El ciclo del carbono
Cada mayo, en el Observatorio de Mauna Loa, en Hawái, los científicos miden el máximo de dióxido de carbono del año, y cada septiembre miden el mínimo. Durante la temporada de crecimiento hay menos y durante el otoño y el invierno más. Y año tras año, el promedio sube. ¿Qué está "respirando" el planeta y por qué la cifra total no deja de crecer? Al final de esta página podrás explicarlo.
Los cuatro sistemas y los reservorios de carbono
La Tierra funciona como un conjunto de cuatro sistemas conectados:
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Geosfera: rocas, suelos y el interior de la Tierra.
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Hidrosfera: toda el agua (océanos, ríos, hielo, agua subterránea).
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Atmósfera: la capa de gases.
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Biosfera: todos los seres vivos.
El carbono (C) está en los cuatro. Un lugar donde se almacena carbono se llama reservorio. El movimiento de carbono de un reservorio a otro se llama flujo.
| Sistema | Reservorios de carbono | Forma del carbono |
|---|---|---|
| Atmósfera | Aire | $CO_2$, $CH_4$ (metano) |
| Hidrosfera | Océano superficial y profundo | $CO_2$ disuelto, iones de carbonato |
| Geosfera | Caliza, carbón, petróleo, gas natural, suelos | $CaCO_3$, compuestos orgánicos |
| Biosfera | Plantas y animales | Moléculas orgánicas (azúcares, proteínas) |
Enumera los cuatro sistemas de la Tierra. Luego nombra un lugar donde se almacena carbono en la geosfera, uno en la hidrosfera y uno en la atmósfera.
Enumera los cuatro sistemas de la Tierra. Luego nombra un lugar donde se almacena carbono en la geosfera, uno en la hidrosfera y uno en la atmósfera.
Fotosíntesis y respiración
Los flujos más rápidos del ciclo son biológicos.
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Fotosíntesis: plantas, algas y cianobacterias toman $CO_2$ y agua y, con luz solar, fabrican azúcares y liberan $O_2$.
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Respiración celular: casi todos los organismos usan esos azúcares para obtener energía y devuelven $CO_2$ al aire o al agua.
La respiración es el proceso contrario: azúcar y $O_2$ producen $CO_2$ y agua, y se libera energía.
Por qué importa: la fotosíntesis retira carbono de la atmósfera (flujo atmósfera → biosfera) y la respiración y la descomposición lo devuelven.
Nombra el proceso por el cual las plantas y las algas toman dióxido de carbono del aire o del agua y lo convierten en azúcares, y nombra el proceso por el cual los…
Nombra el proceso por el cual las plantas y las algas toman dióxido de carbono del aire o del agua y lo convierten en azúcares, y nombra el proceso por el cual los organismos liberan dióxido de carbono al descomponer los alimentos para obtener energía.
Almacenamiento a largo plazo: conchas y combustibles fósiles
Parte del carbono sale del ciclo rápido y queda guardado en la geosfera durante millones de años.
Conchas y caliza
El océano absorbe $CO_2$, que se disuelve en el agua. Muchos organismos marinos usan carbono disuelto y calcio para construir conchas de carbonato de calcio, $CaCO_3$. Al morir, las conchas se hunden, se entierran y, con la presión, forman roca carbonatada como la caliza.
Recorrido: $CO_2$ atmosférico → $CO_2$ disuelto (hidrosfera) → $CaCO_3$ en conchas (biosfera) → sedimento y caliza (geosfera).
Combustibles fósiles
Durante el período Carbonífero, hace unos 300 millones de años, bosques pantanosos cubrían lo que hoy es el este de EE. UU. Las plantas retiraron $CO_2$ con la fotosíntesis. Al morir en el agua sin oxígeno, no se descompusieron del todo, se enterraron y, con calor y presión, se convirtieron en carbón. De forma parecida, el plancton marino enterrado forma petróleo y gas natural.
Al quemar combustibles fósiles, el carbono almacenado se combina con $O_2$ y vuelve a la atmósfera como $CO_2$.
El carbón, el petróleo y el gas natural se llaman combustibles fósiles. Indica de qué se formaron y qué ocurre con el carbono almacenado en ellos cuando las personas los…
El carbón, el petróleo y el gas natural se llaman combustibles fósiles. Indica de qué se formaron y qué ocurre con el carbono almacenado en ellos cuando las personas los queman.
Un organismo marino construye una concha de carbonato de calcio ($CaCO_3$). Cuando muere, la concha se hunde hasta el fondo del mar y queda enterrada. Describe el…
Un organismo marino construye una concha de carbonato de calcio ($CaCO_3$). Cuando muere, la concha se hunde hasta el fondo del mar y queda enterrada. Describe el recorrido del carbono en este ejemplo, nombrando las formas de carbono (por ejemplo, dióxido de carbono disuelto, carbonato en las conchas y roca carbonatada) y los sistemas de la Tierra entre los que se mueve. Explica por qué este recorrido puede almacenar carbono durante millones de años.
Durante el período Carbonífero, enormes bosques pantanosos cubrían partes de lo que hoy es el este de Estados Unidos. Explica cómo el crecimiento, la muerte y el…
Durante el período Carbonífero, enormes bosques pantanosos cubrían partes de lo que hoy es el este de Estados Unidos. Explica cómo el crecimiento, la muerte y el entierro de estas plantas retiraron dióxido de carbono de la atmósfera, y qué forma tomó finalmente ese carbono. Luego indica una manera en que ese proceso se relaciona con el carbón que se quema hoy en Estados Unidos.
