Ciclo del carbono

El ciclo del carbono es el ciclo por el cual el carbono se mueve a través de los diversos sistemas de nuestra Tierra. El ciclo del carbono está influenciado por los seres vivos, los cambios atmosféricos, la química del océano y la actividad geológica forman parte de este ciclo. Los niveles de carbono están en su punto más alto, en gran parte debido a las actividades humanas.

Resumen del ciclo del carbono

El carbono es un elemento esencial para la vida tal como la conocemos debido a su capacidad para formar enlaces múltiples y estables con otras moléculas. Esta es la razón por la que los nucleótidos, los aminoácidos, los azúcares y los lípidos dependen de las cadenas principales del carbono: el carbono proporciona una estructura estable que permite que suceda la química de la vida. Sin carbono, ninguna de estas moléculas podría existir y funcionar de la manera que permite que ocurra la química de la vida.

El siguiente gráfico ilustra algunas formas comunes en las que el carbono se mueve a través del ecosistema:

Ciclo del carbono en los bosques de Olympic

Como gas, el carbono toma principalmente la forma de dióxido de carbono. Los organismos liberan dióxido de carbono a medida que lo descomponen la glucosa. Los organismos autótrofos como las plantas utilizan dióxido de carbono y luz solar para crear glucosa. Sin embargo, el dióxido de carbono también se libera por la materia orgánica en descomposición, los procesos geológicos y la quema de combustibles fósiles. El exceso de dióxido de carbono es absorbido en gran medida por el océano, lo que conduce a la acidificación del océano y puede haber sido responsable de varias extinciones masivas.

Pasos del ciclo del carbono

Carbono en la Atmósfera

Para formar parte del ciclo del carbono, los átomos de carbono comienzan en forma gaseosa. El gas de dióxido de carbono (CO 2 ) puede producirse mediante procesos inorgánicos o mediante el metabolismo de los seres vivos.

Antes de que la Tierra tuviera vida, el gas de dióxido de carbono probablemente provenía de la actividad volcánica y los impactos de asteroides. Hoy en día, el carbono también se libera a la atmósfera a través de las actividades de los seres vivos, como las exhalaciones de los animales, las acciones de los organismos descomponedores y la quema de madera y combustibles fósiles por parte de los humanos.

Independientemente de cómo el dióxido de carbono llegue a la atmósfera, el gas CO 2 es el punto de partida del ciclo del carbono. El siguiente paso es …

Los productores absorben carbono

Los “ productores ”, organismos que producen alimentos a partir de la luz solar, como las plantas, absorben dióxido de carbono de la atmósfera y lo utilizan para producir azúcares, lípidos, proteínas y otros componentes esenciales de la vida.

En el caso de las plantas, el CO 2 se absorbe a través de los poros de sus hojas llamados “estomas”. El dióxido de carbono ingresa a la planta a través de los estomas y se incorpora a los compuestos de carbono que contienen con la ayuda de la energía de la luz solar. Las plantas y otros organismos productores como las cianobacterias son cruciales para la vida en la Tierra porque pueden convertir el carbono atmosférico en materia viva. Próximo…

Los productores se comen

Los ” consumidores ” son organismos que se alimentan de otros seres vivos. Los animales son el tipo de consumidor más visible en nuestros ecosistemas, aunque muchos tipos de microbios también entran en esta categoría.

Los consumidores incorporan compuestos de carbono de plantas y otras fuentes de alimentos cuando los comen. Usan algunos de estos compuestos de carbono de los alimentos para construir sus propios cuerpos, pero gran parte de los alimentos que consumen se descomponen para liberar energía, en un proceso que es casi lo contrario de lo que hacen los productores.

Mientras que los productores utilizan la energía de la luz solar para crear enlaces entre los átomos de carbono, los animales rompen estos enlaces para liberar la energía que contienen y, en última instancia, convierten los azúcares, lípidos y otros compuestos de carbono en unidades de un solo carbono. Estos finalmente se liberan a la atmósfera en forma de CO 2 .

