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12.16: Ciclo del Carbono y Clima

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    ¿Qué es un diamante?

    El carbono toma todo tipo de formas como elemento y como compuesto. Un diamante es solo carbono, carbono puro. Un diamante es bueno para cortar cosas, pero no es bueno para respirar o construir proteínas a partir de, sin embargo, otras formas de carbono lo son. El carbono es esencial para la vida en la Tierra y, como dióxido de carbono, es un gas atmosférico importante.

    El ciclo del carbono

    El carbono es un elemento muy importante para los seres vivos. Como el segundo elemento más común en el cuerpo humano, sabemos que la vida humana sin carbono no sería posible. Las proteínas, los carbohidratos y las grasas son parte del cuerpo y todas contienen carbono. Cuando tu cuerpo descompone los alimentos para producir energía, descompone las proteínas, los carbohidratos y las grasas, y exhalas dióxido de carbono.

    El carbono se presenta en muchas formas en la Tierra. El elemento se mueve a través de los organismos y luego regresa al medio ambiente. Cuando todo esto sucede en equilibrio, el ecosistema también se mantiene en equilibrio.

    Ciclo de carbono a corto plazo

    El ciclo de carbono a corto plazo comienza con el dióxido de carbono (CO 2) en la atmósfera.

    Fotosíntesis

    A través de la fotosíntesis, el carbono inorgánico en el dióxido de carbono más el agua y la energía de la luz solar se transforma en carbono orgánico (alimento) con oxígeno desprendido como producto de desecho. La ecuación química para la fotosíntesis es:

    alt

    Respiración

    Las plantas y los animales se involucran en el reverso de la fotosíntesis, que es la respiración. En la respiración, los animales utilizan oxígeno para convertir el carbono orgánico del azúcar en energía alimentaria que pueden usar. Las plantas también pasan por la respiración y consumen algunos de los azúcares que producen.

    La reacción química para la respiración es:

    C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 → 6 CO 2 + 6 H 2 O + energía útil

    La fotosíntesis y la respiración son un proceso de intercambio de gases. En la fotosíntesis, el CO 2 se convierte en O 2; en la respiración, el O 2 se convierte en CO 2.

    Recuerda que las plantas no crean energía. Cambian la energía de la luz solar en energía química que las plantas y los animales pueden usar como alimento (Figura a continuación).

    Diagrama del ciclo del carbono

    El ciclo del carbono muestra dónde se puede encontrar un átomo de carbono. Los números negros indican cuánto carbono se almacena en diversos embalses, en miles de millones de toneladas (“GtC” significa gigatoneladas de carbono). Los números morados indican cuánto carbono se mueve entre embalses cada año. Los sedimentos, tal como se definen en este diagrama, no incluyen los ~70 millones de GtC de roca carbonatada y querógeno.

    Ciclismo de carbono a largo plazo

    Disipadores de carbono y fuentes de carbono

    Los lugares en el ecosistema que almacenan carbono son reservorios. Los lugares que abastecen y eliminan carbono son las fuentes de carbono y los sumideros de carbono, respectivamente. Si se proporciona más carbono que el almacenado, el lugar es una fuente de carbono. Si se absorbe más dióxido de carbono del que se emite, el reservorio es un sumidero de carbono. ¿Cuáles son algunos ejemplos de fuentes y sumideros de carbono?

    • Los sumideros de carbono son reservorios donde se almacena el carbono. Los bosques sanos y los océanos actúan como sumideros de carbono.
    • Las fuentes de carbono son reservorios desde los cuales el carbono puede ingresar al medio ambiente. El manto es una fuente de carbono de los gases volcánicos.

    Un reservorio puede cambiar de un fregadero a una fuente y viceversa. Un bosque es un sumidero, pero cuando el bosque arde se convierte en fuente.

    La cantidad de tiempo que el carbono permanece, en promedio, en un reservorio es el tiempo de residencia del carbono en ese reservorio.

    Dióxido de carbono atmosférico

    Recuerda que la cantidad de CO 2 en la atmósfera es muy baja. Esto significa que un pequeño aumento o disminución en el CO 2 atmosférico puede tener un gran efecto.

    Al medir la composición de las burbujas de aire atrapadas en el hielo glacial, los científicos pueden aprender la cantidad de CO 2 atmosférico a veces en el pasado. De particular interés es el momento justo antes de la Revolución Industrial, cuando la sociedad comenzó a utilizar combustibles fósiles. Se piensa que ese valor es el contenido natural de CO 2 para este periodo de tiempo; ese número fue de 280 partes por millón (ppm).

    Para 1958, cuando los científicos comenzaron a medir directamente el contenido de CO 2 de la atmósfera en el volcán Mauna Loa en el Océano Pacífico, la cantidad era de 316 ppm (Figura a continuación). En 2018, el contenido de CO2 atmosférico cruzó a 410 ppm.

