El Ciclo Del Carbono

El ciclo del carbono es el proceso a través del cual el carbono pasa por el aire, el suelo, las plantas, los animales y los combustibles fósiles. Las personas y los animales inhalan oxígeno del aire y exhalan dióxido de carbono (CO2), mientras que las plantas absorben CO2 para la fotosíntesis y emiten oxígeno a la atmósfera. El dióxido de carbono también se intercambia entre la atmósfera y los océanos.

Este sistema natural de procesos mantiene estables en el tiempo los niveles de CO2 en la atmósfera. La siguiente figura muestra el ciclo del carbono mostrando cómo se mueve el carbono entre la tierra, la atmósfera y el océano a través de varios procesos iniciados por la naturaleza y el hombre.

ciclo del carbonoEn la tierra, el carbono está contenido dentro de las rocas, el suelo, las plantas y los animales. Cuando estos se descomponen, el carbono puede ser emitido a la atmósfera como CO2. Una vez en la atmósfera, el carbono puede ser absorbido por los océanos o por una planta terrestre/oceánica o un animal con concha. Es importante señalar que sólo una pequeña cantidad del carbono de la Tierra se mueve a través del ciclo del carbono cada año.

Alrededor del 18% de su cuerpo consiste en átomos de carbono, por masa, y esos átomos de carbono son bastante clave para tu existencia! Sin carbono, no tendrías las membranas de plasma de tus células, las moléculas de azúcar que usas como combustible, o incluso el ADN que contiene instrucciones para construir y hacer funcionar 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 de hace mucho tiempo constituyen los combustibles fósiles, como el carbón y el gas natural, que utilizamos hoy como fuentes de energía. Cuando se queman estos combustibles fósiles, el dióxido de carbono CO2.

El CO2 es liberado en el aire, llevando a niveles cada vez más altos. Este aumento en el CO2 al final afecta el clima de la Tierra y es una preocupación ambiental importante en todo el mundo.

Echemos un vistazo al ciclo del carbono y veamos cómo la atmósfera y el uso de carbono por organismos vivos encajan en el panorama general del ciclo del carbono.

El ciclo del carbono

Ciclo del CarbonoEl ciclo del carbono se estudia más fácilmente como dos subciclos interconectados:

Trata del rápido intercambio de carbono entre organismos vivos
Trata del ciclo a largo plazo del carbono a través de procesos geológicos.

Aunque los examinaremos por separado, es importante darse cuenta de que estos ciclos están vinculados. Por ejemplo, los mismos charcos de agua atmosférica y oceánica CO2.

El CO2 que son utilizados por organismos también son alimentados y agotados por procesos geológicos.
A modo de breve resumen, el carbono existe en el aire en gran medida como dióxido de carbono gaseoso, que se disuelve en agua y reacciona con las moléculas de agua para producir bicarbonato.

La fotosíntesis por plantas terrestres, bacterias y algas convierte el dióxido de carbono o bicarbonato en moléculas orgánicas. Las moléculas orgánicas producidas por los fotosintetizadores pasan a través de las cadenas alimenticias, y la respiración celular convierte el carbono orgánico de nuevo en gas dióxido de carbono.

El almacenamiento a largo plazo de carbono orgánico ocurre cuando la materia de organismos vivos está enterrada bajo tierra o se hunde en el fondo del océano y forma roca sedimentaria. La actividad volcánica y, más recientemente, la quema humana de combustibles fósiles devuelven este carbono almacenado al ciclo del carbono.

Aunque la formación de combustibles fósiles ocurre en una escala de tiempo geológica lenta, la liberación humana del carbono que contienen CO2 está en una escala de tiempo muy rápida.

El ciclo biológico del carbono

ciclo biológico del carbonoEl carbono entra en todas las redes alimentarias, tanto terrestres como acuáticas, a través de autotróficos o autoalimentadores. Casi todos estos autotrófos son fotosintetizadores, como plantas o algas.

Los autótrofos capturan dióxido de carbono del aire o iones de bicarbonato del agua y los utilizan para producir compuestos orgánicos como la glucosa. Los heterótropos, u otros alimentos, como los humanos, consumen las moléculas orgánicas, y el carbono orgánico pasa a través de las cadenas alimenticias y las telarañas.

¿Cómo vuelve el carbono a la atmósfera o al océano? Para liberar la energía almacenada en las moléculas que contienen carbono, como los azúcares, los autotrófos y los heterótropos, estas moléculas se descomponen en un proceso llamado respiración celular. En este proceso, los carbonos de la molécula son liberados como dióxido de carbono.

Los descomponedores también liberan compuestos orgánicos y dióxido de carbono cuando descomponen organismos muertos y productos de desecho.

