Ciclo del Carbono

El carbono es la columna vertebral de la vida en la Tierra. Estamos hechos de carbono, comemos carbono, y nuestras civilizaciones están construidos sobre carbono. Necesitamos carbono, pero esa necesidad también está entrelazada con uno de los problemas más graves a los que nos enfrentamos hoy en día: el cambio climático global.

¿Qué es el Ciclo del Carbono?

Todos los seres vivos están hechos de carbono. El carbono también es parte del océano, del aire e incluso de las rocas. Debido a que la Tierra es un lugar dinámico, el carbono no se queda quieto. Siempre se está moviendo

Beneficios del ciclo del carbono

En la atmósfera, el carbono está unido a un poco de oxígeno en un gas llamado dióxido de carbono. Las plantas usan el dióxido de carbono y la luz solar para hacer sus propios alimentos y crecer. El carbono pasa a formar parte de la planta.

Las plantas que mueren y están enterradas pueden convertirse en combustibles fósiles hechos de carbono como el carbón y el petróleo durante millones de años.

Cuando los seres humanos queman combustibles fósiles, la mayor parte del carbono entra rápidamente en la atmósfera como dióxido de carbono.

El dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero y atrapa el calor en la atmósfera. Sin él y otros gases de efecto invernadero, la Tierra sería un mundo congelado.

Pero los humanos han quemado tanto combustible que hay un 30% más de dióxido de carbono en el aire hoy que hace unos 150 años, y la Tierra se está convirtiendo en un lugar más cálido.

De hecho, los núcleos de hielo nos muestran que ahora hay más dióxido de carbono en la atmósfera que en los últimos 420.000 años.

El carbono es a la vez el fundamento de toda la vida en la Tierra y la fuente de la mayor parte de la energía que consume la civilización humana.

Forjado en el corazón de las estrellas envejecidas, el carbono es el cuarto elemento más abundante en el Universo. La mayor parte del carbono de la Tierra -alrededor de 65.500 millones de toneladas métricas- se almacena en las rocas. El resto está en el océano, la atmósfera, las plantas, el suelo y los combustibles fósiles.

¿Cuántas etapas tiene el Ciclo del Carbono?

El carbono fluye entre cada depósito en un intercambio llamado el ciclo del carbono, que tiene componentes lentos y rápidos. Cualquier cambio en el ciclo que cambie el carbono de un yacimiento pone más carbono en los otros yacimientos.

Los cambios que introducen gases de carbono en la atmósfera provocan temperaturas más cálidas en la Tierra.

A largo plazo, el ciclo del carbono parece mantener un equilibrio que impide que todo el carbono de la Tierra entre en la atmósfera (como es el caso de Venus) o se almacene enteramente en las rocas. Este equilibrio ayuda a mantener la temperatura de la Tierra relativamente estable, como un termostato.

Este termostato funciona durante unos pocos cientos de miles de años, como parte del lento ciclo del carbono. Esto significa que durante períodos de tiempo más cortos -de diez a cien mil años- la temperatura de la Tierra puede variar.

Y, de hecho, la Tierra oscila entre las edades de hielo y los períodos interglaciares más cálidos en estas escalas de tiempo. Algunas partes del ciclo del carbono pueden incluso amplificar estos cambios de temperatura a corto plazo.

El levantamiento del Himalaya, que comenzó hace 50 millones de años, restableció el termostato de la Tierra al proporcionar una gran fuente de roca fresca para atraer más carbono al lento ciclo del carbono a través de la erosión química.

La consiguiente disminución de las temperaturas y la formación de capas de hielo cambiaron la relación entre el oxígeno pesado y el ligero en las profundidades oceánicas, como se muestra en este gráfico.

En escalas de tiempo muy largas (de millones a decenas de millones de años), el movimiento de las placas tectónicas y los cambios en la velocidad a la que el carbono se filtra desde el interior de la Tierra pueden cambiar la temperatura del termostato.

La Tierra ha experimentado este cambio en los últimos 50 millones de años, desde los climas extremadamente cálidos del Cretácico (hace aproximadamente 145 a 65 millones de años) hasta los climas glaciales del Pleistoceno (hace aproximadamente 1,8 millones a 11.500 años).

Estudiando el Ciclo del Carbono

Muchas de las preguntas que los científicos todavía tienen que responder sobre el ciclo del carbono giran en torno a cómo está cambiando. La atmósfera contiene ahora más carbono que en ningún otro momento en al menos dos millones de años. Cada depósito del ciclo cambiará a medida que este carbono atraviese el ciclo.

