El ciclo del carbono es el movimiento del carbono entre los distintos depósitos de la Tierra. Los principales ciclos del carbono operan a nivel terrestre, atmosférico y oceánico. El carbono se almacena en la atmósfera, en la tierra y en los océanos, y se mueve mediante diversos procesos. Los almacenes de carbono son los lugares donde se almacena el carbono, y los flujos son el movimiento/transferencia del carbono entre almacenes. Los procesos son las formas físicas en que se producen los flujos.
Ciclo global del carbono. Imagen: NASA/Globe Program, CC BY 2.0
El ciclo del carbono y el cambio climático
El ciclo del carbono fue descrito por primera vez a finales del siglo XVIII por Antoine Lavoisier y Joseph Priestly. Desde entonces, el equilibrio del ciclo del carbono se ha visto afectado por el creciente uso de la energía. La quema de combustibles fósiles libera dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera y se suma a los gases de efecto invernadero que atrapan el calor, calentando la Tierra. Al emitirse más carbono del que se almacena, el ciclo del carbono se desequilibra. En 2015, 195 países adoptaron el primer acuerdo mundial legalmente vinculante sobre el clima en la Conferencia del Clima de París (COP21).
¿Qué formas de carbono hay en el ciclo del carbono?
Hay tres formas de carbono en el ciclo del carbono.
Inorgánico - se encuentra en las rocas en forma de bicarbonatos y carbonatos
Orgánico - se encuentra en la materia vegetal y en los organismos vivos
Gaseoso - se encuentra como dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4) en la atmósfera
Diagrama del ciclo del carbono centrado en los puntos del ciclo en los que se encuentran el dióxido de carbono y el metano. https://eos.org/features/the-future-of-the-carbon-cycle-in-a-changing-climate
Ciclo rápido del carbono
Los ciclos del carbono tienen diferentes escalas y plazos. La fotosíntesis puede ocurrir en segundos, y otros tardan años en devolver la materia orgánica muerta. El ciclo del carbono entre la atmósfera y los ecosistemas terrestres o marinos, así como los suelos, se conoce como ciclo rápido del carbono. Este ciclo implica procesos biogeoquímicos a relativamente corto plazo entre el medio ambiente y los organismos vivos de la biosfera.
Ecosistema terrestre
El movimiento del carbono a través de los organismos vivos hacia la atmósfera tiene lugar mediante la respiración con dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4) liberados por la descomposición de plantas y animales. Cuando la materia animal y vegetal se descompone, el carbono almacenado se convierte en otro almacén de carbono al pasar al suelo.
Ecosistema marino
El carbono se almacena en el océano como CO2 disuelto en el agua y compuestos de carbono en los organismos marinos. La entrada en el almacén del océano se produce mediante la absorción a través del intercambio de gases con la atmósfera. El carbono puede salir de la atmósfera mezclándose con el vapor de agua. Cuando se producen precipitaciones, éste cae en forma de ácido carbónico, conocido comúnmente como lluvia ácida.
Ciclo lento del carbono
El ciclo del carbono entre el lecho rocoso superficial y los almacenes atmosféricos u oceánicos se conoce como ciclo lento del carbono. Los organismos marinos, como los moluscos y el fitoplancton, construyen sus caparazones combinando calcio con carbono. Gran parte del carbono se almacena en un sumidero de carbono en el fondo de los océanos poco profundos, a medida que los sedimentos acumulados de plantas y animales acuáticos (materia orgánica) caen al lecho marino tras su muerte. Estos organismos se comprimen y se convierten en roca sedimentaria rica en carbono. El carbono puede tardar entre 100 y 200 millones de años en moverse entre la roca, el suelo, el océano y la atmósfera.
Meteorización química de las rocas
La meteorización química es el desgaste de la roca por reacciones químicas, que provocan la disolución del material por disolución, hidrólisis y oxidación. El dióxido de carbono de la atmósfera reacciona con la humedad para formar ácido carbónico débil, que luego cae en forma de lluvia ácida. Cuando la lluvia ácida golpea rocas ricas en carbono (por ejemplo, piedra caliza), puede disolver el material y formar carbonato cálcico. Estos materiales disueltos son transportados por los ríos y depositados en el mar, formando rocas sedimentarias.
Desgasificación volcánica
La desgasificación volcánica se produce cuando hay actividad volcánica en dos tipos de límites de placas. Se trata de los límites de placa constructivos, cuando dos placas se separan, y las zonas de subducción destructivas, cuando una placa oceánica subduce bajo una placa continental. El calor extremo de los procesos tectónicos hace que la roca sedimentaria sufra cambios químicos que provocan la liberación de dióxido de carbono a la atmósfera. La emisión de gases es habitual en lugares geotérmicos como Nueva Zelanda.
¿Qué es un almacén de carbono?
