El Carbono (C) es un elemento clave para la vida y que está presente en todos los seres vivos. Este elemento, no permanece en un mismo lugar, sino que se recicla constantemente en nuestro planeta, pasando de la atmósfera a los seres vivos y luego de regreso a ésta como dióxido de carbono (donde últimamente sus niveles están aumentando más rápido de lo que debería, causando el efecto invernadero), todo ello, en un proceso conocido como ciclo del carbono o ciclo biogeoquímico del carbono. En este artículo, os explicamos en qué consiste el ciclo del carbono, cuál es su importancia y cuáles son las etapas, pasos o fases del ciclo del carbono biogeoquímico.
Qué es el ciclo del carbono. Definición, resumen y ciclo del carbono esquema
El Carbono (C) es parte fundamental y soporte de los organismos vivos, ya que proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos, lípidos y otras moléculas esenciales para la vida, contienen carbono.
En la Tierra, el carbono existe en distintas formas y ámbitos: desde las reservas minerales de carbono bajo tierra de las que extraemos combustibles fósiles y el carbono inorgánico disuelto en el agua del mar, hasta el dióxido de carbono en la atmósfera producto de emisiones volcánicas o de la respiración de los seres vivos, así como de los procesos de descomposición de la materia orgánica en pantanos y otros terrenos. Algunos de estos lugares, se consideran depósitos o sumideros de carbono, mientras que otros son rutas de intercambio.
A grandes rasgos, las reservas o depósitos de carbono son: el carbono atmosférico, el contenido en el cuerpo de los seres vivos en la biosfera (incluidos los seres marinos y acuáticos), el carbono disuelto en el agua del mar y depositado en el fondo de los océanos, y los depósitos minerales de la corteza terrestre, incluidos los de petróleo y otros hidrocarburos.
Dado que el carbono es un elemento clave para la vida y para la mayoría de los compuestos orgánicos conocidos, se encuentra involucrado en numerosas sustancias de origen orgánico e inorgánico, en una transmisión continua que permite su reutilización y reciclaje, manteniendo los niveles de dicho elemento en un balance global.
Así pues, el ciclo del carbono biogeoquímico, ciclo biogeoquímico del carbono o, simplemente, ciclo del carbono, se define como un circuito de intercambio de materia (compuestos que contienen carbono), entre la biosfera, la litosfera, la hidrosfera y la atmósfera de nuestro planeta, a través de procesos químicos, físicos, geológicos y biológicos. Fue descubierto por los científicos europeos Joseph Priestley y Antoine Lavoisier, y forma parte de los ciclos biogeoquímicos que permiten la sostenibilidad de la vida en la Tierra.
Aunque en Internet podéis encontrar buenas explicaciones del ciclo del carbono pdf o ciclo del carbono youtube, a continuación, os contamos nuestro ciclo de carbono resumen, acompañado de este ciclo del carbono dibujo o esquema, ameno y fácil de entender:
Viendo la anterior imagen del ciclo del carbono biogeoquímico, podemos comenzar éste en la atmósfera, de donde el dióxido de carbono es absorbido por las plantas terrestres en el proceso de fotosíntesis para su crecimiento y alimentación. Cuando las plantas mueren, pasan a formar parte de la materia orgánica del suelo, la cual, después de millones de años, se transforma en combustibles fósiles, como el carbón, el petróleo, el gas natural y el gas licuado. Por otro lado, las plantas también son comidas por los animales, de modo que su carbono pasa a través de la cadena trófica y la respiración devuelve el carbono a la atmósfera, también en forma de dióxido de carbono, y cuando éstos mueren, en el proceso de descomposición se libera CO2 a la atmósfera y carbono a la tierra.
Paralelamente, en los mares y océanos, las algas, bacterias y otros fotosintetizadores, también incorporan el carbono disuelto en el agua en forma de bicarbonato, los cuales también son comidos por organismos superiores en las cadenas tróficas marinas y que finalmente vuelven a liberar el carbono al agua. Pero aquí también el carbonato que compone las conchas de algunos animales, pasa al fondo marino para formar roca caliza cuando mueren, y luego, si estas rocas son erosionadas, se libera carbono de nuevo.
Asimismo, por otra parte, no podemos olvidar que el carbono también es incorporado a la atmósfera mediante los procesos de combustión que se generan en los incendios forestales, la actividad volcánica y el uso de petróleo, gas natural o carbón, en actividades industriales, de transporte y domésticas.