  • ¿Cómo serán esos cambios?
  • ¿Qué pasará con las plantas a medida que aumenten las temperaturas y cambie el clima?
  • ¿Sacarán más carbono de la atmósfera del que devuelven?
  • ¿Se volverán menos productivos?
  • ¿Cuánto carbono adicional pondrá en la atmósfera el permafrost que se derrite y cuánto amplificará el calentamiento?
  • ¿Cambiará la circulación oceánica o el calentamiento la velocidad a la que el océano absorbe el carbono?
  • ¿La vida en el océano será menos productiva?
  • ¿Cuánto se acidificará el océano y qué efectos tendrá?

Datos de satelies sobre el Ciclo del Carbono

Efectos del ciclo del carbono

Las series temporales de datos satelitales, como las imágenes disponibles de los satélites Landsat, permiten a los científicos monitorear los cambios en la cubierta forestal. La deforestación puede liberar dióxido de carbono a la atmósfera, mientras que la regeneración forestal elimina el CO2.

Este par de imágenes en falso color muestra la tala clara y el rebrote del bosque entre 1984 y 2010 en el estado de Washington, al noreste de Mount Rainier. El verde oscuro corresponde a los bosques maduros, el rojo indica el suelo desnudo o material vegetal muerto (áreas recién cortadas), y el verde claro indica un crecimiento relativamente nuevo.

Peligros del ciclo del carbono

El papel de la NASA en la respuesta a estas preguntas es proporcionar observaciones satelitales globales y observaciones de campo relacionadas. A principios de 2011, dos tipos de instrumentos satelitales estaban recopilando información relevante para el ciclo del carbono.

Los instrumentos del espectrorradiómetro de imágenes de resolución moderada (MODIS), que vuelan sobre los satélites Terra y Aqua de la NASA, miden la cantidad de plantas de carbono y fitoplancton que se convierten en materia a medida que crecen, una medida llamada productividad primaria neta. Los sensores MODIS también miden cuántos incendios se producen y dónde se queman.

Dos satélites Landsat ofrecen una visión detallada de los arrecifes oceánicos, de lo que crece en la tierra y de cómo está cambiando la cubierta terrestre. Es posible ver el crecimiento de una ciudad o la transformación de un bosque a una granja. Esta información es crucial porque el uso de la tierra representa un tercio de todas las emisiones humanas de carbono.

Los futuros satélites de la NASA continuarán estas observaciones, y también medirán el dióxido de carbono y el metano en la atmósfera y la altura y estructura de la vegetación.

Todas estas mediciones nos ayudarán a ver cómo el ciclo global del carbono está cambiando con el tiempo. Nos ayudarán a medir el impacto que estamos teniendo en el ciclo del carbono al liberar carbono en la atmósfera o al encontrar formas de almacenarlo en otro lugar.

Nos mostrarán cómo nuestro clima cambiante está alterando el ciclo del carbono, y cómo el ciclo cambiante del carbono está alterando nuestro clima.

Sin embargo, la mayoría de nosotros observaremos los cambios en el ciclo del carbono de una manera más personal. Para nosotros, el ciclo del carbono es la comida que comemos, la electricidad en nuestros hogares, el gas en nuestros autos y el clima sobre nuestras cabezas.

Somos parte del ciclo del carbono, por lo que nuestras decisiones sobre cómo vivir se extienden a lo largo del ciclo. Asimismo, los cambios en el ciclo del carbono afectarán la forma en que vivimos.

A medida que cada uno de nosotros llega a comprender su papel en el ciclo del carbono, el conocimiento nos permite controlar nuestro impacto personal y comprender los cambios que estamos viendo en el mundo que nos rodea.

Cambios en el ciclo del carbono

Dejados imperturbables, los ciclos de carbono rápidos y lentos mantienen una concentración relativamente estable de carbono en la atmósfera, la tierra, las plantas y el océano. Pero cuando algo cambia la cantidad de carbono en un yacimiento, el efecto pasa a través de los demás.

En el pasado de la Tierra, el ciclo del carbono ha cambiado en respuesta al cambio climático. Las variaciones en la órbita de la Tierra alteran la cantidad de energía que la Tierra recibe del Sol y conduce a un ciclo de edades de hielo y períodos cálidos como el clima actual de la Tierra.

Las edades de hielo se desarrollaron cuando los veranos del hemisferio norte se enfriaron y el hielo se acumuló en la tierra, lo que a su vez ralentizó el ciclo del carbono.

