Ciclo del carbono

Gracias a su asombrosa capacidad para formar enlaces con otros átomos, el carbono es un elemento protagónico para la vida tal como se conoce en la Tierra. Toda forma de vida requiere de compuestos de carbono para vivir, una necesidad que impulsa lo que se conoce como el ciclo del carbono.

El carbono se encuentra y circula a través de la tierra, el océano y la atmósfera, creando lo que se conoce como el ciclo del carbono, un proceso equilibrado que es fundamental para vida. Por ejemplo, si no hubiera dióxido de carbono en la atmósfera, los organismos fotosintéticos como las plantas no tendrían una fuente de carbono y se extinguirían.

En un ambiente sin vida, el carbono puede existir como dióxido de carbono (CO₂), en rocas carbonatadas, carbón, petróleo, gas natural y materia orgánica muerta. El ciclo del carbono muestra cómo los átomos de este esencial elemento pueden existir dentro de diferentes compuestos en diferentes momentos y reciclarse entre los organismos vivos y el medio ambiente.

El ciclo del carbono se puede dividir en dos ciclos separados, pero relacionados: el ciclo geológico del carbono, que opera en una escala de tiempo de millones de años; y el ciclo biológico del carbono que opera en una escala de tiempo que puede completarse en días o milenios.

Ciclo geológico del carbono

El carbono circula naturalmente entre la atmósfera, la tierra y el océano a través de los procesos de meteorización y disolución, precipitación de minerales, entierro y subducción, y erupciones volcánicas, lo que se conoce como el ciclo geológico del carbono.

El CO₂ de la atmósfera reacciona con el agua para formar ácido carbónico, que al llegar a la superficie en forma de lluvia, y a través de los procesos de meteorización y disolución, reacciona con algunos minerales para descomponerlos en sus componentes elementales, los cuales son transportados por los afluentes fluviales a los océanos.

Una vez allí, puede precipitarse formando capas de sedimento de piedra caliza en el fondo del mar. A medida que las placas de la Tierra se mueven, a través de los procesos de la tectónica de placas, estos sedimentos se subducen debajo de los continentes. Bajo el gran calor y la presión que imperan debajo de la superficie del planeta, la piedra caliza se derrite y reacciona con otros minerales, liberando dióxido de carbono, el cual se vuelve a emitir a la atmósfera a través de erupciones volcánicas.

Ciclo biológico del carbono

El rol de la biología en el movimiento ciclo del carbono es más que significativo. La fotosíntesis, proceso por el que las plantas y algas convierten la energía solar en alimento, sintetiza moléculas orgánicas (azúcares) a partir del dióxido de carbono, liberando oxígeno como un subproducto del proceso. Por su parte, los animales y demás organismos heterótrofos, devuelven el carbono a la atmósfera a través de la respiración.

En conjunto, los flujos de carbono producidos por la fotosíntesis y la respiración en un año son unas 1.000 veces mayores que los intercambios de la forma geológica del ciclo del carbono que se producen anualmente.

Factores que intervienen en el ciclo del carbono

Como ya se señaló, el carbono se encuentra y se intercambia entre la atmósfera, el océano, la biomasa de plantas terrestres y el suelo, en un complejo ciclo en el que intervienen una variedad de factores que incluye:

• La fotosíntesis: proceso por el que las plantas absorben dióxido de carbono de la atmósfera y lo transforman en azúcar, almidón y otros compuestos orgánicos. Este es el único proceso del ciclo del carbono que disminuye el nivel de CO₂ en la atmósfera.
• La alimentación: mueve el carbono en forma de moléculas biológicas a lo largo de la cadena alimentaria.
• La respiración: cuando los organismos vivos (plantas, animales y descomponedores) respiran, liberan dióxido de carbono a la atmósfera.
• La fosilización: si las condiciones no son favorables para el proceso de descomposición, los organismos muertos se descomponen lentamente o no se descomponen en absoluto. Estos organismos se acumulan y, si se comprimen durante millones de años, pueden formar combustibles fósiles (carbón, petróleo o gas).
• La combustión: la quema de combustibles fósiles y los incendios forestales liberan dióxido de carbono a la atmósfera.
• La excreción: se produce cuando los desechos se eliminan del cuerpo (orina). Este material excretado se puede descomponer durante el proceso de descomposición.
• La egestión: se refiere a la eliminación de las heces de un animal que contienen carbono. Este material extraído puede descomponerse durante el proceso de descomposición.
• La descomposición: cuando los compuestos de carbono complejos en los organismos muertos, la orina y las heces se descomponen en compuestos de carbono más simples por bacterias u hongos.

