Ciclo del carbono: Etapas, importancia y características

El ciclo del carbono es uno de los más importantes de los tipos de ciclos biogeoquímicos en nuestro planeta Tierra. Es de primera necesidad para la conservación del ambiente y el mantenimiento de la vida terrestre. A continuación, pasamos a describir en qué consiste este ciclo, cuáles son sus beneficios y cómo influyen sus procesos en la vida diaria.

¿Qué es el ciclo biogeoquímico del carbono?

Como definición, el ciclo del carbono consiste en un proceso mediante el cual dicho componente químico se intercambia entre la atmósfera, hidrosfera, geosfera, pedosfera y biosfera. Estas interacciones son claves para que la vida en la Tierra sea posible. Por otra parte, se debe destacar el balance global del carbono, el cual es el equilibrio entre las pérdidas e ingresos del mineral.

El ciclo biogeoquímico del carbono fue descubierto por los científicos Antoine Lavoisier y Joseph Priestley. Sin embargo, su popularidad es notoria gracias a Humphry Davy.

Características del ciclo biogeoquímico del carbono

Es un ciclo muy versátil, ya que los átomos poseen la capacidad de realizar combinaciones con diferentes elementos biológicos. Constituyen una base primordial para las moléculas y la síntesis de aminoácidos procedentes de las proteínas. Lo mismo aplica para los ácidos grasos.

Es un proceso químico que permite el intercambio de carbono entre distintos organismos vivos. Sus reacciones ocurren en biosfera, litosfera, atmosfera e hidrosfera, convirtiendo el mineral en dióxido de carbono para los seres vivos. El proceso también ocurre a la inversa.

Componentes del ciclo biogeoquímico del carbono

El ciclo del carbono hace intercambios de este componente entre numerosas reservas como resultado de procesos biológicos, geológicos, físicos y químicos. Se pueden dividir los componentes o depósitos en los siguientes.

Atmósfera terrestre

La atmósfera contiene solamente el 0.001% del carbono total del planeta, aunque en forma de metano y dióxido de carbono. Su concentración es muy reducida en el aire que respiramos los humanos y otros seres vivos. Aun así, todos los procesos donde participa este mineral son fundamentales para conservar la vida.

La atmósfera aporta con 764 G toneladas de carbono (C) en forma de dióxido de carbono (CO2). También aporta con 10 G tonerladas de carbono (C) en forma de Metano (CH4).

Biosfera

Es la zona del planeta donde está presente la vida, lo que incluye todos los ecosistemas. Aquí participan los procesos bioquímicos celulares, ya sean de plantas, humanos o animales.

La biosfera aporta con alrededor de 610 G toneladas de Carbono (C) en forma de materia orgánica proveniente de plantas y animales.

La litosfera y los suelos

En ellos se guarda aproximadamente un tercio del carbono de manera inorgánica, como por ejemplo el carbonato de calcio. Tiene una interacción completa con la atmósfera, siendo determinante para que se cumpla el ciclo de la vida. La cantidad de carbono disponible en esta región es tres veces más elevada que el contenido de la atmósfera.

La litosfera y el suelo aportan con 50000000 G toneladas de carbono (C) como parte de las rocas sedimentarias (piedras calizas) y sedimentos calcáreos principalmente.

Además, los combustibles fósiles como el petróleo, gases naturales y el carbón aportan 5000 G toneladas de carbono (C).

Océanos y la hidrosfera

Las aguas de la Tierra alojan un 0.05% de todo el carbono disponible en ella. Se presenta como bicarbonato, que se combina con el calcio, formando carbonato de calcio y roca caliza. Los océanos, en cuanto a reservas, están por encima de los suelos, ya que absorben aproximadamente la mitad de todo el carbono atmosférico.

Los océanos y la hidrosfera (ríos, lagos, lagunas, etc) aportan con alrededor de 36000 G toneladas de carbono (C) disuelto en las aguas.

