CARBONO EN LA TIERRA: DEFINICION, PRESENCIA Y CICLOS

Carbono, es el cuarto elemento más abundante en el Universo, después del Hidrógeno, el Helio y el Oxígeno, así como en la tierra es uno de los elementos más abundantes presentes en la corteza terrestre, es un elemento fundamental en el desarrollo de la vida.   Este elemento puede encontrarse en el planeta de dos maneras:

• De manera orgánica: Forma en la que se encuentra presente en los organismos vivos y en los materiales de descomposición.
• De manera inorgánica: se encuentra presente en las rocas.

El carbono orgánico producido principalmente por la respiración de los seres vivos y en menor medida por la descomposición de elementos orgánicos y la quema de combustibles, genera un compuesto químico conocido como dióxido de carbono (CO2), el cual es un gas invernadero presente en la atmósfera; este gas mantiene su equilibrio en la atmósfera gracias al ciclo del carbono, proceso el cual es generado a partir de la fotosíntesis de las plantas y la absorción de la biosfera y los océanos.

La Fotosíntesis generada por las plantas produce el ciclo del carbono.

¿Dónde se encuentran presentes las concentraciones de Carbono en la tierra?

• Concentraciones de Carbono en la Atmósfera

La atmósfera es el menor productor de carbono en la Tierra, y reacciona de manera más sensible a los cambios, pero gracias a los procesos bioquímicos, como, por ejemplo, la fotosíntesis, este medio posee un mayor porcentaje de circulación de carbono que otras fuentes.  Este elemento se encuentra presente en la atmósfera terrestre principalmente en forma de dióxido de carbono (CO2) con concentraciones aproximadas de 381 ml/m³, siendo esta concentración el 0,001% del carbono total presente en el planeta; otros gases que contienen en su composición dicho elementoy se encuentran presentes en la atmósfera son el metano y los clorofluorocarbonos (CFC), siendo estos de origen netamente antropogénico y contribuyendo en décadas recientes al calentamiento global.

¿Cómo Se Libera El Carbono Hacia La Atmósfera?

El carbono puede ser liberado hacia la atmósfera por las siguientes formas:

• Mediante la combustión de material orgánico, la cual oxida el carbono presente, generando CO2.

• Reacciones exotérmicas como la respiración de los organismos, producen la ruptura de las moléculas orgánicas y las convierte en CO2 y agua.

• Material en estado de descomposición producto de tejidos muertos de flora y fauna. Los hongos y las bacterias dividen los compuestos de carbono del material y convierten, si hay oxígeno presente, el carbono a CO2 y si no hay presencia de oxígeno en el ambiente, carbono a gas metano.

• En las industrias de producción de cemento, el CO2 se libera hacia la atmósfera, cuando la caliza se calienta para producir cal.

• Las erupciones volcánicas liberan hacia la atmósfera vapor de agua, CO2 y dióxido de azufre.

• Hacia la superficie de los océanos, donde se tienen aguas más cálidas, el CO2 disuelto se libera de vuelta a la atmósfera.

Las erupciones volcánicas liberan grandes concentraciones de CO2 hacia la atmósfera.

¿Cómo la Tierra aprovecha el Carbono de la atmósfera?

En la superficie terrestre, el carbono presente en la atmósfera puede ser aprovechado en los siguientes ambientes:

• En zonas cercanas a los polos, el agua del mar actúa como refrigerante, generando mayor concentración de ácido carbónico cuando el CO2 se vuelve más soluble. Este fenómeno se encuentra directamente relacionado con la circulación termohalina del océano, el cual transporta el agua superficial densa al interior del mismo.

• Las plantas se benefician del carbono presente en la atmósfera para realizar el proceso de fotosíntesis en donde transforman el CO2 en carbohidratos, liberando oxígeno y purificando el medio ambiente en el proceso. El proceso de fotosíntesis es mejor en bosques jóvenes, donde el crecimiento de la vegetación es rápido.

La vegetación aprovecha el carbono de la atmósfera para transformarlo en oxígeno y purificar el medio ambiente.