Mientras tanto, una serie de factores, incluyendo temperaturas más frías y un aumento en el crecimiento del fitoplancton, pueden haber aumentado la cantidad de carbono que el océano sacó de la atmósfera. La caída del carbono atmosférico provocó un enfriamiento adicional.

De manera similar, al final de la última Edad de Hielo, hace 10.000 años, el dióxido de carbono en la atmósfera aumentó dramáticamente a medida que se calentaban las temperaturas.

Consecuencias del ciclo del carbono

(Gráficos de Robert Simmon, utilizando datos de Lüthi et al., 2008, y Jouzel et al., 2007.)

Los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera se han correspondido estrechamente con la temperatura en los últimos 800.000 años.

Aunque los cambios de temperatura se vieron afectados por las variaciones en la órbita de la Tierra, el aumento de las temperaturas globales liberó CO2 a la atmósfera, lo que a su vez calentó la Tierra.

Los cambios en la órbita de la Tierra están ocurriendo constantemente, en ciclos predecibles. En unos 30.000 años, la órbita de la Tierra habrá cambiado lo suficiente como para reducir la luz solar en el Hemisferio Norte a los niveles que condujeron a la última era glacial.

Hoy en día, los cambios en el ciclo del carbono están ocurriendo debido a las personas. Perturbamos el ciclo del carbono quemando combustibles fósiles y desbrozando la tierra.

Cuando talamos los bosques, eliminamos un crecimiento denso de plantas que tenían carbono almacenado en la madera, tallos y hojas-biomasa. Al eliminar un bosque, eliminamos las plantas que de otra manera eliminarían el carbono de la atmósfera a medida que crecen.

¿Cuánto desperdiciamos los humanos en el Ciclo del Carbono?

Tendemos a reemplazar el crecimiento denso con cultivos o pastos, que almacenan menos carbono. También exponemos a la atmósfera el suelo que expulsa a la atmósfera el carbono de la materia vegetal en descomposición.

Los seres humanos emiten actualmente algo menos de mil millones de toneladas de carbono a la atmósfera al año debido a los cambios en el uso de la tierra.

La quema de combustibles fósiles es la principal fuente de aumento del dióxido de carbono en la atmósfera en la actualidad.

Sin la interferencia humana, el carbono de los combustibles fósiles se filtraría lentamente a la atmósfera a través de la actividad volcánica durante millones de años en el lento ciclo del carbono.

Al quemar carbón, petróleo y gas natural, aceleramos el proceso, liberando grandes cantidades de carbono (carbono que tardó millones de años en acumularse) a la atmósfera cada año. Al hacerlo, movemos el carbono del ciclo lento al ciclo rápido.

En 2009, los seres humanos liberaron alrededor de 8.400 millones de toneladas de carbono a la atmósfera mediante la quema de combustibles fósiles.

Las emisiones de dióxido de carbono por parte de la humanidad (principalmente por la quema de combustibles fósiles, con una contribución de la producción de cemento) han estado creciendo constantemente desde el inicio de la revolución industrial.

Alrededor de la mitad de estas emisiones son eliminadas por el rápido ciclo del carbono cada año, el resto permanece en la atmósfera.

Desde el comienzo de la Revolución Industrial, cuando la gente empezó a quemar combustibles fósiles, las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera han aumentado de unas 280 partes por millón a 387 partes por millón, un aumento del 39 por ciento.

Esto significa que por cada millón de moléculas en la atmósfera, 387 de ellas son ahora dióxido de carbono, la concentración más alta en dos millones de años. Las concentraciones de metano han aumentado de 715 partes por billón en 1750 a 1.774 partes por billón en 2005, la concentración más alta en al menos 650.000 años.

Efectos de cambiar el ciclo del carbono

Todo este carbono extra tiene que ir a alguna parte. Hasta ahora, las plantas terrestres y el océano han absorbido alrededor del 55 por ciento del carbono adicional que la gente ha puesto en la atmósfera, mientras que alrededor del 45 por ciento ha permanecido en la atmósfera.

Eventualmente, la tierra y los océanos absorberán la mayor parte del dióxido de carbono adicional, pero hasta un 20 por ciento puede permanecer en la atmósfera durante muchos miles de años.

Los cambios en el ciclo del carbono afectan a cada depósito. El exceso de carbono en la atmósfera calienta el planeta y ayuda a las plantas en la tierra a crecer más. El exceso de carbono en el océano hace que el agua sea más ácida, poniendo en peligro la vida marina.