Pero, ¿qué pasa con los compuestos de carbono que los animales no comen ni descomponen?

Los descomponedores liberan carbono

Las plantas y los animales que mueren sin ser devorados por otros animales son degradados por otros organismos, llamados “descomponedores”. Los descomponedores incluyen muchas bacterias y algunos hongosPor lo general, solo descomponen la materia que ya está muerta, en lugar de atrapar y comer un animal o una planta vivos.

Al igual que los animales, los descomponedores rompen los enlaces químicos en las moléculas de sus alimentos. Crean muchos productos químicos, incluido en algunos casos CO 2 .

Actividades humanas

Recientemente, los humanos han realizado grandes cambios en el ciclo del carbono de la Tierra. Al quemar grandes cantidades de combustibles fósiles y talar aproximadamente la mitad de los bosques de la Tierra, los seres humanos han disminuido la capacidad de la Tierra para extraer carbono de la atmósfera, mientras liberan grandes cantidades de carbono a la atmósfera que se habían almacenado en forma sólida como materia vegetal. y combustibles fósiles.

Esto significa más dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra, lo cual es particularmente peligroso ya que el dióxido de carbono es un “gas de efecto invernadero” que juega un papel en la regulación de la temperatura y los patrones climáticos de la Tierra.

La comunidad científica ha dado la alarma de que al realizar cambios significativos en el ciclo del carbono de la Tierra, podemos terminar cambiando nuestro clima u otros aspectos importantes del ecosistema del que dependemos para sobrevivir. Como resultado, muchos científicos abogan por disminuir la cantidad de carbono quemado por los seres humanos al reducir el uso de automóviles y el consumo de electricidad, y abogan por invertir en fuentes de energía que no queman como la energía solar y la energía eólica.

Diagrama del ciclo del carbono
Diagrama del ciclo del carbono

Ejemplos del ciclo del carbono

El ciclo del carbono consta de muchos sistemas paralelos que pueden absorber o liberar carbono. Juntos, estos sistemas funcionan para mantener el ciclo del carbono de la Tierra, y posteriormente su clima y biosfera, relativamente estables. A continuación se muestran algunos ejemplos de partes de los ecosistemas de la Tierra que pueden absorber carbono, convertir el carbono en materia viva o devolver carbono a la atmósfera.

Atmósfera

Un depósito importante de carbono es el dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra. El carbono forma una molécula gaseosa estable en combinación con dos átomos de oxígeno. En la naturaleza, este gas es liberado por la actividad volcánica y por la respiración de los animales que unen moléculas de carbono de los alimentos que ingieren a moléculas de oxígeno antes de exhalarlo.

El dióxido de carbono puede ser eliminado de la atmósfera por las plantas, que toman el carbono atmosférico y lo convierten en azúcares, proteínas, lípidos y otras moléculas esenciales para la vida. También se puede eliminar de la atmósfera por absorción en el océano, cuyas moléculas de agua pueden unirse con el dióxido de carbono para formar ácido carbónico.

Litosfera

La corteza terrestre, llamada “litosfera” de la palabra griega “litho” para “piedra” y “esfera” para globo, también puede liberar dióxido de carbono a la atmósfera terrestre. Este gas puede ser creado por reacciones químicas en la corteza y el manto de la Tierra.

La actividad volcánica puede resultar en liberaciones naturales de dióxido de carbono. Algunos científicos creen que la actividad volcánica generalizada puede ser la culpable del calentamiento de la Tierra que causó la extinción del Pérmico .

Si bien la corteza terrestre puede agregar carbono a la atmósfera, también puede eliminarlo. Los movimientos de la corteza terrestre pueden enterrar sustancias químicas que contienen carbono, como plantas y animales muertos, en las profundidades del subsuelo, donde su carbono no puede volver a escapar a la atmósfera. Durante millones de años, estos depósitos subterráneos de materia orgánica se licúan y se convierten en carbón, petróleo y gasolina. En los últimos años, los seres humanos han comenzado a liberar gran parte de este carbono secuestrado a la atmósfera al quemar estos materiales para impulsar automóviles, plantas de energía y otros equipos humanos.

