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7.2: Impactos humanos en el ciclo del carbono

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    Los humanos, al igual que todos los demás organismos vivos, han impactado el ciclo global del carbono desde los albores de nuestra especie. Sin embargo, la magnitud de nuestros impactos ha cambiado drásticamente a lo largo de la historia. La Revolución Industrial, que ocurrió alrededor del cambio del siglo XIX, comenzó a hacer grandes cambios en el uso de los recursos en todo el mundo. Comenzando en Gran Bretaña, la industrialización finalmente afectó al mundo entero. El desarrollo de la energía de vapor alimentada por carbón, y posteriormente el transporte tras el descubrimiento de grandes yacimientos de petróleo, tuvo una enorme influencia en la estructura económica y social del mundo. A medida que el mundo se aceleró en la producción y transporte de bienes manufacturados, creció la producción y consumo de combustibles fósiles. A medida que el crecimiento económico continuó aumentando, también lo hizo la producción de dióxido de carbono a través de la combustión de combustibles fósiles. Ver Figura\(\PageIndex{2}\) más adelante en este texto.

    Algunos de los impactos humanos en el ciclo del carbono han sido cuantificados para usted en la Figura 7.1.1. Los cambios en los flujos en el ciclo del carbono que los humanos son responsables incluyen: mayor contribución de CO 2 y otros gases de efecto invernadero a la atmósfera a través de la combustión de combustibles fósiles y biomasa; aumento de la contribución de CO 2 a la atmósfera debido al uso del suelo cambios; aumento del CO 2 disolviéndose en el océano a través del intercambio océano-atmósfera; y aumento de la fotosíntesis terrestre. Los dos primeros impactos, ambos aportando exceso de CO 2 a la atmósfera a una tasa de 4 Gt de carbono por año tienen, con mucho, el mayor impacto en nuestro planeta. Por esta razón, este es el cambio en el que más a menudo nos centraremos a lo largo de esta sección. El exceso de CO 2 en la atmósfera es responsable del aumento de CO 2 que se disuelve en el océano, lo que discutiremos más adelante en esta sección. Esto también es, en parte, responsable del aumento de la fotosíntesis terrestre que se puede observar, ya que el CO 2 adicional está disponible para las plantas para la fotosíntesis. Sin embargo, las prácticas agrícolas y forestales intensivas también contribuyen al cambio en este flujo.

    Un ejemplo característico de un impacto humano en el ciclo del carbono se ilustra en la Figura\(\PageIndex{1}\). A lo largo de la mayor parte de nuestra historia humana reciente, las personas han estado alterando físicamente el paisaje a su alrededor para tener más control sobre su entorno y aumentar sus probabilidades de supervivencia. Una forma en que la gente ha hecho esto es a través de la agricultura. Para que la mayoría de las formas de agricultura tengan éxito, se elimina o minimiza la vegetación nativa. Los recursos de esta vegetación nativa, como la madera, pueden ser utilizados para la combustión para proporcionar calor, saneamiento o combustible para cocinar. La combustión también puede ser utilizada como una forma eficiente de despejar la tierra y dar paso a cultivos o tierras de pastoreo para el ganado. A menudo, se forman asentamientos alrededor de estos campos agrícolas recién hechos, y la tierra se usa de manera similar durante muchos años en el futuro.

    Identificemos las formas en que los humanos están impactando el ciclo del carbono en este escenario de establecimiento agrícola. Debe poder identificar a partir del párrafo anterior que el flujo de combustión liberará CO 2 previamente retenido en la vegetación a la atmósfera. Además, recuerden que la tierra que solía albergar vegetación nativa es ahora el hogar de tierras agrícolas. En la mayoría de los ambientes agrícolas controlados, hay menos biomasa vegetativa total que la que habría en condiciones naturales. Esta disminución de la biomasa conduce a menores tasas de fotosíntesis total, disminuyendo así la cantidad de CO 2 que se elimina de la atmósfera y se convierte en biomasa vegetal. Además, el suelo abierto en los campos entre cultivos, durante los meses de invierno, o como resultado del sobrepastoreo permite que el aire penetre profundamente en la estructura del suelo. Esto proporciona el ambiente necesario para mejorar la respiración aeróbica por parte de los microorganismos del suelo. Esto disminuye el carbono del suelo, lo que puede conducir a la erosión y degradación del suelo, y también libera CO 2 adicional a la atmósfera.