    Gráfico de aumento de los niveles de dióxido de carbono en el Observatorio Mauna Loa

    La cantidad de CO 2 en la atmósfera se mide en el Observatorio Mauna Loa desde 1958. La línea azul muestra el promedio anual de CO 2. La línea roja muestra variaciones estacionales en CO 2.

    Se trata de un incremento del CO 2 atmosférico de 40% desde antes de la Revolución Industrial. Alrededor del 65% de ese incremento se ha producido desde que se realizaron las primeras mediciones de CO 2 en el volcán Mauna Loa, Hawai, en 1958.

    Las acciones humanas impactan el ciclo del carbono

    Los humanos han cambiado el equilibrio natural del ciclo del carbono porque utilizamos carbón, petróleo y gas natural para abastecer nuestras demandas energéticas. Los combustibles fósiles son un sumidero del CO 2 cuando se forman, pero son una fuente de CO 2 cuando se queman.

    La ecuación para la combustión de propano, un hidrocarburo simple, se ve así:

    alt

    La ecuación muestra que cuando el propano se quema, utiliza oxígeno y produce dióxido de carbono y agua. Entonces, cuando un automóvil quema un tanque de gasolina, la cantidad de CO 2 en la atmósfera aumenta apenas un poco. Sumado más de millones de tanques de gas y carbón quemados para la electricidad en las centrales eléctricas y todas las demás fuentes de CO 2, el resultado es el incremento del CO 2 atmosférico visto en la Figura anterior.

    La segunda fuente más grande de CO 2 atmosférico es la deforestación (Figura a continuación). Los árboles absorben CO 2 de forma natural mientras están vivos. Los árboles que son talados pierden su capacidad de absorber CO 2. Si el árbol se quema o se descompone, se convierte en una fuente de CO 2. Un bosque puede pasar de ser un sumidero de carbono a ser una fuente de carbono.

    Este bosque en México ha sido talado y quemado para limpiar tierras boscosas para la agricultura

    Este bosque en México ha sido talado y quemado para limpiar tierras boscosas para la agricultura.

    Por qué es importante el ciclo del carbono

    ¿Por qué es incluso importante una cantidad tan pequeña de dióxido de carbono en la atmósfera? El dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero. Los gases de efecto invernadero atrapan la energía térmica que de otro modo irradiaría hacia el espacio, lo que calienta la Tierra. Estos gases fueron discutidos en el capítulo Procesos atmosféricos.

    Resumen

    • El carbono es esencial para la vida como parte de las proteínas, carbohidratos y grasas.
    • La cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera es extremadamente baja, pero es sumamente importante ya que el dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero, lo que ayuda a mantener moderado el clima de la Tierra.
    • La cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera va en aumento, hecho que se ha documentado en el volcán Mauna Loa desde 1958.

    Revisar

    1. ¿Qué significa decir que la fotosíntesis y la respiración son procesos de intercambio de gases?
    2. ¿Cómo aprenden los científicos sobre los niveles de carbono en el pasado?
    3. ¿Cómo afectan las actividades humanas al ciclo del carbono?

    Explora más

    Utilice este recurso para responder a las preguntas que siguen.

    1. ¿Qué hacen los gases de efecto invernadero?
    2. ¿A dónde fue la mayor parte del dióxido de carbono que estaba presente en la atmósfera temprana?
    3. ¿Qué agregaron las primeras plantas a la atmósfera y por qué era tan importante? ¿Qué más crearon?
    4. ¿Qué hacen los organismos con el carbono orgánico?
    5. ¿Cuáles son las dos cosas principales que hace el carbono?
    6. ¿Cuál es la versión de 30 segundos del ciclo del carbono?
    7. ¿Qué hace la fijación de carbono con el dióxido de carbono?
    8. ¿Cómo utilizan los organismos los carbohidratos producidos por las reacciones de fijación de carbono?
    9. ¿En qué consiste la respiración celular al revés?
    10. Después de que los organismos metabolizan los carbohidratos, ¿cómo se libera el carbono de nuevo al medio ambiente?
    11. ¿Qué sucede cuando el dióxido de carbono se mezcla con el agua y qué causa?
    12. ¿Qué sucede con los iones carbonato en el medio marino?
    13. ¿Qué sucede cuando mueren los organismos constructivos de conchas? ¿Qué pasa si esos organismos están enterrados profundamente?
    14. ¿Cuánto carbono está envuelto en los combustibles fósiles en comparación con la cantidad total de carbono?
    15. ¿A dónde va el dióxido de carbono que se libera de los combustibles fósiles? ¿A dónde va el exceso de dióxido de carbono?

    Recursos

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