Biosfera

Entre los seres vivos, algunos eliminan el carbono de la atmósfera, mientras que otros lo liberan. Los participantes más notables de este sistema son las plantas y los animales.

Las plantas eliminan el carbono de la atmósfera. No hacen esto como un acto de caridad; El carbono atmosférico es en realidad el “alimento” que las plantas utilizan para producir azúcares, proteínas, lípidos y otras moléculas esenciales para la vida. Las plantas usan la energía de la luz solar, recolectada a través de la fotosíntesis, para construir estos compuestos orgánicos a partir del dióxido de carbono y otros oligoelementos. De hecho, el término “fotosíntesis” proviene de las palabras griegas “foto” para “luz” y “síntesis” para “juntar”.

En un conjunto de reacciones químicas elegantemente equilibradas, los animales comen plantas (y otros animales) y vuelven a separar estas moléculas sintetizadas. Los animales obtienen su combustible de la energía química que las plantas han almacenado en los enlaces entre los átomos de carbono y otros átomos durante la fotosíntesis. Para hacer eso, las células animales disuelven moléculas complejas como azúcares, grasas y proteínas hasta llegar a unidades de un solo carbono: moléculas de dióxido de carbono, que se producen al reaccionar moléculas de alimentos que contienen carbono con oxígeno del aire.

Océanos

Los océanos de la Tierra tienen la capacidad de absorber y liberar dióxido de carbono. Cuando el dióxido de carbono de la atmósfera entra en contacto con el agua del océano, puede reaccionar con las moléculas de agua para formar ácido carbónico, una forma líquida disuelta de carbono.

Cuando hay más ácido carbónico en el océano en comparación con el dióxido de carbono en la atmósfera, algo de ácido carbónico puede liberarse a la atmósfera en forma de dióxido de carbono. Por otro lado, cuando hay más dióxido de carbono en la atmósfera, más dióxido de carbono se convertirá en ácido carbónico y aumentarán los niveles de acidez del océano.

Algunos científicos han expresado su preocupación por el aumento de la acidez en algunas partes del océano, posiblemente como resultado del aumento de dióxido de carbono en la atmósfera debido a la actividad humana. Aunque estos cambios en la acidez del océano pueden parecer pequeños para los estándares humanos, muchos tipos de vida marina dependen de reacciones químicas que necesitan un nivel de acidez muy específico para sobrevivir. De hecho, la acidificación de los océanos actualmente está matando a muchas comunidades de arrecifes de coral.

¿Por qué es importante el ciclo del carbono?

El ciclo del carbono, en circunstancias normales, trabaja para asegurar la estabilidad de variables como la atmósfera terrestre, la acidez del océano y la disponibilidad de carbono para su uso por los seres vivos. Cada uno de sus componentes es de crucial importancia para la salud de todos los seres vivos, especialmente los humanos, que dependen de muchos cultivos alimentarios y animales para alimentar a nuestra gran población.

El dióxido de carbono en la atmósfera evita que el calor del sol se escape al espacio, muy parecido a las paredes de vidrio de un invernadero. Esto no siempre es malo: algo de dióxido de carbono en la atmósfera es bueno para mantener la Tierra caliente y su temperatura estable.

Pero la Tierra ha experimentado ciclos de calentamiento catastróficos en el pasado, como la extinción del Pérmico, que se cree que fue causada por un aumento drástico en el nivel de gases de efecto invernadero en la atmósfera. Nadie está seguro de qué causó el cambio que provocó la extinción del Pérmico. Pero, los gases de efecto invernadero pueden haber sido agregados a la atmósfera por el impacto de un asteroide, actividad volcánica o incluso incendios forestales masivos.

Cualquiera sea la causa, durante este episodio de calentamiento las temperaturas aumentaron drásticamente. Gran parte de la Tierra se convirtió en desierto y más del 90% de todas las especies que vivían en ese momento se extinguieron. Este es un buen ejemplo de lo que puede suceder si los ciclos esenciales de nuestro planeta experimentan un gran cambio.

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