Sedimentos geológicos

Evidentemente, este es el mayor depósito del mineral en la faz de la Tierra. Primeramente se halla inorgánicamente en forma de rocas calizas, con una proporción aproximada de 90%. El sobrante es una mezcla de restos orgánicos ubicados en rocas sedimentarias.

Explicación del ciclo del carbono

El ciclo biogeoquímico del carbono lleva a cabo diferentes procesos que son realmente complejos. Sus reacciones químicas afectan directamente a la naturaleza y a todo lo que vive en ella. Por este motivo, en este momento se describe cada etapa de dicho ciclo de manera detallada.

Combustión

La combustión es una reacción química que libera el calor hacia el ambiente. Es bastante común, ya que un porcentaje muy elevado de la energía que se consume en el planeta es derivada de la quema de combustibles. Estas abarcan aceites, gasolina, gas, entre otros productos obtenidos por la destilación del petróleo.

Fotosíntesis

La fotosíntesis del ciclo del carbono es una interacciónque se produce en las zonas verdes de las plantas. Las hojas generan una reacción química para producir oxígeno y glucosa mediante el dióxido de carbono.

Respiración

Es una acción ejecutada por todos los seres vivientes, abarcando humanos, plantas y animales. La energía es liberada de la glucosa utilizando el oxígeno. Para dicho proceso, intervienen el dióxido de carbono y el agua.

Descomposición

Este proceso es completamente orgánico y es hecho por otros organismos vivos. Estos pueden ser bacterias, hongos o gusanos que logran descomponer y liberar el carbono a la atmósfera mediante la respiración. En la putrefacción se incluyen los desechos de animales, plantas y cualquier otro organismo.

Ciclo del carbono orgánico

El carbono orgánico se relaciona con la sustentabilidad que tienen los sistemas agrícolas que afectan a las propiedades del suelo. Está asociado con la cantidad de nutrientes disponibles y el aporte de otros componentes minerales. Se manifiesta en las propiedades físicas, distribución y estructura de los espacios porosos de los suelos.

Las cantidades de carbono orgánico no dependen solamente de las condiciones climáticas, sino también del manejo del suelo. Influyen asimismo las propiedades biológicas, físicas y químicas de la superficie.

Ciclo largo o lento del carbono orgánico

La fotosíntesis, respiración y putrefacción afectan directamente al ciclo del carbono orgánico. Su proceso entierra la materia orgánica en rocas y sedimentos, transformándose en combustibles fósiles. Las reservas son inmensas, aunque los flujos de carbono que se relacionan con los procesos son más reducidos.

Por otro lado, favorece la oxidación de los reservorios ubicados en carbones, hidrocarburos y kerógenos. Tienen efectos notorios el agua subterránea y la exposición al aire, al igual que los movimientos tectónicos. Ahora bien, la constante combustión y extracción de gases, carbones y aceites pueden transformar este ciclo largo en uno corto.

Es importante tener en cuenta que los ciclos largos del carbono orgánico se han llevado a cabo durante miles e incluso millones de años en la corteza terrestre.

Ciclo corto o rápido del carbono orgánico

El ciclo corto del carbono orgánico (ciclo rápido del carbono) implica procesos que llevan menos de un siglo. El más básico de todos es la interacción entre respiración y fotosíntesis, donde el carbono inorgánico se convierte en dióxido de carbono. También sucede a la inversa, mediante las etapas del ciclo descritas anteriormente.

La fotosíntesis recurre a la energía solar para realizar una síntesis de la materia orgánica. Mediante ella, convierte el carbono en carbohidratos, es decir, moléculas de mayor tamaño y más alta complejidad. Es una parte de la materia que se corresponde con la producción primaria.

Intervienen plantas, algas y bacterias, que se encargan de capturar la energía procedente del sol para transformarla en reacciones químicas.

Ciclo del carbono inorgánico

Aparte del ciclo convencional del carbono orgánico, hay otros tipos de interacciones químicas que suceden en este mineral. Hay algunos procesos donde se recicla el carbono, involucrando el dióxido y las calizas. Su reservorio más importante es la atmósfera, y en menos cantidad en océanos, rocas carbonatadas y sedimentos.