Reservas de carbono

Dado que son participantes protagónicos de la regulación del ciclo del carbono, las reservas, depósitos que tienen la capacidad de absorber y liberar carbono, son vitales. Hay cuatro reservas globales de carbono muy amplias que abarcan muchos sistemas complejos.

La corteza terrestre

La capa superior de la Tierra, la corteza, constituye la gran mayoría del carbono y se puede considerar en dos categorías diferentes: la primera, un reservorio inorgánico de roca carbonatada, con una masa estimada en 50 a 100 giga toneladas de carbono (GtC).

La segunda, un depósito "fósil" de materia orgánica que contiene los combustibles fósiles del mundo, como el carbón, el petróleo y el gas natural, que se formó durante millones de años y que actualmente está siendo agotado por los humanos.

Las reservas de estos combustibles fósiles contienen entre 1.000 a 2.000 GtC. Normalmente, no habría flujo de este carbono en el ciclo del carbono; sin embargo, a través de las acciones humanas, este carbono se introduce en los otros depósitos de carbono de forma no natural.

Ecosistemas terrestres

La porción de la Tierra con material vivo crea un reservorio que consiste en materia viva más joven, principalmente plantas, que incluye materia aérea (450 a 650 GtC) y materia orgánica subterránea (1.500 a 2.400 GtC). Esta materia viva incluye plantas, animales, suelos y microorganismos.

Embalses oceánicos

Hay 3 subdivisiones de reservorios oceánicos que son fundamentales para el ciclo del carbono: (1) materia viva, que se encuentra principalmente cerca de la superficie, que consta de aproximadamente 3 GtC. (2) El carbono disuelto en todo el océano, donde se encuentra la mayor parte del carbono, alrededor de 37.000 GtC. (3) Materia sedimentaria, que contiene principalmente carbonatos.

Reservorio atmosférico

El reservorio atmosférico de la Tierra se mantiene como una categoría amplia y es quizás la más crucial. Antes de la Revolución Industrial contenía alrededor de 590 GtC; ahora contiene alrededor de 830 GtC. Aunque esto es considerablemente menor que el carbono contenido en el océano y la corteza, el contenido de carbono en la atmósfera es de importancia crítica debido a sus efectos sobre el efecto invernadero y el clima global.

Impacto de la actividad humana

Desde finales de siglo XIX, los seres humanos han extraído el carbono fósil para usarlo como combustible para producir energía. La liberación de CO₂ a la atmósfera asociada a esta actividad provoca un aumento de los flujos de carbono desde la atmósfera hacia los organismos fotosintéticos y los océanos.

Aunque esto limita el aumento general de CO₂ en la atmósfera, el aumento es suficiente para haber contribuido a los recientes aumentos significativos de la temperatura global, que afecta a toda la vida.

Además, la disolución del exceso de CO₂ acidifica los océanos, lo que puede afectar a los biosistemas oceánicos. Las influencias antropogénicas, por ejemplo, las prácticas agrícolas, la pérdida de hábitat y el cambio climático, significan que aproximadamente 1 millón de especies están ahora en riesgo de extinción en todo el mundo. Por lo tanto, es imperativo limitar drásticamente las emisiones de CO₂ a fin de mitigar los impactos que la actividad humana tiene en el planeta a través de la alteración del ciclo del carbono.