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Ciclo del oxigeno: cómo es, su origen, efecto invernadero y más

Ciclo del oxigeno

El ciclo del oxígeno en la biosfera está estrechamente relacionado con el ciclo del carbono a través de la fotosíntesis. En la fotosíntesis, el oxígeno se produce a partir del agua en la misma medida en que el carbono se une.

Al respirar, por otro lado, los seres vivos consumen oxígeno para unirlo al carbono. El aire contiene aproximadamente 21% de oxígeno, mientras que los océanos lo contienen disuelto y químicamente unido. Además, las formaciones geológicas forman enormes depósitos de oxígeno en los que el oxígeno está unido en forma de silicatos y óxidos metálicos.

Casi todo el oxígeno libre y el oxígeno disuelto en los océanos, ríos y lagos son de origen biológico, creados por la actividad de los organismos fotosintéticamente activos. En el curso de la historia de la Tierra se liberó mucho más oxígeno que los organismos consumidos por la respiración.

Como resultado, el oxígeno se acumuló en la atmósfera y se pudo formar en la estratosfera para todas las criaturas terrestres una importante capa de ozono, que protege contra el exceso de radiación UV.

Ciclo del oxigeno
Ciclo del oxigeno

¿Cómo es el ciclo del oxigeno?

El aire que respiramos contiene aproximadamente una quinta parte de oxígeno. Este gas es invisible, inodoro e insípido, pero es vital para nosotros. Porque necesitamos oxígeno para ganar energía en nuestro metabolismo. Sin este gas, ni los humanos ni la mayoría de los animales pueden sobrevivir.

Casi todo el oxígeno en el aire es producido por las plantas a través de la fotosíntesis. En este proceso, el dióxido de carbono y agua con la ayuda de la luz solar aportan importantes nutrientes a las plantas. El subproducto de la fotosíntesis es el oxígeno.

El oxígeno, que la planta no necesita, lo libera a su ambiente. Por ejemplo, una haya grande produce tanto oxígeno en una hora como 50 personas necesitan respirar al mismo tiempo. Los seres humanos y los animales inhalan este oxígeno, lo consumen y exhalan dióxido de carbono. Este dióxido de carbono lo absorbe la fotosíntesis mientras genera simultáneamente nuevo oxígeno. Se desarrolla un ciclo entre plantas, humanos y animales.

En el curso de la historia de la Tierra, se liberó mucho más oxígeno que los seres vivos podían consumir. Como resultado, más y más oxígeno fue liberado a la atmósfera. Debido a la creciente cantidad de oxígeno, que se encontraba en la estratosfera, se pudo formar la capa de ozono, que nos protege de la peligrosa radiación UV.

Ciclo del oxigeno
Ilustración del Ciclo del oxigeno

Dado que las personas queman cada vez más petróleo, gas natural y carbón, este ciclo de oxígeno natural se ve gravemente afectado. La quema consume oxígeno y, al mismo tiempo, se emite dióxido de carbono.

Por esta razón, la proporción de dióxido de carbono en el aire ha aumentado considerablemente en los últimos 250 años. El aumento de este gas es la causa principal del efecto invernadero hecho por el hombre y, por lo tanto, también del calentamiento de la atmósfera.

La atmósfera

Visto desde el espacio exterior, aparece como un fino velo azulado que se extiende alrededor de la tierra: la atmósfera. Es el aire que rodea nuestro planeta. En comparación con el diámetro de la tierra, esta capa es bastante delgada: si la Tierra fuera tan grande como una manzana, entonces la atmósfera tendría aproximadamente el grosor de su cáscara.

La atmósfera es una mezcla de diferentes gases. Una gran parte de esta mezcla de gases es nitrógeno: al 78 por ciento, esto es casi cuatro quintas partes de la atmósfera total. Sólo el 21 por ciento es oxígeno, que necesitamos para respirar. El uno por ciento restante constituye diferentes gases traza, gases que solo ocurren en trazas en la atmósfera.

Estos gases traza incluyen metano, óxido nitroso y, en particular, dióxido de carbono. Aunque el contenido de CO2 es bastante bajo, este gas traza tiene un impacto tremendo en el clima de la Tierra. Esto se refleja en el efecto invernadero de nuestro planeta.

Que la tierra tenga atmósfera, se debe a la gravedad. Mantiene las moléculas de gas en el suelo y evita que simplemente salgan volando hacia el espacio. De hecho, el aire se vuelve más y más delgado a medida que aumenta la altitud y, por lo tanto, disminuye la gravedad.

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Atmósfera

Incluso a partir de 2000 metros sobre el nivel del mar puede ser desagradable para los humanos, dado que se sufre de mal de altura con dificultad para respirar, dolor de cabeza y náuseas. Los alpinistas extremos que quieren escalar altas cumbres como los 8000 mts de los Himalayas, toman oxígeno artificial en su recorrido.

