El carbono que exhalas hoy pudo haber formado parte, hace millones de años, de un helecho gigante o de un animal extinto, o hace pocos años de un árbol de guayacán del Parque Nacional Soberanía. A diferencia de la energía, que se disipa como calor y no vuelve, los átomos de la materia no se destruyen: pasan de los seres vivos a la atmósfera, al agua o a las rocas, y regresan una y otra vez. Esos recorridos se llaman ciclos biogeoquímicos.
Reservorios, flujos y tipos de ciclo
Un árbol de cedro espino del Parque Nacional Soberanía acumula carbono en su tronco. Si el árbol arde o se descompone, esa masa desaparece de la vista, pero los átomos siguen existiendo. ¿Dónde se almacena la materia del planeta y cómo viaja de un lugar a otro?
Los descomponedores: el motor del reciclaje
Una hoja cae al suelo del bosque de Soberanía y en pocas semanas casi desaparece. ¿Adónde va?
Los productores solo pueden usar nutrientes inorgánicos. Sin descomponedores, los nutrientes quedarían encerrados en materia muerta, el suelo se agotaría y los ciclos se detendrían, aunque hubiera luz y agua para los productores.
El ciclo del agua
El Sol calienta el mar Caribe, el agua sube y días después llueve sobre el lago Gatún y el Canal de Panamá. ¿Qué mueve el agua por el planeta?
El agua se relaciona con los otros ciclos: el Sol la mueve y a la vez impulsa la fotosíntesis. El agua es reactivo de la fotosíntesis y producto de la respiración. Además, la escorrentía arrastra nutrientes (N y P) hacia ríos y lagunas.
El ciclo del carbono
Los océanos también son parte del ciclo: el $\text{CO}_2$ se disuelve en el agua y el fitoplancton lo fija por fotosíntesis. Parte de ese carbono baja al fondo en forma de restos y conchas. Por eso los océanos actúan como una esponja del $\text{CO}_2$ atmosférico.
La presión humana sobre los ciclos: huella ecológica
La huella ecológica mide cuánta superficie de tierra y mar necesita una persona o un país para producir lo que consume y absorber sus residuos, incluido el $\text{CO}_2$ que emite. Si la huella supera lo que el ambiente puede regenerar, se acumula carbono en la atmósfera y los ecosistemas se degradan.
Practica★☆☆Sin empezar
Escribe las ecuaciones químicas globales de la fotosíntesis y de la respiración celular aeróbica, y explica qué papel juegan ambos procesos, en sentidos opuestos, dentro…
Escribe las ecuaciones químicas globales de la fotosíntesis y de la respiración celular aeróbica, y explica qué papel juegan ambos procesos, en sentidos opuestos, dentro del ciclo del carbono.
El metano ($\text{CH}_4$) es otra forma del carbono. Lo producen microorganismos anaerobios (arqueobacterias metanógenas) en el estómago de las vacas, los arrozales inundados y los vertederos. Aunque su cantidad es mucho menor que la del $\text{CO}_2$, retiene muchísimo más calor por molécula, así que su efecto invernadero es mayor.
La deforestación altera a la vez varios ciclos. Al talar, el carbono de la biomasa pasa a la atmósfera como $\text{CO}_2$ (si se quema o se descompone). Sin árboles baja la evapotranspiración, llueve menos en la región y aumenta la escorrentía, que arrastra el suelo.
El ciclo del nitrógeno
El aire que respiras contiene un $78\ \%$ de nitrógeno, y sin embargo muchas siembras amarillean si no se les echa abono. ¿Por qué un elemento tan abundante en la atmósfera resulta inaccesible para las plantas y cómo logran incorporarlo?
El ciclo del fósforo
Eutrofización: cuando los ciclos se desequilibran
Tras abonar intensamente los cultivos vecinos, una laguna cerca de Chitré, en Azuero, de aguas limpias se cubre en pocos días de una capa verde opaca y luego aparecen peces muertos en la orilla. ¿Cómo puede un aporte masivo de nutrientes terminar aniquilando a la fauna acuática?