Un almacén de carbono es donde se almacena el carbono dentro del ciclo. Se mide con gigatoneladas de carbono (GtC). Un sumidero de carbono es un almacén que absorbe más carbono del que emite, mientras que una fuente de carbono es un almacén que emite más carbono del que almacena.
¿Dónde se encuentran los almacenes de carbono?
Hay seis esferas principales diferentes en la Tierra donde se almacena el carbono:
Atmósfera: en forma de gases como el dióxido de carbono y el metano.
Biosfera: en todos los organismos vivos y muertos.
Criosfera: en el suelo helado de la tundra y las regiones árticas que contiene material vegetal.
Pedosfera: en el suelo. Contiene carbono orgánico y restos de animales y plantas muertos.
Litosfera: en forma de rocas como el carbonato cálcico y los combustibles fósiles.
- Hidrosfera: como dióxido de carbono disuelto en las masas de agua.
Ejemplos de almacenes de carbono
El carbono existe en distintas formas según el almacén. La mayor parte del carbono de la Tierra es geológico, y el mayor almacén está en las rocas.
Tamaño: 66.000 - 100.000 GtC. Este proceso dura miles, si no millones, de años.
Tamaño: 38.000 GtC. El carbono se secuestra constantemente a través de los organismos marinos, se pierde como salida hacia la litosfera o se gana como entrada de los ríos y la erosión.
Tamaño: 4.000 GtC. La explotación de los combustibles fósiles por el ser humano ha provocado un rápido agotamiento.
Tamaño: 1.500 GtC. La deforestación, la agricultura y el uso de la tierra están afectando a este almacén.
Tamaño: 750 GtC. La actividad humana ha hecho que los niveles de CO2 en la atmósfera aumenten alrededor de un 40% desde la revolución industrial, provocando un cambio sin precedentes en el clima global.
Tamaño: 560 GtC. Debido al cambio climático y a la deforestación, el almacenamiento de carbono en los bosques disminuye anualmente en algunas partes del mundo.
Almacenes geológicos de carbono
La mayor parte del carbono de la Tierra se encuentra en almacenes geológicos de carbono. Los combustibles fósiles como el carbón, el petróleo y el gas almacenan carbono durante millones de años. A continuación se muestran ejemplos de estos almacenes geológicos de carbono y cómo se forman.
Formaciones de carbón
El carbón se forma en la tierra. Cuando las plantas terrestres mueren y entran en los pantanos, se depositan y compactan lentamente para formar turba y carbón. El carbón tarda millones de años en formarse, dependiendo de la temperatura y las presiones.
Formaciones de gas natural
El gas natural está atrapado en las mismas capas sedimentarias en las que se encuentran el carbón y el petróleo. El metano es un ejemplo de gas natural creado como subproducto durante la formación del carbón y el petróleo crudo.
Formación del petróleo crudo
La formación del petróleo crudo comienza con la sedimentación de sedimentos de grano fino y materiales biológicamente degradados. Es necesario que haya al menos un 2% de carbono orgánico. Se producen una serie de reacciones anaeróbicas que convierten la mayor parte del carbono orgánico en un líquido, el petróleo crudo. Debido a su ligera densidad, el petróleo crudo puede migrar hacia arriba a través de las capas de rocas permeables o porosas. Sin embargo, cuando hay una capa de roca impermeable, el crudo acaba quedando atrapado.
Formación de la caliza
La formación de la caliza comienza con los organismos marinos que tienen caparazones de carbono formados a partir de carbonato cálcico. Cuando estos organismos mueren, se hunden en el fondo del océano y, a medida que caen más sedimentos, se compactan. Cuando el sedimento alcanza los 100 metros de profundidad, la presión y las reacciones químicas provocan una cementación que da lugar a la formación de la roca caliza.
Ciclo del carbono - Puntos clave
El ciclo del carbono es el movimiento del carbono entre los distintos depósitos de la Tierra.
Los depósitos de carbono son donde se almacena el carbono; los flujos se refieren al movimiento o transferencia del carbono entre los depósitos, y los procesos se refieren a la forma física en que se producen los flujos.
Hay tres tipos de carbono en el ciclo del carbono: inorgánico, orgánico y gaseoso.
El ciclo rápido del carbono implica procesos biogeoquímicos a corto plazo, como la fotosíntesis, que pueden durar segundos. El ciclo lento del carbono requiere que los sedimentos se acumulen y compriman para convertirse en rocas sedimentarias ricas en carbono. Esto puede llevar millones de años.
Hay seis esferas diferentes en las que se almacena el carbono: atmósfera, biosfera, criosfera, pedosfera, litosfera e hidrosfera.
El mayor almacén de carbono de la Tierra es el geológico, en los sedimentos marinos y las rocas sedimentarias.
Hay varias formas de almacenes geológicos de carbono, como el petróleo, el gas natural, el carbón y la piedra caliza.
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