El origen

¿Qué necesitan los humanos y los animales para vivir? Comida y agua por supuesto, pero sobre todo oxígeno. Lo conseguimos desde el aire, que respiramos. Pero ese no fue siempre el caso: además del vapor de agua, la atmósfera original consistía en gases venenosos como el dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno. En este “aire” nos asfixiaríamos de inmediato. ¿Pero qué ha cambiado desde entonces? ¿Por qué hay oxígeno en la atmósfera hoy en día? ¿Y desde cuándo?

Si miras hacia atrás en la historia de la Tierra, encontrarás rastros de seres vivos que necesitaban oxígeno hace más de dos mil millones de años. En ese momento, debe haber habido oxígeno en el aire.

Incluso más viejos son rastros fosilizados de bacterias microscópicas llamadas algas azul-verdes. Estos organismos fueron los primeros en utilizar la energía de la luz solar para su metabolismo. Absorbieron el agua y el dióxido de carbono de su entorno y lo convirtieron, con la ayuda de la energía solar, en azúcar, que servía como almacenamiento de energía.

Además, en esta reacción química, por así decirlo, como producto de desecho liberaban oxígeno. Sin embargo, las bacterias no pudieron hacer nada con el oxígeno y simplemente lo liberaron en el medio ambiente.

En ese momento había mucha luz solar y dióxido de carbono y los océanos estaban relativamente cálidos. Estas eran las mejores condiciones para las algas verde-azules, y por eso proliferaron y se propagaron. Producían cada vez más oxígeno, que se acumuló durante millones de años, primero en los océanos y luego en la atmósfera.

Ciclo del oxigeno
El origen de la vida

Por lo tanto, el producto de desecho de estas bacterias creó las condiciones para diferentes formas de vidaen el agua y en la tierra. Más tarde surgieron los cloroplastos de las células, que capturan la energía solar en las planta.

El principio de la llamada fotosíntesis también sigue siendo el mismo: con la ayuda de la luz solar, el agua y el dióxido de carbono se convierten en azúcar y oxígeno. El azúcar sirve como nutriente para la planta, el oxígeno se libera en el aire y es inhalado por humanos y animales.

El efecto invernadero

Para un suelo sin atmósfera, la temperatura de la superficie se determinaría únicamente por el equilibrio entre la entrada de energía solar y la radiación de calor irradiada desde el suelo. En el mismo albedo del planeta que hoy, esta temperatura global de la superficie sería aproximadamente -18 ° C.

Incluso una atmósfera de oxígeno puro y nitrógeno, que constituyen los componentes principales de nuestra atmósfera (alrededor del 99%), no cambiaría nada, ya que estos gases solo afectan de manera significativa a los dos tipos de radiación mencionados.

En contraste, el vapor de agua y, en menor medida, el CO2 (y otros gases traza) absorben parcialmente la radiación solar, pero también emiten radiación de calor de acuerdo con su temperatura ambiente.

Hacia el suelo, esta radiación de calor adicional de la atmósfera supera la reducción de la radiación solar y, por lo tanto, provoca una radiación de energía más alta en el suelo de lo que sería sin estos gases. Este aumento de la irradiación conduce a un calentamiento del suelo y (debido a los diferentes procesos de transporte) también a la atmósfera inferior.

Sin embargo, este calentamiento del suelo también conduce a un equilibrio del balance de radiación en el borde superior de la atmósfera, porque a más largo plazo, la Tierra debe emitir exactamente la misma cantidad de radiación de calor en el espacio que absorbe la radiación del sol.

Efecto invernadero
Efecto invernadero

La energía irradiada hacia arriba desde el suelo también es absorbida por los gases de efecto invernadero atmosféricos, por lo que llega solo parcialmente al espacio. Para este propósito, los propios gases de efecto invernadero emiten de acuerdo con su temperatura, que, sin embargo, es más baja que la del suelo debido a la disminución de la temperatura con la altitud en la atmósfera.

Por lo tanto, al aumentar las cantidades de gases de efecto invernadero a una temperatura constante del suelo, cada vez menos energía en forma de radiación de calor deja la tierra en el espacio. Debido al aumento de la temperatura del suelo, este déficit en el balance de radiación, pero se compensó debido a la mayor cantidad de radiación de calor del suelo nuevamente.

Debido a la analogía con los procesos en un invernadero cuyo techo de vidrio también permite que el sol pase bien, pero no omite la radiación de calor de la superficie de la Tierra, el fenómeno descrito aquí también se conoce como efecto invernadero natural.