• Concentraciones de Carbono en los Océanos

Los océanos contienen el 0,05% de la concentración de carbono total de la Tierra, principalmente en forma de ion bicarbonato.  El carbono de naturaleza inorgánica (es decir que en su estructura atómica no presenta enlaces Carbono – Hidrógeno) es un importante regulador de las reacciones químicas dentro del agua, siendo de vital importancia para el control del pH en el océano; el carbono presente en estas fuentes hídricas, se intercambia fácilmente entre la atmósfera y el océano.

En regiones de flujo oceánico ascendente, el carbono (presente como CO2), se libera hacia la atmósfera, mientras que en zonas donde el flujo oceánico es descendente, el carbono de la atmósfera (CO2) se transfiere hacia el océano; cuando el CO2 entra en contacto con el océano, se produce ácido carbónico (H2CO3), además, se produce la liberación de iones hidrógeno y bicarbonato, los cuales son otra reacción química importante que permite controlar los niveles de pH oceánicos.

El océano aprovecha las reacciones químicas con carbono para liberar iones hidrógeno y bicarbonato y de esta forma controlar el pH del agua.

• Concentraciones de Carbono en la Biósfera

El carbono es parte esencial del desarrollo de la vida en la Tierra, desempeñando un papel importante en la estructura, bioquímica y nutrición de las células de los organismos vivos.  El carbono se transfiere dentro de la biósfera cuando los organismos heterótrofos se alimentan de otros organismos, incluyendo el consumo de material orgánico por hongos y bacterias para su fermentación o putrefacción.  Los organismos autótrofos, como por ejemplo las plantas, producen sus propios compuestos orgánicos empleando el CO2 presente en el aire o en el agua del medio donde residen; para completar esta acción, requieren de una fuente externa de energía la cual es provista mediante la radiación solar.  Este proceso de producción se conoce como fotosíntesis.

Gran parte del carbono se transfiere de la biosfera a la atmósfera por medio de la respiración; cuando el oxígeno se encuentra presente en el medio, se produce respiración aeróbica, y libera el carbono en forma de CO2 en el aire o en el agua, en cambio, en ambientes con ausencia de oxígeno, como por ejemplo en los pantanos, la respiración anaerobia que se produce, libera metano en el ambiente, que finalmente sigue su camino hacia la atmósfera o la hidrosfera.

Los organismos autótrofos y heterótrofos ayudan a mantener en el ecosistema donde residen, el equilibrio de las concentraciones de carbono en la biósfera.

¿Qué Es El Ciclo Del Carbono?

Es un ciclo de tipo biogeoquímico que describe el movimiento del carbono al ser reciclado y reusado y donde este se intercambia entre la biósfera, la litosfera, la hidrosfera y la atmósfera.  Este ciclo, junto con el ciclo del nitrógeno y el ciclo del agua, generan una secuencia de eventos claves para hacer al planeta capaz de sostener vida.  Conocer cómo funciona este ciclo y saber sobre la circulación de carbono en el planeta, permite analizar el impacto que las actividades antrópicas causan en el clima y cuales son sus efectos sobre el cambio climático.

¿Cuáles Son Los Tipos De Ciclos Que Se Pueden Presentar Alrededor Del Carbono?

Para entender este ciclo, este se puede dividir y analizar en dos ciclos que se encuentran interconectados entre sí: El ciclo biológico que comprende el intercambio rápido de carbono entre los organismos vivos, y el ciclo geológico que se encarga del ciclo del carbono a través de procesos geológicos a largo plazo.

• Ciclo Biológico del Carbono:

El ciclo biológico es relativamente rápido ya que se estima que la renovación del carbono atmosférico ocurre cada 20 años.  Sin contar la influencia del ser humano y las actividades contaminantes que realiza, el carbono se puede producir en tres depósitos diferentes: En la tierra, en la atmósfera y en el océano.  Este ciclo desempeña un papel importante en los flujos de carbono entre los diversos depósitos existentes, mediante procesos como la fotosíntesis y la respiración.