¿Cómo afecta el Ciclo del Carbono a la atmosfera?

Es significativo que tanto dióxido de carbono permanezca en la atmósfera porque el CO2 es el gas más importante para controlar la temperatura de la Tierra.

El dióxido de carbono, el metano y los halocarbonos son gases de efecto invernadero que absorben una amplia gama de energía, incluyendo la energía infrarroja (calor) emitida por la Tierra, y luego la reemiten.

La energía reemitida viaja en todas direcciones, pero algunos regresan a la Tierra, donde calienta la superficie. Sin los gases de efecto invernadero, la Tierra estaría congelada a -18 grados centígrados (0 grados Fahrenheit).

Con demasiados gases de efecto invernadero, la Tierra sería como Venus, donde la atmósfera del invernadero mantiene temperaturas de alrededor de 400 grados Celsius (750 Fahrenheit).

Las crecientes concentraciones de dióxido de carbono están calentando la atmósfera. El aumento de la temperatura se traduce en mayores tasas de evaporación y una atmósfera más húmeda, lo que conduce a un círculo vicioso de calentamiento adicional.

Debido a que los científicos saben qué longitudes de onda de energía absorbe cada gas de efecto invernadero, y la concentración de los gases en la atmósfera, pueden calcular cuánto contribuye cada gas al calentamiento del planeta.

El dióxido de carbono causa alrededor del 20 por ciento del efecto invernadero de la Tierra; el vapor de agua representa alrededor del 50 por ciento; y las nubes representan el 25 por ciento. El resto es causado por pequeñas partículas (aerosoles) y gases de efecto invernadero menores como el metano.

Las concentraciones de vapor de agua en el aire son controladas por la temperatura de la Tierra. Las temperaturas más cálidas evaporan más agua de los océanos, expanden las masas de aire y conducen a una mayor humedad. El enfriamiento hace que el vapor de agua se condense y caiga en forma de lluvia, aguanieve o nieve.

El dióxido de carbono, por otro lado, sigue siendo un gas a una gama más amplia de temperaturas atmosféricas que el agua. Las moléculas de dióxido de carbono proporcionan el calentamiento inicial necesario para mantener las concentraciones de vapor de agua.

Cuando las concentraciones de dióxido de carbono disminuyen, la Tierra se enfría, algo de vapor de agua cae fuera de la atmósfera, y el calentamiento del invernadero causado por el vapor de agua disminuye.

Asimismo, cuando las concentraciones de dióxido de carbono aumentan, las temperaturas del aire suben, y más vapor de agua se evapora en la atmósfera, lo que amplifica el calentamiento del invernadero.

Así que mientras que el dióxido de carbono contribuye menos al efecto invernadero general que el vapor de agua, los científicos han encontrado que el dióxido de carbono es el gas que fija la temperatura.

El dióxido de carbono controla la cantidad de vapor de agua en la atmósfera y, por lo tanto, el tamaño del efecto invernadero.

El aumento de las concentraciones de dióxido de carbono ya está causando que el planeta se caliente. Al mismo tiempo que los gases de efecto invernadero han ido en aumento, las temperaturas medias mundiales han aumentado 0,8 grados centígrados desde 1880.

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(Gráficos de Robert Simmon, utilizando datos de CO2 del Laboratorio de Investigación del Sistema Tierra de la NOAA y datos de temperatura del Instituto Goddard para Estudios Espaciales.)

Con el ciclo estacional eliminado, la concentración de dióxido de carbono atmosférico medida en el Volcán Mauna Loa, Hawaii, muestra un aumento constante desde 1957.

Al mismo tiempo, las temperaturas medias mundiales están aumentando como resultado del calor atrapado por el CO2 adicional y el aumento de la concentración de vapor de agua.

Este aumento de temperatura no es todo el calentamiento que veremos basado en las actuales concentraciones de dióxido de carbono. El calentamiento de los invernaderos no ocurre de inmediato porque el océano absorbe el calor.

Esto significa que la temperatura de la Tierra aumentará al menos otros 0,6 grados centígrados (1 grado Fahrenheit) debido al dióxido de carbono ya presente en la atmósfera. El grado en que las temperaturas suban más allá de eso depende en parte de cuánto más carbono liberen los seres humanos a la atmósfera en el futuro.

¿Cómo afecta el Ciclo del Carbono al Oceano?

