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Ecología

El ciclo global del carbono

La Tierra ha tardado millones de años en lograr un balance perfecto del ciclo del carbono, pero ahora lo hemos desequilibrado, produciendo un aumento en la temperatura del planeta y la acidez de los océanos. Tenemos la tecnología necesaria para lograr revertir el proceso y por eso es nuestro deber rescatar el equilibrio.

Texto y fotos: Javier Pinzón

El carbono es pieza fundamental en la existencia de los seres vivos, porque es el componente básico de la vida. Esto se debe a su sorprendente capacidad de unirse a otros compuestos para formar elementos indispensables, como azúcares, almidones, grasas y proteínas. Así, representa aproximadamente la mitad del total de la masa seca de los seres vivos. La Tierra, que es un maravilloso sistema, también es un enorme reservorio de carbono. Ella lo preserva en la atmósfera, los suelos, los océanos y la corteza terrestre; el movimiento de carbón entre estos depósitos se denomina flujo.

Pero antes de hablar del ciclo del carbón y sus sumideros, empecemos desde el principio. Devolvámonos 3.800 millones de años, después de la lluvia de meteoritos y cuerpos rocosos que cayeron del espacio, cuando la superficie de la Tierra se enfrió y solidificó. El vapor de agua en la atmósfera se condensó y cayó como lluvia, creando los océanos. Como el sol era más oscuro, nuestro planeta recibía menos radiación solar; por esta razón la superficie terrestre debería haber estado muy por debajo del punto de congelación, demasiado fría para la vida. Sin embargo, la evidencia muestra lo contrario: había agua líquida y las primeras formas de vida comenzaron a aparecer apenas unos años después, hace 3.500 millones de años.

¿Cómo fue posible? Gracias, en primer lugar, a los gases de efecto invernadero: los volcanes emitieron CO2 como un subproducto del calentamiento dentro de la corteza terrestre. Pero en lugar de desarrollar un efecto invernadero desbocado, como el de Venus, las temperaturas de la Tierra se mantuvieron dentro de un rango moderado gracias a lo que conocemos como “ciclo del carbono”: se añade a la atmósfera cuando se necesita y se elimina cuando es excesivo, guardándolo en los “sumideros de carbono”. Si  las fuentes de carbono son iguales a los sumideros, se puede decir que el ciclo del carbono está en equilibrio y no hay cambio en el tamaño de las piscinas con el tiempo. Mantener una cantidad constante de CO2 en la atmósfera ayuda a conservar temperaturas medias estables a escala global.

Estudiar este ciclo es una tarea muy compleja, ya que incluye las plantas, los animales y los microbios, cada hoja que hace fotosíntesis y cada árbol caído, cada océano, lago, estanque y charco, cada suelo, sedimento y roca carbonatada, cada aliento de aire fresco, las erupciones volcánicas y las burbujas que se elevan a la superficie de un pantano, entre muchos otros factores. Para comprenderlo, los científicos se centraron en procesos a escala global, los depósitos de carbono y los flujos más importantes entre estos depósitos.

Depósitos de carbón

Los depósitos de carbono de la Tierra se pueden agrupar en varias categorías, cuatro de las cuales tienen la mayor relevancia para el ciclo general del carbono.

La corteza terrestre: es aquí donde está la mayor cantidad de carbono almacenado en las rocas sedimentarias, que se produjeron por el endurecimiento del lodo (que contiene materia orgánica) durante el tiempo geológico. El calor y la presión comprimen el lodo y el carbono durante millones de años, formando rocas sedimentarias como la pizarra. En casos especiales, cuando la materia vegetal muerta se acumula más rápido de lo que puede descomponerse, las capas de carbono orgánico se convierten en petróleo, carbón o gas natural en lugar de rocas sedimentarias. Juntas, todas las rocas sedimentarias de la Tierra almacenan 100.000.000 petagramos de carbono (PgC). Considerando que un Pg es igual a un billón de kilogramos, esto es claramente una gran masa de carbono. Otros 4.000 PgC se almacenan en la corteza terrestre como hidrocarburos que se formaron durante millones de años a partir de organismos vivos.

Océanos: en los océanos hay 38.000 PgC inorgánicos, que se almacenan a grandes profundidades donde se quedan por largos periodos de tiempo. Hay otros 1.000 PgC en la superficie de los océanos, que se intercambian rápidamente con la atmósfera mediante procesos físicos.

Atmósfera: en ella encontramos unos 750 PgC, la mayoría en forma de CO2. A pesar de ser menor el contenido que en los océanos y la corteza terrestre, este carbón cumple una función muy importante en mantener el efecto invernadero y el clima. Debido a su escasa cantidad, es más sensible a cambios dentro del ciclo. Ahora estamos observando estos cambios, pues se estima que antes de la quema de combustibles fósiles y la deforestación el contenido en la atmósfera era de unos 560 PgC. Este aumento es una de las causas del calentamiento global.