Mediante la fotosíntesis, las plantas absorben energía solar y el CO2 de la atmósfera, generando oxígeno e hidratos de carbono, los cuales son la base para el crecimiento de las plantas; mientras que los animales por medio de la respiración usan la energía presente en los carbohidratos y emiten CO2; junto con la descomposición orgánica, la respiración devuelve el carbono, biológicamente fijado en los reservorios terrestres, a la atmósfera.

Los incendios forestales son otro elemento del ciclo biológico que permite añadir CO2 a la atmósfera al consumir biomasa y materia orgánica, ya que al provocar la descomposición de materia orgánica muerta posteriormente genera CO2.

• Ciclo Geológico del Carbono:

La ruta geológica del ciclo del carbono es mucho más lenta que la ruta biológica.  El carbono queda almacenado durante largos periodos de tiempo en cuerpos de agua, en los sedimentos oceánicos, en el suelo, en las rocas, en depósitos de combustibles fósiles y en el interior de la Tierra.

Más del 99% del carbono presente en la Tierra se encuentra contenido en la litosfera, presentándose en su mayoría como carbono inorgánico, almacenado en rocas sedimentarias como calizas, mientras que el carbono orgánico que se encuentra en la litosfera se almacena en depósitos de combustibles fósiles.

El CO2 de la atmósfera, combinado con el agua, forma ácido carbónico, el cual reacciona lentamente con el calcio y con el magnesio de la corteza terrestre, formando carbonatos. A través de los procesos de erosión tales como la lluvia, el viento, entre otros, estos carbonatos se transportan el océano, donde o son acumulados en capas o son asimilados por organismos marinos que después de muertos, se depositan en el fondo del mar.  Estos sedimentos se van acumulando a lo largo de miles de años, generando calizas.

El ciclo geológico continúa cuando las rocas sedimentarias del lecho marino son llevadas hacia el manto de la Tierra mediante procesos de subducción. Así, las rocas quedan sometidas a altas presiones y temperaturas debajo de la erficie de la Tierra, reaccionando con otros minerales y liberando CO2.  Este compuesto regresa a la atmósfera por medio de las actividades magmáticas, completando de esta forma el ciclo.

El carbono orgánico, se almacena en el suelo y es producto de la descomposición de los organismos, hacia el subsuelo, se encuentran los combustibles fósiles como el petróleo, el carbón y el gas natural, que son compuestos por restos de materia orgánica descompuesta bajo condiciones anaeróbicas. Los combustibles fósiles tardan millones de años en formarse, con el inicio de la Revolución Industrial y la explotación y uso a gran escala de los combustibles fósiles, se comenzó a liberar hacia la atmósfera el carbono presente en este tipo de depósitos en forma de CO2.

Esquema que representa el ciclo del carbono del planeta, conformado principalmente por el ciclo geológico y el ciclo biológico.

¿Cómo afectan las actividades humanas sobre el ciclo del carbono?

Las actividades antropogénicas, como la quema de combustibles fósiles y la deforestación, día a día incorporan nuevos flujos de carbono al ciclo biológico, influenciando de manera negativa el ciclo global y natural de este elemento.  Los combustibles fósiles (principalmente carbón y petróleo) se consideran y clasifican como recursos no renovables debido a que estos se agotan mucho más rápido de lo que los procesos geológicos pueden producirlos.

La quema de combustibles fósiles producida por la combustión de los vehículos o las actividades industriales, libera CO2 hacia el aire.  El aumento significativo del uso de este tipo de combustibles en los últimos 200 años ha generado que la atmósfera presente concentraciones elevadas de CO2.  Al realizar talas indiscriminadas de bosques se ha ayudado a contribuir en el aumento de los niveles de CO2 en el medio ambiente ya que se reducen el número de árboles y vegetación que puede transformar el carbono en oxígeno por medio de la fotosíntesis y a pesar que parte del CO2 generado por las acciones antrópicas es absorbido y transformado por las plantas o por el océano, estos procesos no contrarrestan completamente el aumento de los niveles del mismo, provocando así que se genere contaminación en la atmósfera.

Actividades antrópicas provocan aumentos en las concentraciones de CO2, causando así contaminación en la atmósfera.