Alrededor del 30 por ciento del dióxido de carbono que la gente ha vertido a la atmósfera se ha difundido en el océano a través del intercambio químico directo.

La disolución del dióxido de carbono en el océano crea ácido carbónico, que aumenta la acidez del agua. O mejor dicho, un océano ligeramente alcalino se vuelve un poco menos alcalino. Desde 1750, el pH de la superficie del océano ha descendido en un 0,1, un cambio del 30 por ciento en la acidez.

Parte del exceso de CO2 emitido por la actividad humana se disuelve en el océano, convirtiéndose en ácido carbónico. El aumento del dióxido de carbono no sólo está provocando que los océanos sean más cálidos, sino también más ácidos.

La acidificación de los océanos afecta a los organismos marinos de dos maneras. Primero, el ácido carbónico reacciona con los iones de carbonato en el agua para formar bicarbonato. Sin embargo, esos mismos iones de carbonato son lo que los animales que construyen conchas como el coral necesitan para crear conchas de carbonato de calcio.

Con menos carbonato disponible, los animales necesitan gastar más energía para construir sus conchas. Como resultado, las conchas terminan siendo más delgadas y frágiles.

En segundo lugar, cuanto más ácida es el agua, mejor disuelve el carbonato de calcio. A largo plazo, esta reacción permitirá que el océano absorba el exceso de dióxido de carbono porque más agua ácida disolverá más roca, liberará más iones de carbonato y aumentará la capacidad del océano para absorber dióxido de carbono.

Mientras tanto, sin embargo, más agua ácida disolverá las cáscaras de carbonato de los organismos marinos, haciéndolos picados y débiles.

Los océanos más cálidos, producto del efecto invernadero, también podrían disminuir la abundancia de fitoplancton, que crece mejor en aguas frías y ricas en nutrientes. Esto podría limitar la capacidad del océano para extraer carbono de la atmósfera a través del rápido ciclo del carbono.

Por otro lado, el dióxido de carbono es esencial para el crecimiento de las plantas y el fitoplancton. Un aumento en el dióxido de carbono podría aumentar el crecimiento al fertilizar aquellas pocas especies de fitoplancton y plantas oceánicas (como el pasto marino) que toman dióxido de carbono directamente del agua.

Sin embargo, la mayoría de las especies no se ven favorecidas por el aumento de la disponibilidad de dióxido de carbono.

¿Cómo afecta el Ciclo del Carbono a la Tierra?

Las plantas en la tierra han absorbido aproximadamente el 25 por ciento del dióxido de carbono que los humanos han vertido a la atmósfera. La cantidad de carbono que las plantas absorben varía mucho de un año a otro, pero en general, las plantas del mundo han aumentado la cantidad de dióxido de carbono que absorben desde 1960.

Sólo una parte de este aumento se produjo como resultado directo de las emisiones de combustibles fósiles.

Con más dióxido de carbono atmosférico disponible para convertir en materia vegetal en fotosíntesis, las plantas pudieron crecer más. Este aumento del crecimiento se conoce como fertilización con carbono.

Los modelos predicen que las plantas pueden crecer entre un 12 y un 76 por ciento más si se duplica el dióxido de carbono atmosférico, siempre y cuando nada más, como la escasez de agua, limite su crecimiento.

Sin embargo, los científicos no saben cuánto dióxido de carbono está aumentando el crecimiento de las plantas en el mundo real, porque las plantas necesitan más que dióxido de carbono para crecer.

Las plantas también necesitan agua, luz solar y nutrientes, especialmente nitrógeno. Si una planta no tiene una de estas cosas, no crecerá sin importar cuán abundantes sean las otras necesidades. Hay un límite en cuanto a la cantidad de carbono que las plantas pueden extraer de la atmósfera, y ese límite varía de una región a otra.

Hasta ahora, parece que la fertilización con dióxido de carbono aumenta el crecimiento de la planta hasta que ésta alcanza un límite en la cantidad de agua o nitrógeno disponible.

Algunos de los cambios en la absorción de carbono son el resultado de decisiones sobre el uso de la tierra. La agricultura se ha vuelto mucho más intensiva, por lo que podemos cultivar más alimentos en menos tierra.

En las latitudes altas y medias, las tierras agrícolas abandonadas están volviendo a ser bosques, y estos bosques almacenan mucho más carbono, tanto en la madera como en el suelo, que los cultivos. En muchos lugares, evitamos que el carbono vegetal entre en la atmósfera mediante la extinción de incendios forestales.

