El ciclo del
carbono es ciclo biogeoquímico por el que el carbono se intercambia entre la
biosfera, pedosfera, geosfera, hidrosfera y la atmósfera de la Tierra. Junto
con el ciclo del nitrógeno y el ciclo del agua, el ciclo del carbono comprende
una secuencia de eventos que es clave para hacer a la Tierra capaz de sostener
vida; describe el movimiento de carbono al ser reciclado y reusado por la
biosfera, incluido los sumideros de carbono
intercambio:
La atmósfera.
La biosfera terrestre.
Los océanos, incluido el carbono inorgánico
disuelto y la biota marina viva e inerte.
Los sedimentos, incluido los combustibles
fósiles, los sistemas de agua fresca y el material orgánico inerte.
El interior de la Tierra, carbono del manto
y la corteza terrestre. Estos almacenes de carbono interaccionan con los otros
componentes a través de procesos geológicos.
Los
intercambios de carbono entre reservas ocurren como resultado de varios
procesos químicos, físicos, geológicos y biológicos. El océano contiene el
depósito activo más grande de carbono cerca la superficie de la Tierra[2] Los
flujos naturales de carbono entre la atmósfera, océano, ecosistemas terrestres
y sedimentos están bastante equilibrados, de modo que los niveles de carbono
serían relativamente estables sin la influencia humana.[4] [5]
Atmósfera
Epifitas en
cables eléctricos. Este tipo de planta toma CO2 y agua de la atmósfera para
vivir y crecer.
El carbono en
la atmósfera terrestre existe en dos formas principales: dióxido de carbono y
metano. Ambos gases absorben y retienen calor en la atmósfera y son
parcialmente responsables del efecto invernadero. El metano produce un grande
efecto invernadero por volumen al camparse al dióxido de carbono, pero existe
en concentraciones mucho más bajas y tiene una vida atmósferica más corta que
el dióxido de carbono, haciendo a este último el gas de efecto invernadero más
importante de los dos.[6]
El dióxido de
carbono abandona la atmósfera a través de la fotosíntesis, introduciendo a las
biosferas terrestres y oceánicas. El dióxido de carbono también se disuelve
directamente de la atmósfera a los cuerpos de agua (océanos, lagos, etc.),
además de disolverse en la precipitación al caer las gotas de la atmósfera.
Cuando está disuelto en el agua, el dióxido de carbono reacciona con las
moléculas de agua y forma ácido carbónico, el cual contribuye a la acidez
oceánica. Entonces puede absorberse por las rocas a través de la erosión.
También puede acidificar otras superficies en contacto o fluir al océano.[7]
La actividad
humana durante el dos últimos siglos ha aumentado significativamente la
cantidad de carbono en la atmósfera, principalmente en la forma de dióxido de
carbono, tanto por la modificación de la capacidad de los ecosistemas para
extraer el dióxido de carbono de la atmósfera y por emitirlo directamente, p.
ej., la quema de combustibles fósiles y la fabricación de hormigón.[2]
Biosfera
terrestre
Un sistema
portátil que mide el flujo de CO2 de la respiración de suelo .
La biosfera
terrestre incluye el carbono orgánico en todos los organismos vivientes en
tierra, ambos vivos y muertos, además del carbono almacenado en los suelos.
Aproximadamente 500 gigatones de carbono están almacenados sobre la tierra en
plantas y otros organismos vivientes,[4] mientras que la tierra guarda
aproximadamente 1500 gigatones de carbono.[8] La mayoría de carbono en la
biosfera terrestre es carbono orgánico, mientras que alrededor de un tercio del
carbono en tierra está almacenado en formas inorgánicas, como el carbonato de
calcio.[9] El carbono orgánico es un componente importante de todos los organismos
que viven en el planeta. Los autótrofos lo extraen del aire en la forma de
dióxido de carbono, convirtiendo en carbono orgánico, mientras que los
heterótrofos reciben el carbono al consumir a otros organismos.