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    Figura\(\PageIndex{1}\): Impactos de la agricultura de tala y quema y quema de biomasa. a) Agricultura de corte y quema en Maaninka, Finlandia. Este tipo de agricultura todavía estaba en uso en Finlandia a finales de la década de 1920. b) Cortar y quemar la agricultura en los márgenes de la selva amazónica en América del Sur capturada por astronautas en la Estación Espacial Internacional en agosto de 2014. Crédito: Fotografía astronauta ISS040-E-103496. c) Distribución global de incendios de biomasa, representados por puntos rojos, naranjas y amarillos (los colores más claros indican más incendios), con base en mediciones nocturnas obtenidas por el Sistema Operativo de Exploración de Líneas del DMSP. Crédito: Julia Cole, Observatorio de la Tierra de la NASA

    Como aprendiste en el Capítulo 5, la biomasa es una forma importante de energía para la civilización humana. Antes de la Revolución Industrial, ésta era esencialmente la única forma de combustible a la que la mayoría de la gente en la Tierra tenía acceso. En muchos países menos industrializados, la combustión de biomasa como la madera o el estiércol animal sigue siendo la principal fuente de energía de la que muchos ciudadanos, particularmente en las zonas rurales, dependen para uso doméstico (calefacción, saneamiento y cocina) ya que es económica, relativamente eficiente y fácilmente disponible . La Figura\(\PageIndex{1}\) c muestra la distribución global de los incendios de biomasa en el mundo. Si bien la quema de biomasa para uso doméstico contribuye a algunos de estos incendios, es la llamada agricultura de tala y quema la que hace un aporte mayor. Tómese un minuto para comparar las áreas resaltadas en la Figura\(\PageIndex{1}\) c con los países del mundo que actualmente están experimentando un rápido crecimiento poblacional (Capítulo 3). Si necesita un repaso, utilice el sitio web CIA World Factbook para ver los valores actuales de crecimiento poblacional global por país: www.cia.gov/library/publicat... /2002rank.html.

    Si bien la quema de biomasa aún tiene un impacto significativo en el ciclo global del carbono, los impactos humanos en flujos como la extracción y la combustión de combustibles fósiles continúan creciendo. Para una revisión de los impactos de las fuentes de energía no renovables como los combustibles fósiles, véase el Capítulo 4. La quema de cualquier combustible fósil (carbón, gas natural, petróleo crudo) mueve el carbono de un estado previamente secuestrado en lo profundo de la corteza terrestre hacia el dióxido de carbono en la atmósfera. A medida que los países se vuelven más industrializados, su dependencia y combustión de los combustibles fósiles tiende a aumentar. Mire la gráfica en la Figura\(\PageIndex{2}\), que compara las emisiones de CO 2 de los combustibles fósiles de regiones de todo el mundo.

    ¿Cómo ha cambiado el uso y distribución de los combustibles fósiles a lo largo de los últimos 250 años?