Esto permite que el material leñoso (que almacena carbono) se acumule. Todas estas decisiones sobre el uso de la tierra están ayudando a las plantas a absorber el carbono liberado por el hombre en el hemisferio norte.

Los cambios en la cubierta terrestre -bosques convertidos en campos y campos convertidos en bosques- tienen un efecto correspondiente en el ciclo del carbono. En algunos países del hemisferio norte, muchas granjas fueron abandonadas a principios del siglo XX y las tierras volvieron a ser boscosas.

Como resultado, el carbono fue extraído de la atmósfera y almacenado en los árboles de la tierra.

En los trópicos, sin embargo, los bosques están siendo removidos, a menudo a través del fuego, y esto libera dióxido de carbono. En 2008, la deforestación representaba alrededor del 12 por ciento de todas las emisiones humanas de dióxido de carbono.

Es probable que los mayores cambios en el ciclo del carbono terrestre se produzcan debido al cambio climático. El dióxido de carbono aumenta las temperaturas, alargando la temporada de crecimiento y aumentando la humedad.

Ambos factores han conducido a un crecimiento adicional de las plantas. Sin embargo, las temperaturas más cálidas también estresan a las plantas. Con una temporada de crecimiento más larga y cálida, las plantas necesitan más agua para sobrevivir.

Los científicos ya están viendo evidencias de que las plantas en el hemisferio norte frenan su crecimiento en el verano debido a las temperaturas cálidas y la escasez de agua.

Las plantas secas y sometidas a estrés hídrico también son más susceptibles al fuego y a los insectos cuando las estaciones de crecimiento se hacen más largas. En el extremo norte, donde el aumento de la temperatura tiene el mayor impacto, los bosques ya han comenzado a quemar más, liberando carbono de las plantas y del suelo a la atmósfera.

Los bosques tropicales también pueden ser extremadamente susceptibles a la desecación. Con menos agua, los árboles tropicales frenan su crecimiento y absorben menos carbono, o mueren y liberan su carbono almacenado a la atmósfera.

El calentamiento causado por el aumento de los gases de efecto invernadero también puede «hornear» el suelo, acelerando la velocidad a la que el carbono se filtra en algunos lugares. Esto es especialmente preocupante en el extremo norte, donde el suelo congelado -el permafrost- se está descongelando.

El permafrost contiene ricos depósitos de carbono de materia vegetal que se han acumulado durante miles de años debido a que el frío retarda la descomposición. Cuando el suelo se calienta, la materia orgánica se descompone y el carbono -en forma de metano y dióxido de carbono- se filtra a la atmósfera.

Las investigaciones actuales estiman que el permafrost en el hemisferio norte contiene 1.672 millones de toneladas (Petagramos) de carbono orgánico.

Si sólo el 10 por ciento de este permafrost se descongelara, podría liberar suficiente dióxido de carbono adicional a la atmósfera para elevar la temperatura 0,7 grados centígrados adicionales (1,3 grados Fahrenheit) para el año 2100.

El ciclo lento del carbono

A través de una serie de reacciones químicas y actividad tectónica, el carbono tarda entre 100 y 200 millones de años en moverse entre las rocas, el suelo, el océano y la atmósfera en el lento ciclo del carbono.

En promedio, de 1013 a 1014 gramos (10-100 millones de toneladas métricas) de carbono se mueven a través del lento ciclo del carbono cada año.

En comparación, las emisiones humanas de carbono a la atmósfera son del orden de 1015 gramos, mientras que el ciclo rápido del carbono mueve de 1016 a 1017 gramos de carbono por año.

El movimiento del carbono de la atmósfera a la litósfera (rocas) comienza con la lluvia. El carbono atmosférico se combina con el agua para formar un ácido débil, el ácido carbónico, que cae a la superficie con la lluvia.

El ácido disuelve las rocas, un proceso llamado clima químico, y libera iones de calcio, magnesio, potasio o sodio. Los ríos llevan los iones al océano.

Los ríos transportan iones de calcio –el resultado de la erosión química de las rocas– al océano, donde reaccionan con el carbonato disuelto en el agua. El producto de esa reacción, el carbonato de calcio, se deposita en el fondo del océano, donde se convierte en piedra caliza.

En el océano, los iones de calcio se combinan con iones de bicarbonato para formar carbonato de calcio, el ingrediente activo de los antiácidos y la sustancia de color blanco calizo que se seca en su grifo si vive en un área con agua dura.