Los gases responsables de esto en la atmósfera se suelen denominar gases de efecto invernadero. Al interpretar varios eventos climáticos, sin embargo, se debe tener cuidado contra la transmisión demasiado directa de la imagen del invernadero.

En particular, el descuido de la absorción y emisión simultáneas de radiación térmica a diferentes niveles de la atmósfera, discutiendo con una placa de vidrio en una altura fija, conduce aquí una y otra vez a la confusión. Además, por supuesto, las condiciones en la atmósfera que fluye con las nubes son mucho más complicadas que en el invernadero de un jardinero.

Si los gases de efecto invernadero que se producen de forma natural (por ejemplo CO2) aumentan debido a la influencia antropogénica (humana) o se complementan con sustancias nuevas (p. Ej., CFC), la radiación de calor adicional causada por la atmósfera también excede la reducción incrementada de la radiación solar en el suelo. Por lo tanto, como resultado de este aumento del efecto invernadero (antropogénico), la temperatura del suelo y la atmósfera inferior también aumentan.

Efecto invernadero
Contaminación del aire

Intensificación del efecto invernadero

Nunca antes las emisiones globales de dióxido de carbono han sido tan altas. En 2010, ha aumentado más que nunca. Esto ha sido anunciado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos. Los números superan incluso los peores temores.

Los expertos han advertido de la velocidad del calentamiento global durante años. Aparentemente sin éxito: debido a que la proporción de dióxido de carbono gaseoso que daña el clima en el aire está aumentando rápidamente.

Especialmente en los países industrializados, se llena constantemente de chimeneas y tubos de escape. Los nuevos números son alarmantes: en total, el mundo emitió más de 33,500 millones de toneladas de dióxido de carbono en 2010. Esto es 1,900 millones de toneladas más que el año pasado, ¡un aumento del seis por ciento!

Según el estudio de los Estados Unidos, China y la India son responsables del aumento del horror. Los dos estados están en un curso de crecimiento económico. Principalmente extraen su energía de las centrales eléctricas de carbón, y por lo tanto producen una gran cantidad de CO2. En general, China es un récord en emisiones de gases de efecto invernadero, seguido por los Estados Unidos, Rusia e India.

La política para la protección del clima global hasta ahora ha fracasado por completo. China y los Estados Unidos se niegan a reducir sus emisiones de CO2. Rusia, Canadá y Japón tampoco quieren cumplir con las directrices si los principales contaminadores se muestran reacios a cumplir con los límites internacionales.

Efecto invernadero
Causantes del efecto invernadero

La contaminación del aire

Una neblina espesa cuelga justo por encima del suelo. Especialmente en ciudades y áreas metropolitanas a menudo se ve una niebla gris. Aquí, la calidad del aire sufre de una gran cantidad de partículas de polvo flotando.

Debido a que son demasiado pequeños para ser vistos a simple vista, estas partículas también se llaman polvo fino. La materia también contiene gases tóxicos como el monóxido de carbono o el dióxido de azufre, que flotan en la atmósfera inferior y contaminan el aire.

Una gran parte de este gas residual es producido por la quema de petróleo, carbón y otras sustancias. Los automóviles, las centrales eléctricas, la incineración de residuos y los calentadores residenciales crean mucha suciedad.

Incluso los “gases de escape” de los animales de granja contribuyen al hecho de que el aire esté empeorando. Pero no siempre es la persona la que contamina el aire: las erupciones volcánicas también pueden contribuir a niveles más altos de partículas en la atmósfera.

Efecto invernadero
Contaminación

Mientras más contaminantes hay en el aire, peor es para nuestra salud: el tracto respiratorio puede enfermar, la circulación y el cerebro también se pueden dañar. No solo los humanos y los animales sufren el aire contaminado, las plantas también sufren daños: demasiado dióxido de carbono y óxido de azufre en el aire, en combinación hacen ácida el agua (ácido carbónico y sulfúrico). Lo que surge es la llamada “lluvia ácida”, que hace que el suelo sea ácido.

Las plantas que crecen en un suelo así adelgazan y mueren. También puede estar lejos del lugar donde los gases de escape salen al aire, ya que el viento arrastra las nubes de lluvia ácida por cientos de millas.

Para mantener bajos los contaminantes en el aire, es particularmente importante que hayan suficientes bosques y parques que limpien el aire. Porque los árboles, como todas las plantas verdes, absorben dióxido de carbono del aire y producen el oxígeno que es vital para nosotros.

Los pulmones verdes en las grandes ciudades, es decir, las áreas verdes cercanas a la ciudad y los bosques, son muy importantes para nuestra salud. Y quien utilice la bicicleta en lugar de conducir en automóvil, también ayuda a mantener el aire limpio.