ciclo del carbono

CICLO DEL CARBONO

El carbono es un elemento esencial en los cuerpos de los seres vivos. También es económicamente importante para los humanos modernos, en la forma de combustibles fósiles.

El dióxido de carbono —\text {CO}_2CO2​C, O, start subscript, 2, end subscript— de la atmósfera es absorbido por los organismos fotosintéticos que lo usan para producir moléculas orgánicas, las cuales viajan a través de las cadenas alimenticias. Al final, los átomos de carbono son liberados como \text {CO}_2CO2​C, O, start subscript, 2, end subscript durante la respiración.

Los procesos geológicos lentos, entre los que están la formación de rocas sedimentarias y combustibles fósiles, contribuyen al ciclo del carbono a lo largo de escalas prolongadas de tiempo.

Algunas actividades humanas, como la quema de combustibles fósiles y la deforestación, aumentan el \text {CO}_2CO2​C, O, start subscript, 2, end subscript atmosférico y afectan el clima y los océanos de la tierra.

El ciclo del carbono se estudia con más facilidad como dos ciclos más pequeños interconectados:

Uno que comprende el intercambio rápido de carbono entre los organismos vivos

Y otro que se encarga del ciclo del carbono a través de los procesos geológicos a largo plazo
Aunque los veremos de manera separada, es importante tomar en cuenta que estos ciclos están enlazados entre sí. Por ejemplo, las reservas de \text{CO}_2CO2​C, O, start subscript, 2, end subscriptatmosférico y oceánico que son utilizadas por los organismos vivos son las mismas que los procesos geológicos reciclan.

Como una breve descripción, el carbono existe en el aire mayoritariamente como dióxido de carbono —\text{CO}_2CO2​C, O, start subscript, 2, end subscript— gaseoso, el cual se disuelve en el agua y reacciona con las moléculas de esta para producir bicarbonato: \text{HCO}_3^-HCO3−​H, C, O, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript. La fotosíntesis que llevan a cabo las plantas terrestres, las bacterias y las algas, convierte el dióxido de carbono o el bicarbonato en moléculas orgánicas. Las moléculas orgánicas producidas por los organismos foto sintetizadores pasan a través de las cadenas alimenticias, y la respiración celular convierte nuevamente el carbono orgánico en dióxido de carbono gaseoso.

El ciclo biológico del carbono.

El carbono entra en todas las redes tróficas, tanto terrestres como acuáticas, a través de los autótrofos, organismos que producen su propio alimento. Casi todos estos autótrofos son fotosintetizadores, como las plantas o las algas.

Los autótrofos capturan el dióxido de carbono del aire o los iones de bicarbonato del agua y lo usan para producir compuestos orgánicos como la glucosa. Los heterótrofos, como los humanos, que se alimentan de otros seres, consumen las moléculas orgánicas y así el carbono orgánico pasa a través de las cadenas y redes tróficas.¿Cómo regresa el carbono a la atmósfera o al océano? Para liberar la energía almacenada en las moléculas que contienen carbono, como los azúcares, los autótrofos y heterótrofos las degradan mediante un proceso llamado respiración celular. En este proceso, el carbono de la molécula se libera en forma de dióxido de carbono. Los des componedores también liberan compuestos orgánicos y dióxido de carbono cuando degradan organismos muertos y productos de desecho.

El carbono circula rápidamente a través de esta ruta biológica, especialmente en los ecosistemas acuáticos. En general, se estima que se mueven entre 1000 y 100 000 millones de toneladas métricas de carbono a través de la ruta biológica cada año. Para que te des una idea, ¡una tonelada métrica es casi el mismo peso que el de un elefante o un coche pequeño.^{2,3,4}start superscript, 2, comma, 3, comma, 4, end superscr

El ciclo geológico del carbono

La ruta geológica del ciclo del carbono es mucho más lenta que la ruta biológica que acabamos de describir. De hecho, el carbono usualmente tarda millones de años en recorrer la ruta geológica. El carbono puede quedar almacenado durante largos periodos de tiempo en la atmósfera, en los cuerpos de agua líquida —océanos en su mayoría— en los sedimentos oceánicos, en el suelo, en las rocas, en los combustibles fósiles y en el interior de la Tierra.El nivel de dióxido de carbono en la atmósfera se ve afectado por la reserva de carbono en los océanos y viceversa. El dióxido de carbono atmosférico se disuelve en agua y reacciona con las moléculas de agua en las siguientes reacciones:

$\text{CO}_2 + \text H_2\text O \:\:\rightleftharpoons \:\: \text H_2\text{CO}_3 \:\:\rightleftharpoons \:\:\text{HCO}_3^- +\text H^+ \:\: \rightleftharpoons \:\:\text{CO}_3^{2-} + 2 \text H^+$CO2​+H2​O⇌H2​CO3​⇌HCO3−​+H+⇌CO32−​+2H+

El carbonato —\text{CO}_3^{2-}CO32−​C, O, start subscript, 3, end subscript, start superscript, 2, minus, end superscript— que se libera en este proceso se combina con los iones \text {Ca}^{2+}Ca2+C, a, start superscript, 2, plus, end superscript para formar carbonato de calcio —\text{CaCO}_3CaCO3​C, a, C, O, start subscript, 3, end subscript— un componente clave de las conchas de los organismos marinos^55start superscript, 5, end superscript. Cuando los organismos mueren, sus restos se hunden y finalmente se convierten en parte del sedimento del suelo oceánico. A lo largo del tiempo geológico, el sedimento se convierte en piedra caliza, que es la reserva de carbono más grande de la Tierra.

En la tierra, el carbono se almacena en el suelo en forma de carbono orgánico proveniente de la descomposición de los organismos o como carbono inorgánico producto de la meteorización de las rocas y los minerales. Más profundo en el subsuelo se encuentran los combustibles fósiles como el petróleo, el carbón y el gas natural, que son los restos de plantas descompuestas bajo condiciones anaeróbicas, sin oxígeno. Los combustibles fósiles tardan millones de años en formarse; cuando los humanos los queman, el carbono es liberado a la atmósfera en forma de dióxido de carbono.

Otra forma en la que el carbono entra a la atmósfera es la erupción volcánica. Los sedimentos carbonatados del fondo oceánico se hunden profundamente en la Tierra mediante un proceso llamado subducción, en el que una placa tectónica se mueve por debajo de otra. Este proceso produce dióxido de carbono, el cual puede ser liberado hacia la atmósfera por erupciones volcánicas o respiraderos hidrotermales.

COMPONENTES PRINCIPALES

El ciclo de carbono global ahora normalmente se divide en los siguientes depósitos principales interconectados por rutas de intercambio:
La atmósfera.
La biosfera terrestre.
Los océanos, incluido el carbono inorgánico disuelto y la biota marina viva e inerte.
Los sedimentos, incluido los combustibles fociles, los sistemas de agua fresca y el material orgánico inerte.
El interior de la Tierra, carbono del manto y la corteza terrestre. Estos almacenes de carbono interaccionan con los otros componentes a través de procesos geológicos.

Los intercambios de carbono entre reservas ocurren como resultado de varios procesos químicos, físicos, geológicos y biológicos. El océano contiene el depósito activo más grande de carbono cerca la superficie de la Tierra ​ Los flujos naturales de carbono entre la atmósfera, océano, ecosistemas terrestres y sedimentos están bastante equilibrados, de modo que los niveles de carbono serían relativamente estables sin la influencia humana.