos absorben compuestos orgánicos de carbono a través de sus alimentos. Se transmite dentro de la cadena alimentaria, mientras que los organismos vivos liberan repetidamente carbono a la atmósfera.

También hay dos circuitos secundarios. Por un lado, el CO2 se almacena de forma intermedia en carbonatos formados. Cuando se capta, el CO2 se libera nuevamente y entra en la atmósfera. El hombre ha creado un segundo ciclo secundario.

El carbono también está ligado a los combustibles fósiles. Si estos combustibles fósiles se queman, el CO2 también se libera y entra en la atmósfera. La intervención humana conduce a un desequilibrio de flujo de CO2, que en última instancia conduce al calentamiento global.

Ciclo del carbono biogeoquímico

El intercambio del carbono biogeoquímico se da en diferentes tipos de ciclos y estos son:

  • Con los seres vivos y el suelo
  • Con el mar
  • Con las rocas
Ciclo del carbono
Componentes biogeoquímico

Los seres vivos y el suelo

La fotosíntesis es el proceso por el cual el carbono (dióxido de carbono) inorgánico se puede convertir en carbono orgánico (azúcar). El proceso inverso se llama respiración, que descompone los azúcares en energía y exhalamos dióxido de carbono.

La mayor parte del carbono orgánico en los seres vivos se convierte de nuevo en dióxido de carbono inorgánico de esta manera. Pero una parte queda permanentemente incrustada en estructuras orgánicas.

Este puede ser el caso en las turberas cuando el material vegetal no se descompone debido a la falta de oxígeno, pero especialmente cuando la materia orgánica se hunde en los sedimentos de las profundidades marinas y se convierte en roca sedimentaria durante largos períodos.

Por medio de la fotosíntesis y la respiración, el dióxido de carbono en el aire está en relación con el carbono orgánico en los seres vivos. Lo mismo se aplica al carbono en el suelo, que consiste en su mayor parte en material vegetal muerto.; La descomposición lo convierte en dióxido de carbono y por lo tanto vuelve al aire.

El contenido de carbono de los suelos puede variar ampliamente según el suelo y el clima. En los desiertos casi no hay carbono en el suelo, pero en los bosques hay mucha más cantidad.

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Seres vivos y suelo

Si la degradación tiene lugar bajo deficiencia de oxígeno, por ejemplo, en aguas profundas o en pantanos, el carbono orgánico reacciona con los iones sulfato, produciendo sulfuro de hidrógeno. Si los iones sulfato ya no están presentes, se lleva a cabo la fermentación, produciendo metano.

En el agua dulce, donde los iones de sulfato son más raros, esto sucede más rápido, por lo tanto, el metano también se denomina gas de los pantanos. El metano es un gas de efecto invernadero altamente efectivo. En la atmósfera, se oxida lentamente a dióxido de carbono bajo la acción de la luz solar. Su vida media en la atmósfera es de 8,4 años.

El mar

En el agua de mar, hay 50 veces más carbono que en el aire, especialmente como carbono inorgánico disuelto. Este carbono inorgánico está en forma de dióxido de carbono, ácido carbónico, carbonato y iones bicarbonato.

Además, hay carbono orgánico disuelto, que es similar a los organismos muertos en el suelo, y el carbono orgánico en los organismos marinos.

La concentración de carbono inorgánico disuelto en el agua de mar y el dióxido de carbono en el aire están en equilibrio. Sin embargo, la adaptación es relativamente lenta, ya que el agua de mar está en contacto directo con el aire solo en su superficie.

Ciclo del carbono
El mar

Con los cambios en la concentración, pueden pasar cientos de años para que se establezca un nuevo equilibrio (que es también la razón por la cual el agua de mar absorbe menos emisiones de combustibles fósiles que la atmósfera, aunque es un almacenamiento de carbono mucho mayor).

Históricamente, este intercambio es de gran importancia, por lo que las variaciones en el contenido de dióxido de carbono del aire puede generar períodos fríos y cálidos. Los grandes cambios climáticos como lo que sucedió en la Edad de Hielo son causados ​​principalmente por los océanos.

Las rocas

A largo plazo, el stock de carbono en la roca también participa en el ciclo del carbono. Cuando el vapor de agua en la atmósfera terrestre se combina con el dióxido de carbono, produce dióxido de carbono y, por lo tanto, agua de lluvia ligeramente carbonatada.