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El carbono puede circular rápidamente a través de esta vía biológica, especialmente en los ecosistemas acuáticos. En general, se estima que entre 1.000 y 100.000 millones de toneladas métricas de carbono se mueven a través de la vía biológica cada año. Para el contexto, una tonelada métrica es aproximadamente el peso de un elefante o un coche pequeño!

El ciclo geológico del carbono

La vía geológica del ciclo del carbono lleva mucho más tiempo que la vía biológica descrita anteriormente. De hecho, usualmente toma millones de años para que el carbono circule a través del camino geológico. El carbono puede ser almacenado por largos períodos de tiempo en la atmósfera, cuerpos de agua líquida -en su mayoría océanos-, sedimentos oceánicos, suelo, rocas, combustibles fósiles y el interior de la Tierra.

El nivel de dióxido de carbono en la atmósfera está influenciado por el depósito de carbono en los océanos y viceversa. El dióxido de carbono de la atmósfera se disuelve en el agua y reacciona con las moléculas de agua en las siguientes reacciones:


Cuando los organismos mueren, sus restos pueden hundirse y eventualmente convertirse en parte del sedimento en el fondo del océano. Con el paso del tiempo, el sedimento se convierte en piedra caliza, que es el depósito de carbono más grande de la Tierra.

En la tierra, el carbono se almacena en el suelo como carbono orgánico proveniente de la descomposición de organismos vivos o como carbono inorgánico proveniente de la erosión de rocas y minerales terrestres.

Más profundo bajo tierra están los combustibles fósiles como el petróleo, el carbón y el gas natural, que son los restos de plantas descompuestas bajo condiciones libres de oxígeno anaeróbico. Los combustibles fósiles tardan millones de años en formarse. Cuando los humanos los queman, el carbono es liberado a la atmósfera como dióxido de carbono.

Otra manera de que el carbono entre a la atmósfera es por la erupción de los volcanes. Los sedimentos que contienen carbono en el fondo del océano son llevados profundamente dentro de la Tierra en un proceso llamado subducción, en el cual una placa tectónica se mueve debajo de otra. Este proceso forma dióxido de carbono, que puede ser liberado a la atmósfera por erupciones volcánicas o respiraderos hidrotermales.

Impacto del hombre en el ciclo del carbono

La demanda mundial de las limitadas reservas de combustibles fósiles de la Tierra ha aumentado desde el comienzo de la Revolución Industrial. Los combustibles fósiles se consideran un recurso no renovable porque se están consumiendo mucho más rápido de lo que pueden ser producidos por procesos geológicos.

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ciclo del carbono y el impacto del hombreCuando se queman combustibles fósiles, el dióxido de carbono CO2 se libera al aire. El uso creciente de combustibles fósiles ha llevado a niveles elevados de CO2. La deforestación, es decir, la tala de bosques, es también uno de los principales factores que contribuyen al aumento de las emisiones de CO2. Los árboles y otras partes de un ecosistema forestal secuestran carbono, y gran parte del carbono se libera como  CO2 producido por actividades humanas es absorbido por las plantas o por el océano, pero estos procesos no contrarrestan completamente el aumento.

El CO2 es un gas de efecto invernadero. Cuando está en la atmósfera, atrapa el calor y evita que irradie al espacio. Basado en evidencia extensa, los científicos creen que niveles elevados de CO2 y otros gases de efecto invernadero están causando cambios pronunciados en el clima de la Tierra. Sin cambios decisivos para reducir las emisiones, se proyecta que la temperatura de la Tierra aumente de 1 a 5 grado C para el año 2100.

Además, si bien la absorción del exceso de dióxido de carbono por los océanos puede parecer buena desde la perspectiva de los gases de efecto invernadero, puede no serlo en absoluto desde la perspectiva de la vida marina. Como vimos arriba, el CO2 disuelto en agua de mar puede reaccionar con moléculas de agua para liberar e, más, termina con los iones del superíndice.

El aumento de la temperatura y la mayor acidez pueden dañar la vida marina y se han relacionado con el blanqueamiento de los corales.

Un coral blanqueado aparece en el frente, mientras que un coral sano, sin blanquear, marrón aparece en el fondo. Crédito de la imagen: Keppelbleaching by Acropora, CC BY 3.0

El debate sobre los efectos futuros del aumento del carbono atmosférico en el cambio climático se centra en los combustibles fósiles. Sin embargo, los científicos deben tener en cuenta los procesos naturales, como los volcanes, el crecimiento de las plantas, los niveles de carbono del suelo y la respiración, a medida que modelan y predicen el impacto futuro de este aumento.

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