Características e importancia del ciclo de carbono biogeoquímico
Con respecto al ciclo del carbono importancia, ésta reside en el propio carbono, el cual es un elemento esencial para los seres vivos, los cuales están compuestos, en mayor o medida, por este elemento y se alimentan del mismo bajo diversas formas. Por tanto, sin el establecimiento de este ciclo, la vida hubiese sido imposible en nuestro querido planeta, y una interrupción en él, significaría el empobrecimiento de numerosos ámbitos vitales y, posiblemente, el fin de la vida tal y como la conocemos.
Pero además de esta vital importancia del ciclo del carbono para la vida, este ciclo también ha sido y es importante para nuestro desarrollo económico. Los compuestos de carbono de plantas y algas que existieron hace mucho tiempo, forman los combustibles fósiles, como el carbón y el gas natural, que usamos actualmente como fuentes de energía. Sin embargo, cuando estos combustibles se queman, se libera dióxido de carbono al aire, lo que resulta en niveles cada vez mayores de CO2 atmosférico. Este aumento en los niveles de CO2, afecta el clima de la Tierra y es una preocupación ambiental importante en todo el mundo.
Está claro que la influencia humana más grande y más directa en el ciclo de carbono, es a través de las emisiones directas provenientes de la quema de combustibles fósiles, que transfieren carbono de la geosfera a la atmósfera; sin embargo, los humanos también influyen en el ciclo de carbono indirectamente, al producir cambios o modificaciones en la biosfera terrestre y oceánica, como con el uso del suelo y la deforestación. Tales cambios, pueden tener efectos dramáticos en los ecosistemas altamente sensibles, como los arrecifes de coral, limitando la capacidad del océano para absorber carbono atmosférico en una escala regional y reduciendo la biodiversidad oceánica globalmente.
Ciclo del carbono pasos o etapas
El ciclo del carbono presenta los siguientes depósitos o reservorios de carbono, interconectados mediante las rutas de intercambio: la atmósfera, la biosfera terrestre, la hidrosfera y la litosfera; donde los intercambios se llevan a cabo mediante un ciclo rápido o biológico y un ciclo lento o geológico, y aunque éstos se suelen estudiar de forma separada, están enlazados y conectados entre sí. El primero, comprende el intercambio rápido de carbono entre los organismos vivos y la atmósfera; mientras que el segundo, controla las transferencias de CO2 entre la biosfera y los demás reservorios a través de procesos geológicos lentos y a largo plazo.
A continuación, vamos a ver qué procesos o fases del ciclo del carbono ocurren en cada depósito o sumidero, incluyendo imágenes del ciclo del carbono para cada caso.
Atmósfera
El carbono en la atmósfera terrestre existe en dos formas principales: dióxido de carbono y metano. Ambos gases, absorben y retienen calor en la atmósfera y son parcialmente responsables del efecto invernadero.
El dióxido de carbono deja la atmósfera a través de la fotosíntesis, pasando a las biosferas terrestres y oceánicas. El CO2 también se disuelve directamente de la atmósfera a los cuerpos de agua por difusión (océanos, lagos, etc.), además de disolverse en forma de precipitación.
Cuando está disuelto en el agua, el dióxido de carbono reacciona con las moléculas de agua y forma ácido carbónico, el cual contribuye a la acidez oceánica y de las rocas.
Biosfera terrestre
La biosfera terrestre incluye el carbono orgánico en todos los organismos vivientes en tierra, tanto vivos como muertos, además del carbono almacenado en los suelos. Aproximadamente, 500 gigatones de carbono están almacenados sobre la tierra en plantas y otros organismos vivientes, mientras que la tierra guarda aproximadamente 1500 gigatones de carbono. La mayoría de carbono en la biosfera terrestre, es carbono orgánico, mientras que alrededor de un tercio del carbono en tierra, está almacenado en formas inorgánicas, como el carbonato de calcio.
El carbono orgánico es un componente importante de todos los organismos que viven en el planeta. Los autótrofos lo extraen del aire en la forma de dióxido de carbono, convirtiéndolo en carbono orgánico, mientras que los heterótrofos reciben el carbono al consumir a otros organismos.
El carbono, deja la biosfera terrestre de varias maneras y en escalas de tiempo diferentes. La combustión o la respiración, lo libera rápidamente a la atmósfera. En la medida en que el CO2 es consumido por las plantas, también es remplazado por medio de la respiración de los seres vivos, por la descomposición de la materia orgánica y como producto final de combustión del petróleo, hulla, gasolina, etc.
También puede ser exportado a los océanos a través de los ríos, o permanecer retenido en el suelo en la forma de carbono inerte. El carbono almacenado en el suelo, puede quedar allí por hasta miles de años antes de ser arrastrado a los ríos por la erosión o liberado a la atmósfera a través de la respiración del suelo.