Comparar reservorios con datos
Los científicos miden el carbono en gigatoneladas de carbono (GtC); 1 GtC es mil millones de toneladas métricas de carbono.
Un reservorio pequeño se altera con facilidad. Si pasan $10$ GtC a la atmósfera, su carbono sube alrededor de $10 \div 850 \approx 1.2\%$. Pero si ese mismo carbono se añadiera al océano, el cambio sería solo $10 \div 38{,}000 \approx 0.03\%$. Por eso un flujo humano que parece pequeño frente a los reservorios grandes sí cambia mucho la atmósfera.
La tabla muestra el carbono aproximado almacenado en varios reservorios. | Reservorio | Carbono almacenado (gigatoneladas de carbono, GtC) | |---|---| | Atmósfera | 850…
La tabla muestra el carbono aproximado almacenado en varios reservorios.
| Reservorio | Carbono almacenado (gigatoneladas de carbono, GtC) |
|---|---|
| Atmósfera | 850 |
| Plantas vivas y suelos | 2,500 |
| Océano superficial y profundo | 38,000 |
| Depósitos de combustibles fósiles | 4,000 |
- a) ¿Qué reservorio contiene más carbono?
- b) ¿Cuántas veces más carbono contiene ese reservorio que la atmósfera? Redondea al número entero más cercano.
- c) Quemar combustibles fósiles mueve carbono de un reservorio a otro. Identifica la dirección de la transferencia y explica por qué un pequeño cambio porcentual en el reservorio más grande podría importar de todos modos para la atmósfera.
Cambios a lo largo del tiempo
El zigzag de Mauna Loa
En la curva de Mauna Loa hay dos señales:
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Zigzag anual. Durante la temporada de crecimiento (primavera y verano), la fotosíntesis del hemisferio norte (con más tierra y bosques) retira más carbono del que devuelve la respiración, y el $CO_2$ baja. El mínimo llega a finales del verano o principios del otoño (septiembre). En otoño e invierno predominan la respiración y la descomposición, y el $CO_2$ sube hasta el máximo de mayo, justo antes de que la nueva vegetación vuelva a crecer a pleno.
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Subida a largo plazo. La causa principal es la quema de combustibles fósiles, que mueve carbono de un reservorio de la geosfera a la atmósfera más rápido de lo que los flujos naturales lo retiran.
Cómo sabemos del pasado: paleoclima
Los científicos reconstruyen el $CO_2$ antiguo con testigos de hielo (drill cores de los glaciares y de Groenlandia y la Antártida), cuyas burbujas de aire atrapado conservan la atmósfera de hace cientos de miles de años. Los anillos de los árboles muestran años húmedos o secos, cálidos o fríos. Desde 1958, el Observatorio de Mauna Loa (NOAA) mide el $CO_2$ directamente.
Cambios naturales a escala geológica
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Antes de la fotosíntesis, la atmósfera casi no tenía $O_2$ y tenía mucho más $CO_2$.
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Las cianobacterias y luego las plantas evolucionaron fotosíntesis: bajó el $CO_2$ y subió el $O_2$ durante cientos de millones de años.
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Efecto en las cuatro esferas: en la atmósfera, más $O_2$; en la hidrosfera, el hierro disuelto se oxidó; en la geosfera, se depositaron las formaciones de hierro bandeado y las rocas se oxidaron; en la biosfera, surgió la respiración con oxígeno y nuevos organismos.
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Los organismos con concha crearon un reservorio de largo plazo: la caliza.
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Estos cambios naturales ocurrieron en millones de años. La quema de combustibles fósiles mueve carbono en décadas o siglos.
Vuelve al principio: el "respirar" del planeta es la fotosíntesis y la respiración de la biosfera, y el aumento total lo causa el carbono fósil que se quema.
Emma estudia una gráfica de un registro a largo plazo del dióxido de carbono atmosférico medido en Mauna Loa, Hawái. La curva sube a lo largo de muchos años, pero…
Emma estudia una gráfica de un registro a largo plazo del dióxido de carbono atmosférico medido en Mauna Loa, Hawái. La curva sube a lo largo de muchos años, pero también muestra un zigzag regular, con un máximo cada primavera y un mínimo a finales del verano o principios del otoño en el hemisferio norte. Explica ambas características. Identifica qué proceso biológico causa el zigzag anual, por qué el mínimo ocurre en ese momento y qué actividad humana explica mejor el aumento a largo plazo. Usa los términos reservorio, flujo y fotosíntesis en tu respuesta.
Analiza cómo los procesos biológicos cambiaron el ciclo del carbono a lo largo de la historia de la Tierra. En tu respuesta: (a) describe cómo la evolución de la…
Analiza cómo los procesos biológicos cambiaron el ciclo del carbono a lo largo de la historia de la Tierra. En tu respuesta: (a) describe cómo la evolución de la fotosíntesis cambió el dióxido de carbono y el oxígeno de la atmósfera; (b) explica cómo la evolución de organismos marinos que construyen conchas creó un nuevo reservorio de carbono a largo plazo; y (c) compara la escala de tiempo de estos cambios naturales con la escala de tiempo en que la quema de combustibles fósiles está moviendo carbono ahora. Termina con una oración que indique por qué la rapidez del cambio importa para los sistemas de la Tierra.