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    Figura\(\PageIndex{2}\): Emisiones totales anuales de CO 2 procedentes de la combustión de combustibles fósiles 1850-2011 por región global. Datos del Centro de Análisis de Información sobre Dióxido de Carbono (CDIAC) cdiac.esd.ornl.gov/

    Los datos mostrados en la Figura\(\PageIndex{2}\) revelan mucho sobre las regiones del mundo que representa. Se pueden ver los efectos de acontecimientos históricos como la Gran Depresión de 1929-1939, las guerras mundiales, la caída de la Unión Soviética en 1991 y los incendios petroleros de Kuwait de 1991. Además, entre 1850 y 2011, diferentes regiones han entrado y salido de la posición de liderazgo como principal productor de CO 2 a partir de emisiones de combustibles fósiles. La población es una de las razones por las que el uso de combustibles fósiles ha cambiado a lo Esto es particularmente evidente al comparar los datos de Europa occidental con los de la India y el sudeste asiático.

    A medida que los países se industrializan, su relación con la agricultura también cambia. Los países más industrializados dependen muy poco de la agricultura de tala y quema. Sus prácticas agrícolas, sin embargo, no son menos impactantes en el medio ambiente. La creciente población (Capítulo 3) en muchos países ha requerido que la agricultura se industrialice para satisfacer la demanda. Como persona que vive en Estados Unidos, la agricultura industrializada probablemente produce la gran mayoría de los alimentos que comes, incluyendo granos, frutas y verduras, lácteos y huevos, carnes e incluso pescado. La agricultura industrializada puede referirse a una variedad de prácticas, pero tiene varios componentes principales: el uso de maquinaria motorizada; el uso de productos químicos como fertilizantes, pesticidas, hormonas y/o antibióticos; y la producción intensa y eficiente de un producto en una gran superficie de tierra.

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    Figura\(\PageIndex{3}\): Emisiones de metano en Estados Unidos por fuente. 36% de la producción de metano estadounidense proviene de la agricultura: fermentación entérica (producción de metano por bacterias anaerobias dentro del intestino de los rumiantes) y manejo de estiércol. Todas las estimaciones de emisiones del Inventario de Emisiones y sumideros de gases de efecto invernadero de Estados Unidos: 1990-2013. NOS EPA

    Un ejemplo de los impactos de la agricultura industrializada es la producción de metano (CH 4), un potente gas de efecto invernadero. Aprenderás más metanosobre metano más adelante en esta sección. Como viste antes, el metano es un producto común de los metabolismos anaeróbicos. El intestino de los animales rumiantes (como ovejas, vacas y cabras) ha evolucionado para permitir que los animales digieran las moléculas de carbono muy duras, como la celulosa, en el pasto. Esto lo hacen a través de la simbiosis, o cooperación, con bacterias anaerobias que viven en el tracto intestinal. Estas bacterias anaerobias producen metano y otros gases como resultado de su metabolismo cuando descomponen moléculas como la celulosa. Esto a veces se llama fermentación entérica. El gas metano se excreta del animal, lo que contribuye significativamente a las emisiones totales de metano (Figura\(\PageIndex{3}\)). Un tipo similar de bacteria vive en la materia fecal, o estiércol, del ganado. A medida que el estiércol se maneja o almacena para uso futuro, el metano también se libera al medio ambiente.

    Las excreciones de metano de una vaca o de unas pocas ovejas serían minúsculas e insignificantes. Si fueras un pequeño agricultor con solo el ganado suficiente para alimentar a tu familia, tu contribución a las emisiones totales de metano estaría cerca de cero. Sin embargo, la demanda de proteína animal a partir de carne, lácteos y huevos es muy grande en Estados Unidos. A enero de 2015, Estados Unidos tenía un inventario total de ganado bovino de 89.9 millones de animales, y en 2014, en Estados Unidos se consumían 25.5 mil millones de libras de carne de res (estadísticas: National Cattlemen's Beef Association). Los impactos de la fermentación entérica y el manejo del estiércol para casi 90 millones de animales son muy significativos, como se ve en la Figura\(\PageIndex{3}\). En ambos casos, el carbono que anteriormente se almacenaba en la biomasa (alimento del ganado) se traslada a la atmósfera, esta vez en forma de CH 4. Este es otro ejemplo de cómo los humanos han impactado el ciclo del carbono.

