Ciclo del carbono para niños
El ciclo del carbono es un proceso natural muy importante en la Tierra. Imagina que el carbono es como un viajero que se mueve entre diferentes lugares: la atmósfera (el aire que respiramos), la biosfera (todos los seres vivos y sus restos), la hidrósfera (los océanos y el agua), la geosfera (las rocas y el interior de la Tierra) y la pedosfera (el suelo). Este ciclo es esencial para que la vida exista en nuestro planeta, ya que el carbono es un elemento fundamental para todos los seres vivos.
El ciclo del carbono se puede dividir en dos partes: una biológica, donde los seres vivos regulan el intercambio de carbono con la atmósfera, principalmente a través de la fotosíntesis; y otra biogeoquímica, que incluye procesos más amplios. Junto con el ciclo del nitrógeno y el ciclo del agua, el ciclo del carbono forma una serie de eventos clave que permiten que la Tierra sea un lugar donde la vida puede prosperar.
El equilibrio global del carbono se refiere a la cantidad de carbono que entra y sale de estos "almacenes" o "reservas" en el ciclo. Si un almacén gana más carbono del que pierde, se dice que es un "sumidero" de carbono. Si pierde más del que gana, es una "fuente". Científicos como Joseph Priestley, Antoine Lavoisier y Humphry Davy fueron pioneros en entender este ciclo.
Contenido
El carbono y el clima de la Tierra
Las moléculas que contienen carbono son vitales para la vida, ya que son la base de todos los compuestos biológicos. El carbono también se encuentra en muchos minerales y en el aire. El dióxido de carbono (CO2) es un gas que ayuda a mantener el calor en la atmósfera, lo que se conoce como efecto invernadero. Este efecto es natural y necesario para que la Tierra tenga una temperatura adecuada para la vida.
Sin embargo, en los últimos dos siglos, las actividades humanas han cambiado mucho el ciclo del carbono, especialmente en la atmósfera. Aunque los niveles de dióxido de carbono han variado naturalmente a lo largo de miles de años, las emisiones de CO2 causadas por los humanos son mucho mayores que esas fluctuaciones naturales. Estos cambios en la cantidad de CO2 en el aire están afectando el clima y, de forma indirecta, la química de los océanos. Los niveles actuales de dióxido de carbono en la atmósfera son los más altos registrados en los últimos 420.000 años y están aumentando más rápido que nunca. Por eso, es muy importante entender cómo funciona el ciclo del carbono y cómo afecta el clima global.
¿Dónde se guarda el carbono?
El ciclo global del carbono se divide en varios grandes almacenes o "depósitos" que están conectados entre sí:
- La atmósfera: el aire que nos rodea.
- La biosfera terrestre: todos los seres vivos en la tierra y el carbono en el suelo.
- Los océanos: el agua de mar, incluyendo el carbono disuelto y los seres vivos marinos.
- Los sedimentos: rocas, combustibles fósiles (como el carbón y el petróleo), y materia orgánica en el fondo de los cuerpos de agua.
- El interior de la Tierra: carbono en el manto y la corteza terrestre.
El carbono se mueve entre estos almacenes a través de diferentes procesos químicos, físicos, geológicos y biológicos. El océano es el almacén más grande de carbono activo cerca de la superficie de la Tierra. Normalmente, los intercambios naturales de carbono entre la atmósfera, el océano, los ecosistemas terrestres y los sedimentos están bastante equilibrados, lo que significa que los niveles de carbono serían estables sin la influencia de los humanos.
| Reserva | Cantidad (gigatones) |
|---|---|
| Atmósfera | 720 |
| Océanos (total) | 38 400 |
| Total inorgánico | 37 400 |
| Total orgánico | 1000 |
| Capa superficial | 670 |
| Capa profunda | 36 730 |
| Litosfera | |
| Carbonatos sedimentarios | > 60 000 000 |
| Querógenos | 15 000 000 |
| Biosfera terrestre (total) | 2000 |
| Biomasa viva | 600 - 1000 |
| Biomasa muerta | 1200 |
| Biosfera acuática | 1 - 2 |
| Combustibles fósiles (total) | 4130 |
| Carbón | 3510 |
| Aceite | 230 |
| Gas | 140 |
| Otros (turba) | 250 |
El carbono en la atmósfera
El carbono en el aire existe principalmente como dióxido de carbono (CO2) y metano. Ambos gases atrapan el calor en la atmósfera y contribuyen al efecto invernadero. Aunque el metano es más potente para atrapar calor, el dióxido de carbono es el gas de efecto invernadero más importante debido a su mayor concentración y a que permanece más tiempo en el aire.