Dado que la
absorción de carbono en la biosfera terrestre depende de factores bióticos,
sigue un ciclo diurno y estacional. En las mediciones de CO2, esta
característica es aparente en la curva de Keeling. Es más fuerte en el
hemisferio del norte, porque este hemisferio tiene más masa de tierra que el
hemisferio del sur y por ello más espacio para los ecosistemas para absorber y
emitir carbono.
El carbono deja
la biosfera terrestre de varias maneras y en escalas de tiempo diferentes. La
combustión o la respiración de carbono orgánico lo libera rápidamente a la
atmósfera. También puede ser exportado a los océanos a través de los ríos o
permanecer retenido en el suelo en la forma de carbono inerte. El carbono
almacenado en el suelo puede quedar allí por hasta miles de años antes de ser
arrastrado a los ríos por la erosión o liberado a la atmósfera a través de la
respiración del suelo. Entre 1989 y 2008 la respiración del suelo aumentó en
aproximadamente 0,1 por año.[10] En 2008, el total global de CO2 liberado del
suelo alcanzó aproximadamente las 98 000 millones toneladas, cerca de 10 veces
más carbon que los humanos estaban poniendo a la atmósfera cada año al quemar
combustible fósiles. Existen unas cuantas explicaciones plausibles para esta
tendencia, pero la explicación más probable es que las temperaturas crecientes
han aumentado los índices de descomposición de la materia orgánica del suelo,
lo que ha incrementado el flujo de CO2. La magnitud de la retención de carbono
en el suelo es dependiente de las condiciones climáticas locales y por ello de
cambios en el curso del cambio climático. Desde la era preindustrial a 2010, la
biosfera terrestre representó una fuente neta de CO2 atmosférico con
anterioridad a 1940, cambiando posteriormente a un sumidero neto.[11]
Océanos
Los océanos
contienen la cantidad más grande de carbono activamente circulante del planeta
y son solo superados por la litosfera en la cantidad de carbono que
almacenan.[2] Los capa superficial de los océanos guardan grandes cantidades de
carbono orgánico disuelto que se intercambia rápidamente con la atmósfera. La
concentración de la capa profunda de carbono inorgánico disuelto (CID) es
aproximadamente 15% mayor que la de la capa superficial.[12] El CID está
almacenado en la capa profunda por periodos mucho más largos.[4] La circulación
termosalina intercambia carbono entre estas dos capas.[2]
El carbono
ingresa al océano principalmente a través de la disolución de dióxido de
carbono atmosférico, el cual se convierte en carbonato. También puede
introducirse a través de los ríos como carbono orgánico disuelto. Es convertido
por los organismos a carbono orgánico a través de la fotosíntesis y puede
intercambiarse mediante la cadena alimentaria o precipitarse a las capas más
profundas y ricas en carbono del océano como tejido blando muerto o en conchas
como carbonato de calcio. Circula en esta capa por periodos largos del tiempo
antes de depositarse como sedimento o, finalmente, regresar a las aguas
superficiales a través de la circulación termosalina.[4]
La absorción
oceánica de CO2 es una de las formas más importantes de secuestro de carbono
que limita el aumento antrópico de dióxido de carbono en la atmósfera. Aun así,
este proceso está limitado por varios de factores. Porque el índice de
disolución de CO2 en el océano es dependiente de la erosión de las rocas y este
proceso ocurre más lento que los índices actuales de las emisiones antrópicas
de gases de efecto invernadero, la absorción oceánica de CO2 disminuirá en el
futuro.[2] La absorción de CO2 también hace a las aguas más ácidas, lo que
afecta a los biosistemas oceánicos. El índice proyectado del aumento de la
acidez oceánica podría retrasar la precipitación biológica de los carbonatos de
calcio y así disminuir la capacidad oceánica de absorber el dióxido de
carbono.[13] [14]
Ciclo de
carbono geológico
El componente