Ecosistemas terrestres: aquí se encuentra el carbono en forma de plantas, animales, suelos y microorganismos. A diferencia de la corteza terrestre y los océanos, la mayoría del carbón en los ecosistemas terrestres existe en forma orgánica; es decir en compuestos producidos por los seres vivos, incluyendo hojas, madera, raíces, material vegetal en descomposición y la materia orgánica de los suelos. El total de carbono almacenado en las plantas es aproximadamente 560 PgC, siendo la madera de los árboles el mayor contenedor, y se estima que hay 1.500 PgC en los suelos del mundo.

Flujos del carbón

Este proceso es la transferencia de carbono de un grupo a otro. A menudo un solo grupo de carbón puede tener varios flujos que agregan y eliminan carbono de forma simultánea.

Procesos geológicos: estos representan un control importante en el ciclo del carbón a escalas de tiempo de cientos de millones de años. Esto incluye la formación de rocas sedimentarias, la erosión y las erupciones volcánicas. Al final, el carbón que estaba en los organismos vivos se convierte en rocas sedimentarias, que continúan moviéndose por medio de la tectónica de placas que las envía a las profundidades de la corteza terrestre, donde eventualmente gracias a las erupciones volcánicas volverán a la atmósfera en forma de carbón. Estos flujos, que ocurren con mucha lentitud, han permitido la vida en el planeta, debido a que el carbón no se queda atrapado en las rocas, sino que vuelve a la atmósfera.

Fotosíntesis: durante este proceso, las plantas usan la energía del sol para combinar CO2 de la atmósfera con agua del suelo. El resultado son los carbohidratos de los cuales se alimentan las plantas. Es de esta manera que el CO2 se transfiere de la atmósfera y se almacena en las plantas. Se estima que la fotosíntesis elimina 120 PgC anuales de la atmósfera, pero debido a que muchas plantas, como los árboles, tienen un tiempo de vida muy largo, estas pueden almacenar el carbón durante largos periodos de tiempo, así que se estima que almacenan alrededor de 610 PgC.

Respiración de las plantas: medianteel proceso de respiración, las plantas liberan 60 PgC anuales a la atmósfera. Esto ocurre cuando usan los carbohidratos fabricados durante la fotosíntesis para obtener energía.

Caída de hojas: las plantas vivas eliminan una parte de sus hojas, raíces y ramas cada año. Debido a que todas las partes de las plantas son de carbón, la pérdida de estas partes en el suelo es una transferencia de carbón de la planta al suelo, mediante el proceso de descomposición.

Respiración del suelo: la liberación de CO2 por la respiración no es exclusiva de las plantas, pues todos los organismos lo hacen, incluidos los seres microscópicos que viven en el suelo. Cuando la materia orgánica muerta es descompuesta (consumida por bacterias y hongos), se libera CO2 en la atmósfera a una tasa promedio de alrededor de 60 PgC anuales a escala mundial.

Intercambio océano-atmósfera: el carbono inorgánico se absorbe y libera en la superficie de los océanos y el aire circundante. En este proceso el CO2 reacciona con el agua, formando el ácido carbónico (los océanos se están acidificando debido a la gran cantidad de CO2 que absorben), cuyo anión es el carbonato. Este último es de suma importancia para organismos marinos como los corales y moluscos, que lo usan en la formación de sus conchas. El carbón también es reciclado por la fotosíntesis, respiración y descomposición de las plantas acuáticas.

Combustión de combustibles fósiles y cambio de la cubierta terrestre: estos flujos creados por el hombre son la principal fuente de desequilibrio en el sistema. El uso de combustibles fósiles capturados durante millones de años en la corteza terrestre (como carbón, petróleo y gas natural, cuyo subproducto es el CO2) ha aumentado de forma desproporcionada el flujo de CO2 a la atmósfera en un promedio de 6 a 8 PgC al año. Así mismo la deforestación ha liberado a la atmósfera alrededor de 1,5 PgC anuales, aumentando el desequilibrio del ciclo.

Ha tomado millones de años llegar a tener un balance perfecto de este ciclo, el cual ha permitido el florecimiento de la vida en nuestro planeta. Ahora nosotros lo hemos desequilibrado, produciendo un aumento en la temperatura del planeta y la acidez de los océanos; por eso es nuestro deber reencontrar el equilibrio. Tenemos las tecnologías y el poder para lograrlo; solo falta una mayor voluntad para realizar este cambio, no solo de los países, sino de cada individuo en este planeta. Reciclar, usar menos el auto, reforestar, utilizar energías limpias… cada paso que demos, sin importar lo pequeño que parezca, multiplicado por los millones de personas que vivimos en el planeta, sería como dar uno gigante hacia el equilibrio.