En el océano moderno, la mayor parte del carbonato de calcio es producido por organismos que forman conchas (calcificadores) (como los corales) y plancton (como los cocolitóforos y foraminíferos).

Después de que los organismos mueren, se hunden en el fondo marino. Con el tiempo, las capas de conchas y sedimentos se cementan juntas y se convierten en roca, almacenando el carbono en piedra caliza y sus derivados.

La piedra caliza, o su primo metamórfico, el mármol, es una roca hecha principalmente de carbonato de calcio. Estos tipos de rocas se forman a menudo a partir de los cuerpos de plantas y animales marinos, y sus conchas y esqueletos pueden ser preservados como fósiles.

¿Por cuanto tiempo se puede almacenar el carbono?

El carbono encerrado en la piedra caliza puede almacenarse durante millones -o incluso cientos de millones- de años.

Sólo el 80 por ciento de la roca que contiene carbono se fabrica actualmente de esta manera. El 20 por ciento restante contiene carbono de seres vivos (carbono orgánico) que ha sido incrustado en capas de lodo.

El calor y la presión comprimen el lodo y el carbono durante millones de años, formando rocas sedimentarias como el esquisto. En casos especiales, cuando la materia vegetal muerta se acumula más rápido de lo que puede descomponerse, las capas de carbono orgánico se convierten en petróleo, carbón o gas natural en lugar de roca sedimentaria como el esquisto.

Esta veta de carbón en Escocia era originalmente una capa de sedimento, rica en carbono orgánico. La capa sedimentaria fue finalmente enterrada profundamente bajo tierra, y el calor y la presión la transformaron en carbón.

El carbón y otros combustibles fósiles son una fuente de energía conveniente, pero cuando se queman, el carbono almacenado se libera a la atmósfera. Esto altera el equilibrio del ciclo del carbono y está cambiando el clima de la Tierra.

El ciclo lento devuelve el carbono a la atmósfera a través de los volcanes. Las superficies terrestres y oceánicas de la Tierra se asientan sobre varias placas de la corteza terrestre en movimiento.

Cuando las placas chocan, una se hunde debajo de la otra, y la roca que lleva se derrite bajo el calor y la presión extremos. La roca calentada se recombina en minerales de silicato, liberando dióxido de carbono.

Cuando los volcanes hacen erupción, ventilan el gas a la atmósfera y cubren la tierra con roca de silicato fresca para comenzar el ciclo de nuevo. En la actualidad, los volcanes emiten entre 130 y 380 millones de toneladas métricas de dióxido de carbono al año.

A modo de comparación, los seres humanos emiten alrededor de 30.000 millones de toneladas de dióxido de carbono al año – 100-300 veces más que los volcanes – quemando combustibles fósiles.

¿Cuánto tiempo es necesario para restablecer el Ciclo del Carbono?

La química regula esta danza entre el océano, la tierra y la atmósfera. Si el dióxido de carbono se eleva en la atmósfera debido a un aumento de la actividad volcánica, por ejemplo, las temperaturas aumentan, lo que provoca más lluvia, que disuelve más roca, creando más iones que eventualmente depositarán más carbono en el fondo del océano.

Se necesitan unos pocos cientos de miles de años para reequilibrar el lento ciclo del carbono a través de la erosión química.

Sin embargo, el lento ciclo del carbono también contiene un componente ligeramente más rápido: el océano. En la superficie, donde el aire se encuentra con el agua, el gas de dióxido de carbono se disuelve y se ventila fuera del océano en un intercambio constante con la atmósfera.

Una vez en el océano, el dióxido de carbono reacciona con las moléculas de agua para liberar hidrógeno, haciendo que el océano sea más ácido. El hidrógeno reacciona con el carbonato de la erosión de las rocas para producir iones de bicarbonato.

Antes de la era industrial, el océano ventilaba el dióxido de carbono a la atmósfera en equilibrio con el carbono que el océano recibía durante la erosión de las rocas.

Sin embargo, como las concentraciones de carbono en la atmósfera han aumentado, el océano absorbe ahora más carbono de lo que libera de la atmósfera.

A lo largo de milenios, el océano absorberá hasta 85 por ciento del carbono adicional que las personas han puesto en la atmósfera quemando combustibles fósiles, pero el proceso es lento porque está ligado al movimiento del agua desde la superficie del océano hasta sus profundidades.

Mientras tanto, los vientos, las corrientes y la temperatura controlan la velocidad a la que el océano absorbe el dióxido de carbono de la atmósfera.