Océanos o Hidrosfera
Los océanos contienen el depósito activo más grande de carbono cerca la superficie de la Tierra y son solo superados por la litosfera en la cantidad de carbono que almacenan. La capa superficial del océano guarda grandes cantidades de carbono orgánico disuelto que se intercambia rápidamente con la atmósfera; no obstante, la concentración de la capa profunda de carbono inorgánico disuelto (CID), es aproximadamente 15% mayor que la de la capa superficial, donde está almacenado por periodos mucho más largos. La circulación termohalina intercambia carbono entre estas dos capas.
El carbono ingresa al océano principalmente a través de la disolución de dióxido de carbono atmosférico, el cual se convierte en carbonato. También puede introducirse a través de los ríos como carbono orgánico disuelto. En el agua, es convertido por los organismos a carbono orgánico, a través de la fotosíntesis y puede intercambiarse mediante la cadena alimentaria, o precipitarse a las capas más profundas y ricas en carbono del océano, como tejido blando muerto o en conchas de animales, como carbonato de calcio. Con el tiempo, se acumulan y forman piedra caliza. Cabe indicar que el carbono puede circular en esta capa por periodos largos del tiempo antes de depositarse como sedimento o, finalmente, regresar a las aguas superficiales a través de la circulación termohalina.
Litosfera
El componente geológico del ciclo del carbono opera más despacio en comparación con otras partes del ciclo. La mayoría del carbono está almacenado en forma inerte en la litosfera. Mucho del carbono almacenado en el manto de la Tierra, fue almacenado allí cuando ésta se formó. Aproximadamente, el 80% es caliza y sus derivados, los cuales se forman por la sedimentación del carbonato de calcio almacenado en las conchas de los organismos marinos. El 20% restante, está almacenado en querógenos, formado a través de la sedimentación y entierro de organismos terrestres bajo condiciones de alta presión y temperatura. El carbono orgánico almacenado puede permanecer allí por millones de años.
El carbono puede abandonar la litosfera de varias formas. El dióxido de carbono es liberado durante la metamorfosis de rocas carbonatadas cuando estas se deslizan en el manto terrestre. Este dióxido de carbono puede liberarse a la atmósfera y océano a través de volcanes y puntos calientes. También puede ser retirado por el hombre a través de la extracción directa de combustibles fósiles. Después de la extracción, los combustibles fósiles son quemados para liberar energía, liberando a la atmósfera el carbono que almacenan. Y asimismo, la piedra caliza puede quedar expuesta debido a movimientos en la Tierra y ser erosionada, lo que también libera carbono a la atmósfera.
Rutas de intercambio, procesos o etapas del ciclo del carbono
Finalmente, resumiendo los procesos o etapas del ciclo del carbono que tienen lugar en cada reservorio de carbono, tenemos:
- Fotosíntesis y Respiración: Junto con otros procesos bióticos metabólicos, liberan y capturan respectivamente dióxido de carbono a la atmósfera, como subproducto. El carbono del CO2 se fija en las plantas y se libera junto con vapor de agua cuando los animales respiramos.
- Difusión o intercambio gaseoso oceánico: Los océanos se evaporan por la acción del sol. En dicho proceso, el vapor de agua producido y liberado a la atmósfera, también propicia el intercambio de gases entre la atmósfera y el océano, permitiendo que el carbono se disuelva en el agua, donde es fijado por el plancton fotosintético.
- Fermentación y Descomposición: Los grandes depósitos de materia orgánica son ricos en carbono y en organismos que viven de la descomposición y transformación de dicha materia, obteniendo energía a cambio, y liberando gases a la atmósfera, como el metano (CH4) o el CO2.
- Procesos de sedimentación: Tanto en la tierra como en el mar, el excedente de carbono en la materia orgánica en descomposición que no es captado y procesado por las formas de vida descomponedoras, va a apilarse y sedimentar en el fondo de los océanos o en las diversas capas de la corteza terrestre, donde forma fósiles, depósitos de hidrocarburos o sedimentos reactivos.
- Combustión natural o por el hombre: Los procesos industriales humanos y los incendios forestales espontáneos, son responsables del incremento anual de carbono en la atmósfera, en forma de gases de invernadero. Esto se debe a la quema de combustibles fósiles, a la liberación de gases orgánicos producto de la industria humana, o a las eventuales emisiones naturales volcánicas.
Por último, decir que todos estos procesos, se dan al mismo tiempo, y constituyen un ciclo de balance delicado, que permite al carbono circular en distintos entornos y como parte de sustancias de muy distinta índole.
Fuentes: Wikipedia, Khan Academy y EcuRed
