El ciclo del carbono
Puntos más importantes
- El carbono es un elemento esencial en los cuerpos de los seres vivos. También es económicamente importante para los humanos modernos, en la forma de combustibles fósiles.
- El dióxido de carbono (start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript) de la atmósfera es absorbido por los organismos fotosintéticos que lo usan para producir moléculas orgánicas, las cuales viajan a través de las cadenas alimenticias. Al final, los átomos de carbono son liberados como start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript durante la respiración.
- Los procesos geológicos lentos, entre los que están la formación de rocas sedimentarias y combustibles fósiles, contribuyen al ciclo del carbono a lo largo de escalas prolongadas de tiempo.
- Algunas actividades humanas, como la quema de combustibles fósiles y la deforestación, aumentan el start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript atmosférico y afectan el clima y los océanos de la tierra.
El carbono: elemento constitutivo y fuente de energía
Alrededor del 18% de la masa de tu cuerpo compuesto por átomos de carbono, ¡y esos átomos son fundamentales para tu existencia!start superscript, 1, end superscript.
Sin el carbono, no tendrías las membranas plasmáticas de tus células,
ni las moléculas de azúcar que usas como combustible, ni siquiera el que porta las instrucciones para construir y poner en funcionamiento tu cuerpo.
El
carbono es parte de nuestros cuerpos, pero también es parte de nuestras
industrias modernas. Los compuestos de carbono de plantas y algas que
existieron hace mucho tiempo forman los combustibles fósiles, como el
carbón y el gas natural, que usamos actualmente como fuentes de energía.
Cuando estos combustibles fósiles se queman, se libera dióxido de
carbono () en el aire, lo que resulta en niveles cada vez mayores de atmosférico. Este aumento en los niveles de afecta el clima de la Tierra y es una preocupación ambiental importante en todo el mundo.
Echemos un vistazo al ciclo del carbono, veamos cómo el start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript atmosférico y el uso que los organismos vivos hacen del carbono encajan en este ciclo.
El ciclo del carbono
El ciclo del carbono se estudia con más facilidad como dos ciclos más pequeños interconectados:
- Uno que comprende el intercambio rápido de carbono entre los organismos vivos.
- Y otro que se encarga del ciclo del carbono a través de los procesos geológicos a largo plazo.
Aunque
los veremos de manera separada, es importante tomar en cuenta que estos
ciclos están enlazados entre sí. Por ejemplo, las reservas de start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript atmosférico y oceánico que son utilizadas por los organismos vivos son las mismas que los procesos geológicos reciclan.
Como una breve descripción, el carbono existe en el aire mayoritariamente como dióxido de carbono gaseoso, el cual se disuelve en el agua y reacciona con las moléculas de esta para producir bicarbonato: start text, H, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript.
La fotosíntesis
que llevan a cabo las plantas terrestres, las bacterias y las algas,
convierte el dióxido de carbono o el bicarbonato en moléculas orgánicas.
Las moléculas orgánicas producidas por los organismos
fotosintetizadores pasan a través de las cadenas alimenticias, y la
respiración celular convierte nuevamente el carbono orgánico en dióxido
de carbono gaseoso.
El almacenamiento de carbono orgánico a largo plazo ocurre cuando la
materia que proviene de los organismos vivos es enterrada profundamente
bajo la tierra o cuando se hunde hasta el fondo del océano y forma rocas
sedimentarias. La actividad volcánica y, en tiempos más recientes, la
quema de combustibles fósiles, devuelven este carbono orgánico al ciclo.
Aunque la formación de combustibles fósiles sucede en una escala de
tiempo geológico lento, la liberación que hacen los humanos del carbono
que contienen, en forma de start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript, sucede en una escala de tiempo extremadamente rápida.
El ciclo biológico del carbono
El
carbono entra en todas las redes tróficas, tanto terrestres como
acuáticas, a través de los autótrofos, organismos que producen su propio
alimento. Casi todos estos autótrofos son fotosintetizadores, como las
plantas o las algas.
Los
autótrofos capturan el dióxido de carbono del aire o los iones de
bicarbonato del agua y lo usan para producir compuestos orgánicos como
la glucosa. Los heterótrofos, como los humanos, que se
alimentan de otros seres, consumen las moléculas orgánicas y así el
carbono orgánico pasa a través de las cadenas y redes tróficas.
¿Cómo
regresa el carbono a la atmósfera o al océano? Para liberar la energía
almacenada en las moléculas que contienen carbono, como los azúcares,
los autótrofos y heterótrofos las degradan mediante un proceso llamado
respiración celular. En este proceso, el carbono de la molécula se
libera en forma de dióxido de carbono. Los descomponedores también
liberan compuestos orgánicos y dióxido de carbono cuando degradan
organismos muertos y productos de desecho.