geológico del ciclo del carbono opera más despacio en comparación a otras
partes del ciclo global. Es uno de los determinantes más importantes de la
cantidad de carbono en la atmósfera y por ende de las temperaturas
globales.[15]
La mayoría del
carbono de la tierra está almacenado en forma inerte en la litosfera.[2] Mucho
del carbono almacenado en el manto de la Tierra fue almacenado allí cuando la
Tierra se formó.[16] Parte de él fue depositado en la forma de carbono orgánico
por la biosfera.[17] Del carbono almacenado en el geosfera, aproximadamente el
80% es caliza y sus derivados, los cuales se forman por la sedimentation del
carbonato de calcio almacenado en las conchas de los organismos marinos. El 20%
restante está almacenado en querógenos formado a través de la sedimentación y
entierro de organismos terrestres bajo condiciones de altas presión y
temperatura. El carbono orgánico almacenado en el geosfera puede permanecer
allí por millones de años.[15]
El carbono
puede abandonar la geosfera de varias formas. El dióxido de carbono es liberado
durante la metamorfosis de rocas carbonatadas cuando estas se deslizan en el
manto terrestre. Este dióxido de carbono puede liberarse a la atmósfera y
océano a través de volcanes y puntos calientes.[16] También puede ser removido
por el hombre a través de la extracción directa de querógenos en la forma de
combustibles fósiles. Después de la extracción, los combustibles fósiles son
quemados para liberar energía, liberando a la atmósfera el carbono que
almacenan.
Influencia
humana
Artículo
principal: Calentamiento global
El CO2 en la
atmósfera de la Tierra si la mitad de las emisiones de gases de efecto
invernadero no es absorbida.[18] [19] [20] [21]
. Simulación
por computadora de la NASA.
Desde la
Revolución industrial, la actividad humana ha modificado el ciclo de carbono al
cambiar las funciones de sus componentes y directamente añadir carbono a la
atmósfera.[2]
La influencia
humana más grande y más directa en el ciclo de carbono es a través de las
emisiones directas provenientes de combustibles fósiles, las que transfieren
carbono de la geosfera a la atmósfera. Los humanos también influyen en el ciclo
de carbono indirectamente al cambiar la biosfera terrestre y oceánica.
Durante varios
siglos, el uso humano del suelo y el cambio de superficie ha llevado a la
pérdida de biodersidad, lo que disminuye la resilencia de los ecosistemas a las
tensiones ambientales y disminuye su habilidad de remover carbono de la
atmósfera. Más directamente, a menudo conduce a la liberación de carbono por
los ecosistemas terrestres a la atmósfera. La deforestación para propósitos
agrícolas remueve bosques, los que almacenan grandes cantidades de carbono, y
los reemplaza generalmente con áreas agrícolas o urbanas. Ambos tipos de
superficie de reemplazo almacenan comparativamente pequeñas cantidades de
carbono, de modo que el resultado neto del proceso es que más carbono permanece
en la atmósfera.
Otros impactos
al medioambiente causados por el hombre cambian la productividad de los
ecosistemas y su capacidad de remover carbono de la atmósfera. La contaminación
del aire, por ejemplo, daña las plantas y suelos, mientras muchas prácticas
agrícolas y de uso de suelo conducen a índices de erosión más altos, sacando el
carbono de las tierras y disminuyendo la productividad vegetal.
Los humanos
también afectan el ciclo de carbono oceánico. Las tendencias actuales de cambio
climático aumentan las temperaturas oceánicas, lo que modifica los ecosistemas.
Además, la lluvia ácida y la escorrentía contaminada de la agricultura y la
industria cambia la composición química de los océanos. Tales cambios pueden
tener efectos dramáticos en los ecosistemas altamente sensibles como los
arrecifes de coral, limitando la capacidad del océano para absorber carbono
atmosférico en una escala regional y reduciendo la biodiversidad oceánica
globalmente
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