Ampliación: los ciclos y la actividad humana
Las personas aceleran los ciclos de la materia. Al quemar combustibles fósiles se añade $\text{CO}_2$ más rápido de lo que los océanos y la vegetación lo absorben. Las emisiones anuales parecen pequeñas frente al total almacenado en los océanos, pero el ciclo natural estaba casi equilibrado, así que un pequeño aporte sostenido se acumula en la atmósfera.
El proceso Haber-Bosch fabrica fertilizante rompiendo el triple enlace del $\text{N}_2$ con mucha energía y combustible fósil. En cambio, las leguminosas y el abono verde fijan nitrógeno con energía solar. Los nitratos y fosfatos que no usa el cultivo llegan por escorrentía a ríos y lagunas, y causan eutrofización. Los manglares y los humedales, como los de Bocas del Toro, funcionan como filtros: allí las bacterias desnitrificantes devuelven el nitrato a la atmósfera como $\text{N}_2$ y parte del carbono se acumula en el sedimento.
Lluvia ácida: azufre y nitrógeno en la atmósfera
Al quemar carbón o combustibles con azufre, las centrales térmicas de carbón y los carros emiten dióxido de azufre ($\text{SO}_2$) y óxidos de nitrógeno ($\text{NO}_x$). En la atmósfera reaccionan con el agua y forman ácido sulfúrico y ácido nítrico, que caen con la lluvia. La lluvia normal tiene un pH cercano a $5.6$; la lluvia ácida tiene un pH menor. Como son gases, los vientos pueden llevarlos lejos de la fuente.
El efecto sobre un lago depende de la roca de su cuenca. Una cuenca caliza (carbonato de calcio) neutraliza los ácidos y mantiene el pH estable. Una cuenca granítica casi no neutraliza: el agua se acidifica, libera iones de aluminio ($\text{Al}^{3+}$) del suelo, tóxicos para peces y anfibios, y estos desaparecen.
Embalses y gases de efecto invernadero
Al inundar una represa hidroeléctrica (como Bayano o Fortuna) queda bajo el agua materia orgánica. En el fondo, sin oxígeno, bacterias anaerobias la descomponen y producen metano ($\text{CH}_4$), además de $\text{CO}_2$. El agua cálida del trópico acelera esa descomposición, y si no se retira la vegetación hay más biomasa para degradar. Por eso un embalse tropical con selva inundada puede emitir más gases de efecto invernadero por unidad de energía que uno frío y despejado.
Hierro, fitoplancton y bomba biológica
En gran parte del océano abierto sobran nitrato y fosfato, pero hay poca clorofila. Son las zonas llamadas HNLC (alto nutriente, baja clorofila). Allí el nutriente limitante es el hierro, que el fitoplancton necesita para hacer la fotosíntesis y que casi no llega mar adentro.
La bomba biológica de carbono es el transporte de carbono desde la superficie al fondo: el fitoplancton fija $\text{CO}_2$, parte de su biomasa y de las conchas muertas se hunde y el carbono queda en los sedimentos profundos durante siglos o milenios. Si el carbono solo se recicla cerca de la superficie (los herbívoros y las bacterias lo respiran de nuevo), no hay secuestro duradero. Por eso se ha propuesto «fertilizar» con hierro, pero hundir tanta materia orgánica puede agotar el oxígeno del fondo y alterar la fauna que vive allí.
Vuelve al principio: el carbono que exhalas hoy pudo pertenecer a un organismo de hace millones de años porque, al morir y descomponerse, ese carbono pasó a la atmósfera como $\text{CO}_2$ o quedó atrapado en rocas sedimentarias; después una planta lo volvió a fijar por fotosíntesis y llegó a ti por la cadena alimentaria.
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