El ciclo geológico del carbono
La
ruta geológica del ciclo del carbono es mucho más lenta que la ruta
biológica que acabamos de describir. De hecho, el carbono usualmente
tarda millones de años en recorrer la ruta geológica. El carbono puede
quedar almacenado durante largos periodos de tiempo en la atmósfera, en
los cuerpos de agua líquida (océanos en su mayoría) en los sedimentos
oceánicos, en el suelo, en las rocas, en los combustibles fósiles y en
el interior de la Tierra.
El
nivel de dióxido de carbono en la atmósfera se ve afectado por la
reserva de carbono en los océanos y viceversa. El dióxido de carbono
atmosférico se disuelve en agua y reacciona con las moléculas de agua en
las siguientes reacciones:
El carbonato ( que se libera en este proceso se combina con los iones para formar carbonato de calcio ) un componente clave de las conchas de los organismos marinosstart superscript, 5, end superscript.
Cuando los organismos mueren, sus restos se hunden y finalmente se
convierten en parte del sedimento del suelo oceánico. A lo largo del
tiempo geológico, el sedimento se convierte en piedra caliza, que es la
reserva de carbono más grande de la Tierra.
En
la tierra, el carbono se almacena en el suelo en forma de carbono
orgánico proveniente de la descomposición de los organismos o como
carbono inorgánico producto de la meteorización de las rocas y los
minerales. Más profundo en el subsuelo se encuentran los combustibles
fósiles como el petróleo, el carbón y el gas natural, que son los restos
de plantas descompuestas bajo condiciones anaeróbicas, sin oxígeno. Los
combustibles fósiles tardan millones de años en formarse; cuando los
humanos los queman, el carbono es liberado a la atmósfera en forma de
dióxido de carbono.
Otra
forma en la que el carbono entra a la atmósfera es la erupción
volcánica. Los sedimentos carbonatados del fondo oceánico se hunden
profundamente en la Tierra mediante un proceso llamado subducción, en el
que una placa tectónica se mueve por debajo de otra. Este proceso
produce dióxido de carbono, el cual puede ser liberado hacia la
atmósfera por erupciones volcánicas o respiraderos hidrotermales.
El impacto humano sobre el ciclo del carbono
La
demanda mundial por las limitadas reservas de combustibles fósiles de
la Tierra ha aumentado desde el inicio de la revolución industrial. Los
combustibles fósiles se consideran como un recurso no renovable porque
se agotan mucho más rápido de lo que los procesos geológicos pueden
producirlos.
Cuando se queman combustibles fósiles, se libera dióxido de carbono al aire. El aumento en el uso de los combustibles fósiles ha provocado niveles elevados de atmosférico. La deforestación o tala de bosques, también contribuye de manera importante a elevar los niveles de start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript.
Los árboles y otras partes de los ecosistemas boscosos secuestran el
carbono y buena parte de ese carbono se libera en forma de start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript si se tala el bosquestart superscript, 6, end superscri.
Parte del adicional producido por la actividad humana es absorbido por las
plantas o el océano, pero estos procesos no contrarrestan completamente
el aumento, por lo que los niveles de se elevan cada vez más. Los niveles de start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript
suben y bajan cíclicamente de manera natural durante largos periodos de
tiempo, pero hoy en día son mucho más altos de lo que han sido en los
últimos 400 000 años, como se muestra en la gráfica siguiente:
¿Por qué es importante si hay mucho start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript en la atmósfera? El es un gas de efecto invernadero. Cuando se encuentra en la atmósfera,
atrapa el calor y evita que irradie hacia el espacio. Con base en gran
cantidad de pruebas, los científicos piensan que los niveles elevados de
y otros gases de efecto invernadero provocan cambios pronunciados en el
clima de la Tierra. Si no se realizan cambios decisivos para reducir
sus emisiones, se pronostica que la temperatura de la Tierra aumentará
entre 1 y 5degreesC para el año 2100start superscript, 8, end superscript.
Del
mismo modo, aunque pueda parecer que la absorción que hace el océano
del dióxido de carbono excedente es buena para reducir los gases de
efecto invernadero, no es en absoluto benéfica para la vida marina. Como
vimos anteriormente, el start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript disuelto en el agua de mar puede reaccionar con las moléculas de agua para liberar iones start text, H, end text, start superscript, plus, end superscript. Así que, mientras más start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript se disuelve en el agua, más ácida será el agua. Una mayor acidez en el agua reduce las concentraciones de start text, C, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, 2, minus, end superscript, lo que les dificulta a los organismos marinos formar y mantener sus conchas de start superscript, 9, end superscript.
Tanto el aumento de temperatura como el incremento en la acidez del
agua pueden perjudicar a la vida marina y ambos procesos se han
relacionado con el blanqueamiento del coral.
El debate acerca de los efectos a futuro del aumento del carbono
atmosférico sobre el cambio climático se concentra en los combustibles
fósiles. Sin embargo, los científicos también deben tomar en cuenta los
procesos naturales, como el vulcanismo, el crecimiento vegetal, los
niveles de carbono en el suelo, y la respiración, al modelar y predecir
el impacto futuro de dicho incremento.
