Ciencia

El ciclo de carbono: una lección para aprender

CIENCIA CICLO DE CARBONO

El carbono es la columna vertebral de la vida en la Tierra. Estamos hechos de carbono,  comemos carbono y nuestras civilizaciones -nuestras economías, nuestros hogares, nuestros medios de transporte- se basan en carbono. Necesitamos de carbono, pero esa necesidad también se entrelaza con uno de los problemas más graves que enfrentamos hoy: el cambio climático global.

Forjado en el corazón de antiguas estrellas, el carbono es el cuarto elemento más abundante en el Universo. La mayor parte del carbono de la Tierra -unas 65.500 millones de toneladas métricas- se almacena en las rocas. El resto está en el océano, la atmósfera, las plantas, el suelo y los combustibles fósiles.

Los flujos de carbono que se intercambian los distintos depósitos se denomina el ciclo del carbono, que tiene componentes lentos y rápidos. Cualquier cambio en el ciclo que altera la salida de carbono de uno de los depósitos pone más carbono en el resto de los reservorios. Los cambios que ponen más gases de carbono en la atmósfera aumentan las temperaturas de la Tierra.

A largo plazo, el ciclo del carbono parece mantener un equilibrio que evita que todo el carbono de la Tierra entre en la atmósfera (como sí pasa en Venus) o quede totalmente almacenado en las rocas. Este equilibrio ayuda a mantener la temperatura de la Tierra relativamente estable, como un termostato.

Este termostato ha funcionado a través de unos cien mil años, como parte del ciclo lento del carbono. Esto significa que por cortos períodos de tiempo -de decenas a cientos de miles de años- la temperatura de la Tierra puede variar. Y, de hecho, la Tierra oscila entre las edades de hielo y períodos interglaciales más cálidos en esas escalas de tiempo. Partes del ciclo del carbono pueden incluso ampliar estos cambios de temperatura a corto plazo.

En escalas de tiempo muy largas (de millones a decenas de millones de años), el movimiento de las placas tectónicas y los cambios en la tasa a la cual el carbono se filtra desde el interior de la Tierra puede cambiar la temperatura en el termostato. La Tierra ha sufrido un cambio tal en los últimos 50 millones de años, desde climas extremadamente cálidos del Cretácico (hace entre aproximadamente 145 a 65 millones de años) a los climas glaciales del Pleistoceno (hace entre 1,8 millones y 11.500 años).

El ciclo del carbono lento

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A través de una serie de reacciones químicas y de la actividad tectónica, el carbono se toma 100-200 millones de años para moverse entre las rocas, el suelo, el océano y la atmósfera en el ciclo del carbono lento.

En promedio, de 10 13  a 10 14 (10 a 100 millones de toneladas métricas) de carbono se mueven a través del ciclo lento cada año. En comparación, las emisiones humanas de carbono a la atmósfera son del orden de 10 15 gramos, mientras que el ciclo rápido de carbono mueve de 10 16 a 10 17 gramos de carbono por año.

El movimiento de carbono de la atmósfera a la litosfera (rocas) comienza con la lluvia. El carbono de la atmósfera se combina con agua para formar un ácido débil que cae a la superficie en la lluvia. El ácido disuelve rocas -un proceso llamado química de calcio a la intemperie-y libera magnesio, potasio o iones de sodio. Los ríos llevan los iones hacia el océano.

En el océano, los iones de calcio se combinan con iones de bicarbonato para formar carbonato de calcio, el ingrediente activo de los antiácidos y la sustancia de color blanco tiza que se seca en el grifo, si usted vive en una zona con aguas duras. En el actual océano, la mayor parte del carbonato de calcio está formado por la formación de conchas (calcificación), organismos (como los corales) y plancton (como cocolitóforos y foraminíferos). Después de que los organismos mueren, se hunden hasta el fondo marino. Con el tiempo, las capas de conchas y sedimentos se cementan juntos y se vuelven roca que almacena carbono en piedra caliza y sus derivados.

Sólo el 80 por ciento de rocas que contienen carbono está hechas de esta manera. El 20 por ciento restante contiene carbono de seres vivos (carbono orgánico) que han quedado incrustadas en capas de barro. El calor y la presión comprimen el barro y el carbono a lo largo de millones de años formando rocas sedimentarias como la pizarra. En casos especiales, cuando la materia vegetal muerta se acumula más rápidamente de lo que puede decaer, las capas de carbón orgánico se vuelven aceite, carbón o gas natural en lugar de rocas sedimentarias como el esquisto.

El ciclo lento devuelve carbono a la atmósfera a través de los volcanes. Las superficies terrestres y oceánicas de la Tierra se asientan en varias placas tectónicas en movimiento. Cuando las placas chocan, se hunde una debajo de la otra y la roca se funde bajo presión y calor extremo. La roca se calienta recombina en minerales de silicato y liberan dióxido de carbono.

Cuando los volcanes entran en erupción, ventilan el gas a la atmósfera y cubren la tierra con silicato de roca fresca para comenzar el ciclo de nuevo. En la actualidad, los volcanes emiten entre 130 y 380 millones de toneladas métricas de dióxido de carbono por año. A modo de comparación, los humanos emiten cerca de 30 mil millones de toneladas de dióxido de carbono por año -entre 100 y 300 veces más que los volcanes- por la quema de combustibles fósiles.

La química regula esta danza entre el océano, la tierra y la atmósfera. Si el dióxido de carbono se eleva en la atmósfera debido a un aumento de la actividad volcánica, por ejemplo, la temperatura aumenta, dando lugar a más lluvia, que se disuelve en las rocas, creando más iones que finalmente depositan más carbono en el suelo marino. Lleva unos pocos cientos de miles de años en equilibrar el ciclo del carbono lento a través de la meteorización química.

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