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El ciclo del carbono lento

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ciclo del carbono lento

En el ciclo lento, el carbono vuelve a la atmósfera por los volcanes y la quema de combustibles fósiles

A través de una serie de reacciones químicas y la actividad tectónica, el carbono tiene entre 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) gramos (10-100 millones de toneladas métricas) de carbono pasan a través del ciclo del carbono lento cada año. En comparación, las emisiones humanas de carbono a la atmósfera son del orden de 10(15) gramos, mientras que el ciclo del carbono rápido mueve de 10(16) a 10(17) gramos de carbono por año.

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

río San GabrielLos ríos llevan los iones de calcio, el resultado de la meteorización química de las rocas al océano, donde reacciona con el carbonato disuelto en el agua. El producto de esa reacción, el carbonato de calcio, se deposita en el fondo del océano, donde se convierte en la piedra caliza. (Fotografía ©2009 Greg Carley.)

En el océano, los iones de calcio se combinan con los iones de bicarbonato para formar carbonato de calcio, el ingrediente activo en los antiácidos y la sustancia de color blanco tiza que se seca en tu grifo, si vives en una zona con aguas duras. En el océano moderno, la mayoría del carbonato de calcio es producido por la construcción de conchas (calcificación) organismos (como los corales) y plancton (como cocolitóforos y foraminíferos). Después de que los organismos mueren, se hunden hasta el fondo del mar. Con el tiempo, las capas de los depósitos y los sedimentos se cementan juntos y se convierten en roca, almacenando el carbono en piedra caliza y sus derivados.

roca de marmol

La piedra caliza, o su prima metamórfica, el mármol, es una roca compuesta principalmente por carbonato de calcio. Estos tipos de rocas se forman a menudo de los cuerpos de plantas y animales marinos y sus conchas y esqueletos pueden ser preservadas como fósiles. El carbono encerrado en la piedra caliza se pueden almacenar para millones o incluso cientos de millones de años. (Fotografía © 2008 Rookuzz (HMM).)

Sólo el 80 por ciento de carbono que contiene la roca está hecho de esta manera. El 20 por ciento restante contiene carbono de los seres vivos (carbono orgánico) que se han incrustado en las capas de barro. El calor y la presión comprimen el barro y el carbono durante millones de años, formando rocas sedimentarias tales como pizarra. En casos especiales, cuando la materia vegetal muerta se acumula más rápido de lo que se puede descomponer, las capas de carbono orgánico son convertidas en petróleo, carbón o gas natural en lugar de rocas sedimentarias como la pizarra.

En el ciclo lento, el carbono vuelve a la atmósfera por los volcanes. La capa terrestre de la Tierra y la superficie del océano se asientan en varias placas tectónicas en movimiento. Cuando las placas chocan entre sí, una se hunde bajo la otra, y la roca que llevan se derrite bajo el intenso calor y presión. La roca se recombina con el calor en minerales de silicato, liberando dióxido de carbono.

veta de carbónEsta veta de carbón en Escocia fue originalmente una capa de sedimentos ricos en carbono orgánico. La capa sedimentaria fue enterrada con el tiempo bajo tierra, y el calor y la presión la transformaron en carbón. Los combustibles fósiles, carbón y otros son una fuente conveniente de energía, pero cuando se queman, el carbono almacenado se libera a la atmósfera. Esto altera el equilibrio del ciclo del carbono, y está cambiando el clima de la Tierra. (Fotografía © 2010 Sandchem.)

Cuando los volcanes entran en erupción, ventilan gases a la atmósfera y a la cubierta de la tierra con rocas de silicato nuevo para comenzar el ciclo otra vez. En la actualidad, los volcanes emiten entre 130 y 380 millones de toneladas métricas de dióxido de carbono por año. Por comparación, los seres humanos emiten cerca de 30 billones de toneladas de dióxido de carbono por año, 100-300 veces más que los volcanes, por la quema de combustibles fósiles.

volcán Kizimen

El carbono almacenado en las rocas naturalmente, vuelve a la atmósfera por los volcanes. En esta fotografía, del Volcán Kizimen en Rusia vemos respiraderos de cenizas y gases volcánicos en enero de 2011. El Kizimen se encuentra en la península de Kamchatka, donde la placa del Pacífico se subduce por debajo de Asia. (Fotografía ©2011 Artyom Bezotechestvo/Foto Kamchatka.)

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 en la actividad volcánica, por ejemplo, aumento de las temperaturas, producción de más lluvia, con lo que se disuelven más rocas, creando más iones que eventualmente depositan más carbono en el suelo marino. Se tarda unos pocos cientos de miles de años para equilibrar el ciclo del carbono lento a través de la meteorización química.

Sin embargo, el ciclo del carbono lento también contiene un componente un poco más rápido: el océano. En la superficie, donde el aire se reúne el agua, el gas de dióxido de carbono se disuelve y ventila en el océano en un constante intercambio con la atmósfera. Una vez en el océano, el gas de dióxido de carbono reacciona con las moléculas de agua para liberar el hidrógeno, por lo que el mar se hace más ácido. El hidrógeno reacciona con el carbonato de erosión de las rocas para producir iones de bicarbonato.

Antes de la era industrial, el dióxido de carbono en los océanos proveniente de la atmósfera estaba en equilibrio con el carbono del océano recibido durante la erosión de las rocas. Sin embargo, dado que las concentraciones de carbono en la atmósfera han aumentado, el océano tiene ahora más carbono de la atmósfera del que emite. Durante milenios, el océano absorbe hasta un 85 por ciento del carbono extra que las personas han puesto a la atmósfera por la quema de combustibles fósiles, pero el proceso es lento, ya que está ligado a la circulación del agua desde la superficie del mar en sus profundidades.

Mientras tanto, los vientos, corrientes, temperatura controlan la velocidad a la que el océano devuelve el dióxido de carbono de la atmósfera. (Ver balance de carbono del océano en el Observatorio de la Tierra.) Es probable que los cambios en las temperaturas oceánicas y corrientes ayudaran a eliminar el carbono y luego restaurar el carbono a la atmósfera durante los pocos miles de años en los que comenzó y terminó la edad de hielo.

Serie El Ciclo del Carbono

Original: By Holli Riebeek
Diseño: Robert Simmon
NASA Earth Observatory