El dióxido de carbono sale de la atmósfera de varias maneras. Las plantas lo absorben para hacer la fotosíntesis, incorporándolo a la biosfera terrestre y oceánica. También se disuelve directamente del aire en cuerpos de agua como océanos y lagos, y se disuelve en la lluvia. Cuando el dióxido de carbono se disuelve en agua, forma ácido carbónico, lo que contribuye a la acidez de los océanos.
En los últimos dos siglos, las actividades humanas han aumentado significativamente la cantidad de carbono en la atmósfera, sobre todo en forma de dióxido de carbono. Esto ocurre al quemar combustibles fósiles y al fabricar materiales como el hormigón. También se debe a que hemos modificado la capacidad de los ecosistemas para absorber CO2 del aire.
El carbono en la biosfera terrestre
La biosfera terrestre incluye el carbono orgánico presente en todos los seres vivos en la tierra, tanto los que están vivos como los que ya murieron, además del carbono almacenado en los suelos. Se estima que unos 500 gigatoneladas de carbono están en plantas y otros organismos vivos, mientras que el suelo guarda aproximadamente 1500 gigatoneladas. La mayor parte del carbono en la biosfera terrestre es orgánico, aunque una tercera parte en el suelo se encuentra en formas inorgánicas, como el carbonato de calcio. El carbono orgánico es un componente esencial de todos los organismos. Las plantas (llamadas autótrofos) lo toman del aire como dióxido de carbono y lo convierten en carbono orgánico. Los animales (llamados heterótrofos) obtienen carbono al comer a otros organismos.
La absorción de carbono por la biosfera terrestre cambia a lo largo del día y las estaciones, lo cual se puede ver en las mediciones de CO2, como en la curva de Keeling. Este efecto es más notorio en el hemisferio norte porque tiene más tierra y, por lo tanto, más ecosistemas que absorben y liberan carbono.
El carbono sale de la biosfera terrestre de varias maneras y a diferentes velocidades. La combustión (quemar algo) o la respiración de materia orgánica liberan carbono rápidamente a la atmósfera. También puede ser transportado a los océanos por los ríos o permanecer en el suelo como carbono inerte. El carbono en el suelo puede quedarse allí por miles de años antes de ser arrastrado por la erosión o liberado al aire por la respiración del suelo. Entre 1989 y 2008, la respiración del suelo aumentó un 0.1% por año. En 2008, el CO2 total liberado del suelo alcanzó unas 98.000 millones de toneladas, casi 10 veces más carbono del que los humanos liberaban al quemar combustibles fósiles. Una posible explicación es que el aumento de las temperaturas ha acelerado la descomposición de la materia orgánica en el suelo, lo que libera más CO2.
El carbono en los océanos
Los océanos contienen la mayor cantidad de carbono que circula activamente en el planeta, solo superados por la litosfera en la cantidad total de carbono almacenado. La capa superficial del océano tiene grandes cantidades de carbono orgánico disuelto que se intercambia rápidamente con la atmósfera. La capa profunda del océano tiene una concentración de carbono inorgánico disuelto (CID) un 15% mayor que la capa superficial, y este CID se almacena por períodos mucho más largos. La circulación de las corrientes oceánicas (circulación termosalina) mueve el carbono entre estas dos capas.
El carbono entra al océano principalmente cuando el dióxido de carbono del aire se disuelve en el agua y se convierte en carbonato. También puede llegar a través de los ríos como carbono orgánico disuelto. Los organismos marinos lo transforman en carbono orgánico mediante la fotosíntesis, y este carbono puede pasar por la cadena alimentaria o caer a las capas más profundas del océano como restos de seres vivos o en conchas de carbonato de calcio. Allí circula por mucho tiempo antes de depositarse como sedimento o, finalmente, regresar a las aguas superficiales por la circulación termohalina.
La absorción de CO2 por los océanos es una forma importante de reducir el aumento de dióxido de carbono en la atmósfera causado por los humanos. Sin embargo, este proceso tiene límites. Como la velocidad a la que el CO2 se disuelve en el océano depende de la erosión de las rocas, y este proceso es más lento que las emisiones actuales de gases de efecto invernadero, la capacidad del océano para absorber CO2 disminuirá en el futuro. Además, la absorción de CO2 hace que el agua sea más ácida, lo que afecta a los ecosistemas marinos. El aumento de la acidez oceánica podría dificultar que los organismos marinos formen sus conchas de carbonato de calcio, lo que a su vez reduciría la capacidad del océano para absorber dióxido de carbono.