Se hace un intercambio entre CO2 y CO2 atmosférico desde los océanos con completo equilibrio. Luego, ocurre una alteración química en las rocas que convierte el CO2 en HCO3, el cual se transporta hacia las aguas marinas mediante la escorrentía.

Los organismos realizan una combinación de dicho HCO3 con Ca2 con el objetivo de secretar el caparazón de CaCO3. Parte de este componente es disuelto en el fondo del océano, para finalmente ser enterrado en rocas sedimentarias y carbonatadas.

Ciclo biológico del carbono

Es el ciclo biogeoquímico del carbono más rápido entre todas sus variantes. Según algunos estudios realizados, la renovación del carbono en sus cantidades de la atmósfera sucede en un tiempo no mayor a veinte años. Evidentemente, esto se logra con la interacción de la fotosíntesis y la respiración.

La fotosíntesis absorbe el dióxido y la energía solar con el propósito de producir hidratos de carbono y oxígeno para el crecimiento de las plantas. Posteriormente, los seres humanos, plantas y animales respiran utilizando los hidratos, obteniendo energía y emitiendo dióxido de carbono.

Tras lo anterior, se entra en el estado de descomposición, liberando los compuestos orgánicos y el CO2, al igual que los desechos orgánicos. Como consecuencia, se devuelve el carbono a la atmósfera.

Importancia de las plantas

Las plantas resultan claves, ya que son las encargadas de realizar el proceso de fotosíntesis. Brindan oxígeno a todos los ecosistemas presentes en el planeta. Una vez que las plantas fallecen, se descomponen y luego son absorbidas por la litosfera, específicamente en los suelos.

Con el transcurso del tiempo, las plantas se transforman en fósiles, dando paso a combustibles como gas natural y petróleo.

Importancia de los animales

Al igual que las plantas, los animales realizan un intercambio de dióxido de carbono con la atmósfera. Una vez que mueren, entran en estado de descomposición, suministrando carbono y distintos compuestos a la litosfera.

Ciclo del carbono en el océano

El océano interviene directamente en el ciclo biológico del carbono, siendo el depósito con mayor reserva del mineral. La cantidad de dióxido de carbono que se expulsa o es absorbido entra en función de la concentración y temperatura del elemento. Generalmente, las temperaturas bajas se relacionan con absorción, mientras que las temperaturas cálidas con la emisión.

El ciclo del dióxido de carbono abarca incendios naturales, que se generan cuando el mineral provoca la muerte de las plantas. Del mismo modo, las actividades de volcanes devuelven dióxido a la atmósfera. Para terminar, las fábricas y la expulsión de gases de automóviles aceleran el ciclo.

Ciclo geológico del carbono

El ciclo geológico del carbono se desarrolla en la estructura interna del planeta opera desde hace miles de millones de años. Comenzó su proceso justo cuando se formó la Tierra y el sistema solar. Su origen se remonta a hace aproximadamente 4.5 mil millones de años, donde meteoritos portadores del mineral impactaron contra el planeta.

La litosfera contiene más del 99% del carbono global, siendo la mayoría de carácter inorgánico. Se almacena en depósitos de combustibles fósiles, rocas calizas y rocas sedimentarias. Hablando sobre una escala geológica, es un ciclo que se realiza entre la atmósfera, hidrosfera y litosfera.

¿Cómo ocurre el proceso?

El dióxido de carbono se combina con el agua para formar el ácido carbónico. Este genera una reacción lenta mediante el magnesio y alcanza la corteza terrestre para formar carbonato. A través de la lluvia y el viento, dichos carbonatos son llevados a los océanos, acumulándose en capas y siendo asimilados por organismos marinos.