Si se encuentra con la roca de silicato, reacciona con ella y produce iones de bicarbonato, dióxido de silicio y, dependiendo de la roca, un ion de calcio o magnesio. El calcio y el bicarbonato reaccionan al carbonato de calcio. Por lo tanto, una molécula de dióxido de carbono estaba unida en el carbonato de calcio.

El carbonato de calcio se hunde hasta el fondo del océano como sedimento y eventualmente se convierte en roca sedimentaria. Con el tiempo y bajo la presión del agua, la roca de silicato original ahora se convierte en piedra caliza.

A la inversa, el dióxido de carbono de la piedra caliza se libera en el interior de la Tierra bajo la acción del calor. Este dióxido de carbono puede volver a entrar en el ciclo durante erupciones volcánicas o en aguas termales en el fondo del mar.

Ciclo del carbono
Las rocas

Las cantidades de estos procesos son comparativamente pequeñas y ascienden a 100 millones de toneladas por año. Sin embargo, en los períodos geológicos, contribuyen a la estabilización del clima de la Tierra.

Cuando el clima se calienta, caen más lluvias, la intemperie aumenta y retiene más el dióxido de carbono del gas de efecto invernadero vuelve a enfriarse. Si hace más frío, la liberación de dióxido de carbono es mayor que la intemperie, la concentración aumenta y es más cálida.

La intemperie del silicato forma así un circuito de control que siempre dirige la concentración de dióxido de carbono en una dirección en la que la intemperie corresponde exactamente a la liberación.

Esta liberación de dióxido de carbono es de vital importancia para la vida en la Tierra. Sin ella, el carbono, el material de construcción central de la vida, hubiera estado completamente atado a la roca hace mucho tiempo.

El calor dentro de la tierra es, por lo tanto, uno de los requisitos previos para la vida en la tierra. Sin embargo, este termostato es muy lento, por lo que no puede compensar las variaciones en la concentración debido a cambios rápidos, como en el contexto de las edades de hielo o en la actualidad debido a la quema de combustibles fósiles.

El ciclo del carbono en imágenes

En la siguiente imagen podemos ver cómo es el ciclo del carbono y cómo interfieren los diferentes elementos para que se pueda producir.

Ciclo del carbono
Ciclo del carbono

Efectos de la contaminación en el ciclo de carbono

Desde el comienzo de la revolución industrial, la actividad humana ha enviado grandes cantidades de gases de efecto invernadero a la atmósfera. La quema de combustibles fósiles y la deforestación a gran escala de los bosques ha aumentado la concentración de compuestos carbonosos como el dióxido de carbono y el metano en el aire a niveles nunca antes vistos en los últimos milenios.

Sin embargo, solo alrededor del 40 por ciento del carbono liberado en forma de dióxido de carbono permanece en la atmósfera. El resto está ocupado por los océanos y la biosfera terrestre.

La atmósfera, los océanos, la vegetación y los suelos comparten enormes cantidades de carbono en escalas de tiempo desde minutos hasta miles de años a través de una variedad de procesos físicos, químicos y biológicos.

A medida que el clima se calienta, muchos de estos procesos conducen a una acumulación más lenta o acelerada de gases de efecto invernadero en el aire. Por lo tanto, causan una retroalimentación negativa o positiva entre el ciclo global del carbono y el clima.

Por ejemplo, las temperaturas más altas en la tierra pueden intensificar la respiración del suelo, haciendo que más dióxido de carbono se escape a la atmósfera. A la inversa, el calentamiento en las latitudes del norte prolonga el período de crecimiento, haciendo que las plantas conviertan más dióxido de carbono en oxígeno.

Ciclo del carbono
Contaminación ambiental

Dióxido de carbono

El dióxido de carbono que los humanos ponen en la atmósfera se debe principalmente a dos fuentes principales. El primero es la tala y quema de los bosques. En un bosque, se almacena más carbono (en forma de madera) que en un campo arado.

Si el bosque se quema para ganar tierras de cultivo, será liberado. La extracción de tierras agrícolas comenzó poco después de la invención de la agricultura, pero aumentó nuevamente con las posibilidades técnicas de la Revolución Industrial, y aún no está terminada, especialmente en las selvas tropicales.