Es probable que los cambios en las temperaturas y corrientes oceánicas hayan ayudado a eliminar el carbono de la atmósfera y a restablecerlo en los pocos miles de años en que comenzaron y terminaron las eras glaciales.

El Ciclo Rápido del Carbono

El tiempo que tarda el carbono en moverse a través del rápido ciclo del carbono se mide en una vida útil. El ciclo rápido del carbono es en gran medida el movimiento del carbono a través de las formas de vida en la Tierra, o la biosfera.

Entre 1015 y 1017 gramos (1.000 a 100.000 millones de toneladas métricas) de carbono se mueven a través del rápido ciclo del carbono cada año.

El carbono desempeña un papel esencial en la biología debido a su capacidad de formar muchos enlaces -hasta cuatro por átomo- en una variedad aparentemente infinita de moléculas orgánicas complejas.

Muchas moléculas orgánicas contienen átomos de carbono que han formado fuertes enlaces con otros átomos de carbono, combinándose en largas cadenas y anillos. Tales cadenas y anillos de carbono son la base de las células vivas. Por ejemplo, el ADN está formado por dos moléculas entrelazadas.

Los enlaces en las largas cadenas de carbono contienen mucha energía. Cuando las cadenas se rompen, la energía almacenada se libera. Esta energía hace de las moléculas de carbono una excelente fuente de combustible para todos los seres vivos.

Durante la fotosíntesis, las plantas absorben el dióxido de carbono y la luz solar para crear combustible -glucosa y otros azúcares- para construir estructuras vegetales. Este proceso forma la base del rápido ciclo (biológico) del carbono.

Las plantas y el fitoplancton son los principales componentes del rápido ciclo del carbono. El fitoplancton (organismos microscópicos en el océano) y las plantas toman el dióxido de carbono de la atmósfera absorbiéndolo en sus células.

Utilizando la energía del Sol, tanto las plantas como el plancton combinan el dióxido de carbono (CO2) y el agua para formar azúcar (CH2O) y oxígeno. La reacción química se ve así:

CO2 + H2O + energía = CH2O + O2

Cuatro cosas pueden suceder para mover el carbono de una planta y devolverlo a la atmósfera, pero todas implican la misma reacción química. Las plantas descomponen el azúcar para obtener la energía que necesitan para crecer.

Los animales (incluyendo a las personas) comen las plantas o el plancton y descomponen el azúcar de la planta para obtener energía. Las plantas y el plancton mueren y se pudren (son consumidos por las bacterias) al final de la temporada de crecimiento.

O el fuego consume plantas. En cada caso, el oxígeno se combina con el azúcar para liberar agua, dióxido de carbono y energía. La reacción química básica se ve así:

CH2O + O2 = CO2 + H2O + energía

En los cuatro procesos, el dióxido de carbono liberado en la reacción suele terminar en la atmósfera. El rápido ciclo del carbono está tan estrechamente ligado a la vida de las plantas que la temporada de crecimiento puede verse por la forma en que el dióxido de carbono fluctúa en la atmósfera.

En el invierno del hemisferio norte, cuando pocas plantas terrestres están creciendo y muchas están en descomposición, las concentraciones atmosféricas de dióxido de carbono aumentan. Durante la primavera, cuando las plantas comienzan a crecer de nuevo, las concentraciones disminuyen. Es como si la Tierra estuviera respirando.

El flujo y reflujo del rápido ciclo del carbono es visible en los cambios de estación. A medida que las grandes masas terrestres del hemisferio norte se vuelven verdes en la primavera y el verano, extraen carbono de la atmósfera.

Este ciclo alcanza su punto máximo en agosto, con aproximadamente 2 partes por millón de dióxido de carbono extraído de la atmósfera. En el otoño y el invierno, a medida que la vegetación muere en el hemisferio norte, la descomposición y la respiración devuelven el dióxido de carbono a la atmósfera.

Estos mapas muestran la productividad primaria neta (la cantidad de carbono consumido por las plantas) en la tierra (verde) y en los océanos (azul) durante agosto y diciembre de 2010.

En agosto, las áreas verdes de América del Norte, Europa y Asia representan plantas que utilizan el carbono de la atmósfera para crecer. En diciembre, la productividad primaria neta en latitudes altas es negativa, lo que compensa el aumento estacional de la vegetación en el hemisferio sur.

Como resultado, la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera aumenta.

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Ciclos Biogeoquimicos etapas      Dioxido de Carbono peligros

Ciclo del Carbono
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