Una vez que los organismos vivos mueren, los restos de carbono se depositan en el fondo del océano. El ciclo sigue una vez que las rocas sedimentarias son llevadas al manto de la Tierra por la subducción. En las rocas sedimentarias se someten a presiones muy elevadas y temperaturas altas para derretirse y liberar el dióxido de carbono.

El ciclo se complementa cuando las actividades volcánicas devuelven el CO2 a la atmósfera.

Ciclo del carbono en el cuerpo humano

El cuerpo humano juega un papel elemental en el ciclo biogeoquímico del carbono. Hay que recordar que somos parte de los organismos vivos que realizan la respiración, indispensable para el dióxido de carbono. Sin embargo, el impacto del ser humano va mucho más allá de su participación en el ciclo.

Desde hace décadas, la actividad humana ha causado modificaciones en el ciclo, cambiando varias funciones de sus componentes. La utilización de combustibles fósiles es la mayor influencia humana en este ciclo biogeoquímico.

¿Cómo afecta la actividad humana al ciclo del carbono?

Con el transcurso de los siglos, la pérdida de la biodiversidad se ha ido incrementando por el uso que da el ser humano al suelo. Como consecuencia, se disminuye la resiliencia de los ecosistemas ante los cambios de tensión ambiental, reduciendo la capacidad de remover el carbono de la atmósfera.

La deforestación y muerte de grandes bosques son cada vez más comunes para levantar estructuras urbanas, perjudicando la absorción de oxígeno y liberación del mismo. También hay que hablar sobre la contaminación del aire, que daña plantas y suelos, conduciendo a elevados índices de erosión.

¿Cuál es el impacto del ciclo del carbono en los ecosistemas?

El impacto puede variar en función de la región y de los procedimientos industriales que se realicen. Como ya mencionamos anteriormente, el ciclo biogeoquímico del carbono es indispensable para la vida en todos los sentidos. No obstante, dependiendo de cómo influye la humanidad en el proceso, se generan más o menos beneficios e inconvenientes.

Impacto en los océanos

La civilización humana afecta directamente al ciclo oceánico del carbono. Las tendencias del cambio climático influyen de forma notoria en las temperaturas de las aguas, modificando los ecosistemas. La contaminación produce lluvia ácida, cambiando la composición química de los mares y océanos.

Lamentablemente, esto ha causado efectos dramáticos en numerosos ecosistemas, especialmente en los más sensibles. Se disminuye la capacidad que tienen las aguas para absorber el carbono presente en la atmósfera.

Impactos positivos

Gran parte del dióxido de carbono regresa a la atmósfera como desechos. Es eliminado por la respiración vegetal, animal y humana, cumpliendo de esta manera el ciclo correctamente. Como resultado, se crea en todos los ecosistemas un ambiente completamente respirable y saludable.

Por otra parte, protege a todos los organismos vivos de la radiación de los rayos ultravioleta. Controla el clima y gradúa a temperatura, de forma que sea acorde a cada región del planeta.

Impactos negativos

El dióxido de carbono es un gas que tiene efecto invernadero, tal como explicamos recientemente. Cuando se utilizan inadecuadamente los depósitos minerales y los combustibles fósiles, el impacto es perjudicial para el ecosistema. El ser humano es el principal responsable del desequilibrio ambiental que ha sufrido el planeta.

Uno de los aspectos principales es la producción de ácido en los océanos. El exceso de carbono en la tierra fomenta el crecimiento de las plantas. Sin embargo, cuando está presente en el océano, el agua se vuelve más ácida, siendo un riesgo elevado para los ecosistemas marinos.

Resumen

El ciclo del carbono es primordial para que la vida sea posible en el planeta. Influye directamente en todo tipo de ecosistema, ya sea terrestre o marítimo. Es un proceso realmente complejo que requiere la interacción de diferentes organismos vivos y sustancias químicas.

Por lo tanto, cada uno de nosotros tiene la responsabilidad de cuidar lo mejor posible nuestro entorno y el medio ambiente. De este modo, podremos mantener nuestro planeta en buenas condiciones, con una máxima salud.