De esta manera, se están liberando a la atmósfera alrededor de 1.600 millones de toneladas de carbono (o algo menos de 6.000 millones de toneladas de dióxido de carbono).

La otra fuente, que es aún más importante hoy en día, es la quema de combustibles fósiles, cuyo comienzo también marcó el inicio de la Revolución Industrial. Esto llevó a la atmósfera 27.3 mil millones de toneladas de dióxido de carbono (o casi 7.5 mil millones de toneladas de carbono) a la atmósfera en 2006.

Ciclo del carbono
Liberación de dióxido de carbono

A pesar de que la emisión de dióxido de carbono sigue aumentando, en 2010 fue tan alta como nunca antes en la historia humana.

De este total, solo una parte permanece permanentemente en la atmósfera, actualmente alrededor de 15 mil millones de toneladas de dióxido de carbono por año. Esta cantidad es relativamente precisa, ya que se puede calcular por el aumento de la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera.

La cantidad faltante, es decir, la diferencia entre el dióxido de carbono liberado y el dióxido de carbono que permanece en la atmósfera, es absorbida por los sumideros de carbono. Estos son los ecosistemas cuyo contenido de carbono aumenta al incrementar el suministro en el aire.

Sumideros de carbono

Los ecosistemas terrestres pueden convertirse en un sumidero de carbono a medida que el cambio climático en latitudes más altas mejora el crecimiento de las plantas y prolonga la temporada de crecimiento. Esto se debe a que las plantas pueden crecer mejor a medida que aumentan los niveles de dióxido de carbono, pero solo si hay otras condiciones adecuadas.

Por ejemplo, el clima no debe estar demasiado seco y no deben faltar nutrientes. Por otro lado, la degradación de la materia orgánica en el suelo se acelera al aumentar la temperatura.

La estimación más simple del carbono terrestre es determinar la cantidad restante en el océano, el otro sumidero importante, y por lo tanto inferir indirectamente la tierra. Otro método es evaluar la relación carbono / oxígeno, cuando se toma en ecosistemas terrestres con fotosíntesis.

La ingesta neta en tierra hoy se calcula en alrededor de 900 millones de toneladas de carbono por año. Para mejorar el conocimiento sobre la distribución y los mecanismos de esta grabación, actualmente se están llevando a cabo importantes programas de investigación.

La captación de carbono en el océano es un poco más fácil de determinar porque los procesos son más manejables. Algo más simple no debe confundirse con fácil, porque incluso el océano es un sistema complejo.

Ciclo del carbono
Sumideros de carbono

Por ejemplo, el agua superficial es relativamente estable debido a las diferencias de densidad separadas del agua profunda, se realiza una mezcla especialmente en los polos, donde el agua superficial se enfría tanto que es posible.

Los gases de la atmósfera primero son absorbidos por el agua de la superficie, que es mezclada por el viento a una profundidad de unos 100 metros. Sólo alcanzan la profundidad cuando el agua de la superficie se hunde allí.

Cuando el dióxido de carbono entra en el agua, se forma el dióxido de carbono. En la solución, esto se separa del hidrógeno, de modo que se forma un ion bicarbonato . Esto, a su vez, está en equilibrio con los iones carbonato.

A medida que aumenta la cantidad de dióxido de carbono, reacciona con los iones de carbonato para formar iones de bicarbonato. Dado que los iones de carbonato son abundantes en el agua de mar, el agua de mar puede absorber el dióxido de carbono a través de esta ruta, por lo que tiene una alta capacidad de almacenamiento de dióxido de carbono. Hasta ahora, la captación de dióxido de carbono sería fácil de calcular, un tamaño desconocido sería solo el intercambio entre la superficie y las aguas profundas.

Sin embargo, si el cambio climático continúa, esta contribución podría disminuir: por un lado, el agua de la superficie se calienta, pero el agua caliente puede disolver menos dióxido de carbono.

Por otro lado, los iones de carbonato se consumen, por lo que la bomba de carbonato podría perder efecto. Y en tercer lugar, el agua de mar en los polos es la que más se calienta, lo que podría dificultar el intercambio de aguas superficiales y profundas.

Este supuesto también se apoya en el hecho de que en los últimos años se ha reconocido que las variaciones en la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra durante la Edad de Hielo han sido influenciadas de manera decisiva por la absorción y la liberación de dióxido de carbono de los océanos.