El ciclo geológico del carbono
La parte geológica del ciclo del carbono es mucho más lenta que las otras. Es uno de los factores más importantes que determinan la cantidad de carbono en la atmósfera y, por lo tanto, las temperaturas globales.
La mayor parte del carbono de la Tierra está almacenado de forma inerte en la litosfera (la capa exterior sólida de la Tierra). Gran parte del carbono en el manto terrestre se almacenó allí cuando la Tierra se formó. Otra parte fue depositada como carbono orgánico por la biosfera. Del carbono almacenado en la geosfera, aproximadamente el 80% es caliza y sus derivados, que se forman por la acumulación de carbonato de calcio de las conchas de organismos marinos. El 20% restante se almacena en querógenos, que se forman por la acumulación y enterramiento de organismos terrestres bajo alta presión y temperatura. El carbono orgánico almacenado en la geosfera puede permanecer allí por millones de años.
El carbono puede salir de la geosfera de varias maneras. El dióxido de carbono se libera durante el metamorfismo (cambio de rocas por calor y presión) de rocas carbonatadas cuando estas se deslizan hacia el manto terrestre. Este dióxido de carbono puede ser liberado a la atmósfera y al océano a través de volcanes y puntos calientes. También puede ser extraído por los humanos en forma de combustibles fósiles. Después de la extracción, los combustibles fósiles se queman para obtener energía, liberando el carbono que almacenan a la atmósfera.
¿Cómo influyen los humanos en el ciclo del carbono?
. Simulación por computadora de la NASA.
Desde la Revolución industrial, las actividades humanas han cambiado el ciclo del carbono al alterar el funcionamiento de sus componentes y al añadir carbono directamente a la atmósfera.
La influencia humana más grande y directa en el ciclo del carbono es a través de las emisiones directas de combustibles fósiles, que transfieren carbono de la geosfera a la atmósfera. Los humanos también influyen indirectamente al cambiar la biosfera terrestre y oceánica.
Durante varios siglos, el uso humano del suelo y los cambios en la superficie terrestre han llevado a la pérdida de biodiversidad. Esto hace que los ecosistemas sean menos resistentes a los problemas ambientales y disminuye su capacidad para eliminar carbono de la atmósfera. Más directamente, a menudo provoca la liberación de carbono de los ecosistemas terrestres a la atmósfera. La deforestación para la agricultura, por ejemplo, elimina bosques que almacenan grandes cantidades de carbono y los reemplaza con áreas agrícolas o urbanas. Ambos tipos de superficie de reemplazo almacenan comparativamente pequeñas cantidades de carbono, por lo que el resultado neto es que más carbono permanece en la atmósfera.
Otros impactos causados por los humanos en el medio ambiente cambian la productividad de los ecosistemas y su capacidad para eliminar carbono de la atmósfera. La contaminación del aire, por ejemplo, daña las plantas y los suelos, mientras que muchas prácticas agrícolas y de uso del suelo aumentan la erosión, lo que saca el carbono de la tierra y disminuye la productividad de las plantas.
Los humanos también afectan el ciclo del carbono oceánico. El aumento de las temperaturas oceánicas debido al cambio climático modifica los ecosistemas. Además, la lluvia ácida y el agua contaminada de la agricultura y la industria cambian la composición química de los océanos. Estos cambios pueden tener efectos importantes en ecosistemas muy sensibles como los arrecifes de coral, limitando la capacidad del océano para absorber carbono atmosférico en una región y reduciendo la biodiversidad oceánica a nivel global.
El 12 de noviembre de 2015, científicos de la NASA informaron que el dióxido de carbono (CO2) producido por los humanos sigue aumentando a niveles no vistos en cientos de miles de años. Actualmente, cerca de la mitad del dióxido de carbono liberado al quemar combustibles fósiles no es absorbido por la vegetación o los océanos y se queda en la atmósfera.
Para saber más
- Biochar
- Ciclo del carbono del permafrost
- Dióxido de carbono atmosférico
- Huella de carbono
- Ciclo del nitrógeno
- Acidificación del océano
- Carbono
- Ciclo
