17.2A: Ciclo de Carbono
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La concentración de carbono en la materia viva (18%) es casi 100 veces mayor que su concentración en la tierra (0.19%). Así que los seres vivos extraen carbono de su entorno no vivo. Para que la vida continúe, este carbono debe ser reciclado. El carbono existe en el entorno no vivo como:
- dióxido de carbono (CO 2) en la atmósfera y disuelto en agua (formando HCO 3 −)
- rocas carbonatadas (piedra caliza y coral = CaCo 3)
- yacimientos de carbón, petróleo y gas natural derivados de seres que alguna vez fueron vivos
- materia orgánica muerta, por ejemplo, humus en el suelo
El carbono ingresa al mundo biótico a través de la acción principalmente de fotoautótrofos, como plantas y algas, que utilizan la energía de la luz para convertir el dióxido de carbono en materia orgánica y en pequeña medida, los quimioautótrofos, bacterias y arqueas que hacen lo mismo pero utilizan la energía derivada de una oxidación de moléculas en su sustrato. El carbono regresa a la atmósfera y al agua por respiración (como CO 2), quema y descomposición (produciendo CO 2 si hay oxígeno presente, metano (CH 4) si no lo está.
La absorción y el retorno de CO 2 no están en equilibrio
El contenido de dióxido de carbono de la atmósfera aumenta gradual y constantemente. La gráfica muestra la concentración de CO 2 en la cumbre de Mauna Loa en Hawai de 1958 a 1999. Los valores están en partes por millón (ppm). La fluctuación estacional es causada por el aumento de la captación de CO 2 por las plantas en el verano. (En marzo de 2015, su concentración promedio mundial alcanzó 400 ppm).
El incremento del CO 2 probablemente comenzó con el inicio de la revolución industrial. Muestras de aire atrapado a lo largo de los siglos en el hielo glacial de Groenlandia no muestran cambios en el contenido de CO 2 hasta hace 300 años. Desde que las mediciones del CO 2 atmosférico comenzaron a fines del siglo XIX, su concentración ha aumentado más del 20%. Este incremento es seguramente “antropogénico”; es decir, causado por las actividades humanas:
- quemar combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural) que devuelve a la atmósfera el carbono que lleva millones de años encerrado dentro de la tierra.
- desbroce y quema de bosques, especialmente en los trópicos. En las últimas décadas, grandes áreas de la selva amazónica han sido despejadas para la agricultura y el pastoreo de ganado.
¿Dónde está el carbono que falta?
Curiosamente, el incremento del CO 2 atmosférico es sólo aproximadamente la mitad de lo que se habría esperado de la cantidad de consumo de combustibles fósiles y la quema forestal. ¿A dónde se ha ido el resto? La investigación ha demostrado que el aumento de los niveles de CO 2 conduce a una mayor producción neta de fotoautótrofos. Existe evidencia de que al menos parte del CO 2 faltante ha sido incorporado por: (1) aumento del crecimiento de bosques, especialmente en América del Norte, (2) aumento de las cantidades de plancton fotoautotrófico en los océanos, y (3) captación por suelos desérticos (mecanismo aún desconocido)
El efecto invernadero y el calentamiento global
A pesar de estos “sumideros” para nuestra producción de CO 2 muy incrementada, ¿la concentración de CO 2 atmosférico sigue aumentando? ¿Deberíamos estar preocupados? El dióxido de carbono es transparente a la luz pero opaco a los rayos de calor. Por lo tanto, el CO 2 en la atmósfera retarda la radiación de calor de la tierra de regreso al espacio, el “efecto invernadero”. ¿El aumento del dióxido de carbono ha llevado al calentamiento global?
Alguna evidencia:
- Un cuidadoso monitoreo muestra que la temperatura global del aire en 2014 fue 0.57°C mayor que el promedio de 1961-1990, y que 14 de los 15 años más cálidos desde que comenzaron a mantenerse registros a fines del siglo XIX han ocurrido en este siglo (incluyendo 2005 y 2010 así como 2014).
- Muchos glaciares y capas de hielo están retrocediendo.
- Los arbustos leñosos están creciendo ahora en áreas del norte de Alaska que hace 50 años eran tundra estéril.
- Muchas angiospermas en climas templados están floreciendo antes en la primavera de lo que solían hacerlo.
- Muchas especies de aves y mariposas se mueven hacia el norte y se reproducen a principios de la primavera.
El aumento continuado del dióxido de carbono conducirá a un mayor calentamiento global y, de ser así, ¿cuánto? En este punto, la respuesta depende de qué suposiciones conectes a tus modelos de computadora. Pero a medida que se han mejorado los diferentes modelos, parecen estar convergiendo en un consenso: una duplicación de la concentración de CO 2 (esperada a finales de este siglo) hará que la tierra se caliente en algún lugar en el rango de 1.1—6.4°C.
Otros gases de efecto invernadero
Si bien sus niveles en la atmósfera son muy inferiores a los del CO 2,
- metano (CH 4)
- óxido nitroso (N 2 O)
- hidrofluorocarbonos (HFC)
también son potentes gases de efecto invernadero.
Metano
Aunque el metano (“gas de pantano”) es liberado por procesos naturales (por ejemplo, por la descomposición que ocurre en los pantanos), las actividades humanas representan actualmente alrededor del 60% del total.
- minería, procesamiento y uso de carbón, petróleo y gas natural
- liberación de vertederos
- cultivo de arroz en los arrozales
- bosques ardientes
- cría de ganado (la fermentación en sus rumenes produce metano que es expulsado de su tracto GI)
Así que la quema de la selva tropical se suma al presupuesto de metano atmosférico de dos maneras:
- combustión incompleta durante la combustión
- liberación del tracto GI del ganado que posteriormente se coloca en los terrenos despejados.
La concentración de metano en el aire ártico es actualmente de unas 1.9 partes por millón, iniciando el nivel más alto visto tales mediciones. Aunque esta concentración es mucho menor que la del CO 2, el metano es 28 veces más potente que un gas de efecto invernadero. Se cree que el marcado calentamiento de la tierra ocurrido al final de la época del Paleoceno fue causado por la liberación de grandes cantidades de metano del fondo marino.