    Anteriormente en este capítulo, identificaste otras formas en que el ciclo del carbono se ve impactado por la agricultura humana. A través de la agricultura industrializada, también debemos dar cuenta de los combustibles fósiles que se utilizan. Para entregar productos agrícolas a los consumidores, los combustibles fósiles se utilizan en numerosas ocasiones: entregas de fertilizantes, piensos y/o semillas a granjas; maquinaria agrícola; entrega de productos a procesadoras; procesamiento de alimentos; entrega de alimentos a supermercados; etc.

    Como los productos animales, especialmente la carne, son caros, la demanda suele ser mayor en los países más industrializados que en los países menos industrializados. Esto hace que la agricultura industrializada, y especialmente la agricultura animal industrializada, sea uno de los principales contribuyentes a las emisiones de gases de efecto invernadero en los países más industrializados.

    Verificación de conocimientos: responda estas preguntas por su cuenta para explorar más a fondo los impactos de la quema de biomasa y combustibles fósiles en el ciclo global del carbono.

    1. ¿Por qué existe una correlación entre la tasa de crecimiento poblacional y la distribución global de los incendios de biomasa?

    2. ¿Crees que esta correlación es más probable debido a incendios personales de biomasa para actividades como cocinar, o debido a la agricultura de tala y quema? ¿Por qué?

    3. Dado cualquier otro conocimiento que pueda tener sobre las áreas resaltadas en la Figura\(\PageIndex{1}\) c, ¿qué otros impactos ambientales pueden estar ocurriendo aquí además de las alteraciones del ciclo del carbono?

    4. Compare la producción de emisiones de CO 2 de la combustión de combustibles fósiles en todas las regiones del mundo en 1900, 1950 y 2011 en la Figura\(\PageIndex{2}\). ¿Qué ha contabilizado estas diferencias?

    5. \(\PageIndex{2}\)¿La producción mundial total de CO 2 a partir de combustibles fósiles ha aumentado de manera uniforme en relación con el crecimiento de la población humana durante el periodo de tiempo mostrado en la Figura ¿Por qué o por qué no?

    6. ¿Cuáles son las diferencias en las contribuciones de las emisiones de gases de efecto invernadero de países más industrializados y países menos industrializados? ¿Cuáles son las similitudes?

    Recursos

    Centro de Análisis de Información sobre Dióxido de Carbono cdiac.esd.ornl.gov/

    Laboratorio de Investigación del Sistema Terrestre de la NOAA: Ciencia del Ciclo del Carbono www.esrl.noaa.gov/research/themes/carbon/

    Sass, Ronald. P2: ¿Cuáles son las causas del cambio climático global? OpenStax CNX. Sep 22, 2009 http://cnx.org/contents/5d263a29-7bd...c233619bca33@3

    USDA Cambio Climático y Agricultura en Estados Unidos: Efectos y Adaptación www.usda.gov/oce/climate_chan... griculture.htm

    Descripción general de la EPA de EE. UU.: Metano http://epa.gov/climatechange/ghgemis...gases/ch4.html

    Woods Hole Oceanographic Institution: Carbono alrededor de la Tierra http://www.whoi.edu/feature/carboncycle/

    Lista de términos

    Aeróbico

    País menos industrializado

    Anaeróbico

    Litosfera

    Autótrofo

    Metano

    Biomasa

    País más industrializado

    Carbono

    Óxido nitroso

    Dióxido de carbono

    Atmósfera oceánica

    Intercambio de respiración celular

    Cloroplasto

    Fotosíntesis

    Combustión

    Energía potencial

    Consumo

    Productor primario

    Descomposición

    Embalse

    Equilibrio

    Tiempo de residencia

    Flux

    Animal rumiante

    Gases de efecto invernadero

    Fregadero

    Heterótrofo

    Agricultura de Slash and Burn

    Revolución Industrial

    Fuente

    Agricultura industrializada


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