updated 1:55 AM CET, Dec 5, 2016

Efectos de los cambios del ciclo del carbono

Ratio: 5 / 5

Inicio activadoInicio activadoInicio activadoInicio activadoInicio activado
 

blanqueamiento de coral en un arrecife

La acidificación de los océanos afecta a los organismos marinos de dos maneras

Un aumento del CO2 podría aumentar el crecimiento soló de unas pocas especies de plantas y fitoplancton del océano

Todo el carbono extra tiene que ir a alguna parte. Hasta ahora, las plantas de la tierra y el mar han recogido alrededor del 55 por ciento del carbono extra que la gente hemos puesto en la atmósfera, mientras que el 45 por ciento se ha quedado en la atmósfera. Con el tiempo, la tierra y los océanos recogen la mayor parte del dióxido de carbono extra, pero hasta un 20 por ciento puede permanecer en la atmósfera durante miles de años.

El impacto de los cambios en el ciclo del carbono de cada reservorio: El exceso de carbono en la atmósfera calienta el planeta y ayuda a las plantas en la tierra a crecer más. El exceso de carbono en el océano hace el agua más ácida, poniendo en peligro la vida marina.

Atmósfera

Es significativo que tanto dióxido de carbono permanezca en la atmósfera porque el CO2 es el gas más importante para controlar la temperatura de la Tierra. El dióxido de carbono, el metano y los halocarbonos son gases de efecto invernadero que absorben una amplia gama de energía, incluyendo energía infrarroja (calor) emitida por la Tierra -y que luego se re-emite. La energía re-emitida viaja en todas direcciones, pero alguna regresa a la Tierra, donde calienta la superficie. Sin los gases de efecto invernadero, la Tierra estaría congelada -18 grados Celsius (0 grados Fahrenheit). Con gases de efecto invernadero de más, la Tierra sería como Venus, donde el efecto de los gases en la atmósfera mantiene la temperatura alrededor de 400 grados Celsius (750 Fahrenheit).

Debido a que los científicos saben que las longitudes de onda de energía que absorbe cada gas de efecto invernadero, y la concentración de los gases en la atmósfera, pueden calcular la cantidad de cada gas que contribuye al calentamiento del planeta. El dióxido de carbono provoca alrededor del 20 por ciento del efecto invernadero de la Tierra, la cantidad de vapor de agua alrededor del 50 por ciento, y las nubes el 25 por ciento. El resto es causado por pequeñas partículas (aerosoles) y otros gases de efecto invernadero como el metano.

nubes y avión en el cielo

Las crecientes concentraciones de dióxido de carbono están calentando la atmósfera. El aumento de la temperatura resulta en mayores índices de evaporación y un ambiente más húmedo, lo que conduce a un círculo vicioso de un mayor calentamiento. (Fotografía © 2011 Patrick Wilken.)

Las concentraciones de vapor de agua en el aire son controladas por la temperatura de la Tierra. Con temperaturas más cálidas se evapora más agua de los océanos, se amplían las masas de aire y da lugar a una humedad más alta. El enfriamiento provoca que el vapor de agua se condense y caiga en forma de lluvia, aguanieve o nieve.

El dióxido de carbono, por el contrario, sigue siendo un gas con una amplia gama de temperaturas de la atmósfera que el agua. Las moléculas de dióxido de carbono proporcionan el efecto invernadero inicial necesario para mantener las concentraciones de vapor de agua. Cuando las concentraciones de dióxido de carbono disminuyen, la Tierra se enfría, parte del vapor de agua cae de la atmósfera y el calentamiento de efecto invernadero causado por el vapor de agua disminuye. Del mismo modo, cuando las concentraciones de dióxido de carbono aumentan, la temperatura del aire sube, y se evapora más vapor de agua a la atmósfera, que a su vez amplifica el efecto invernadero.

Así, mientras que el dióxido de carbono contribuye menos al efecto invernadero global que el vapor de agua, los científicos han encontrado que el dióxido de carbono es el gas que se establece la temperatura. El dióxido de carbono controla la cantidad de vapor de agua en la atmósfera y por lo tanto el tamaño del efecto invernadero.

El aumento de las concentraciones de dióxido de carbono ya están causando que el planeta se caliente. Al mismo tiempo que han aumentado los gases de efecto invernadero, las temperaturas medias globales han aumentado 0,8 grados Celsius (1,4 grados Fahrenheit) desde 1880.

medidas de dióxido de carbono e el volcán Mauna Loa

Con el ciclo estacional eliminado, la concentración de dióxido de carbono atmosférico medido en el volcán Mauna Loa, en Hawaii, muestra un aumento constante desde 1957. Al mismo tiempo, las temperaturas medias mundiales están aumentando como resultado del calor atrapado por el CO2 adicional y el aumento de la concentración de vapor de agua. (Gráficos por Robert Simmon, utilizando los datos de CO2 del Laboratorio de Investigación del Sistema Tierra de la NOAA y los datos de temperatura desde el Instituto Goddard de Estudios Espaciales.)

Este aumento de la temperatura no es el calentamiento que se ve sobre la base de las actuales concentraciones de dióxido de carbono. El calentamiento de efecto invernadero no se produce de inmediato debido a que el océano absorbe el calor. Esto significa que la temperatura del planeta aumentará por lo menos otros 0,6 grados Celsius (1 grado Fahrenheit), ya que el dióxido de carbono queda en la atmósfera. El grado en que las temperaturas suban más allá de eso depende en parte de cuánto carbono liberen más los seres humanos a la atmósfera en el futuro.

Océano

Alrededor del 30 por ciento del dióxido de carbono que emite la gente a la atmósfera se disuelve en el océano a través del intercambio químico directo. La disolución de dióxido de carbono en el océano crea el ácido carbónico, lo que aumenta la acidez del agua. O más bien, un mar ligeramente alcalino se vuelve un poco menos alcalino. Desde 1750, el pH de la superficie del océano ha disminuido en un 0,1, un cambio del 30 por ciento de acidez.

La acidificación de los océanos afecta a los organismos marinos de dos maneras. En primer lugar, el ácido carbónico reacciona con los iones de carbonato en el agua para formar bicarbonato. Sin embargo, los iones de carbonato son lo mismo que usan los animales marinos y los corales para la construcción de sus conchas de carbonato de calcio. Con menos carbonato disponible, los animales necesitan gastar más energía para construir sus conchas. Como resultado, las conchas llegan a ser más delgada y más frágiles.

plataforma petrolera en Santa Bárbara

Algunos de los excedentes de CO2 emitidos por las actividades humanas se disuelven en el océano, convirtiéndose en ácido carbónico. El aumento de dióxido de carbono no sólo se hace océanos más cálidos, sino también océanos más ácidos. (Fotografía © 2010 Way Out West News.)

En segundo lugar, el agua más ácida disuelve mejor el carbonato de calcio. A la larga, esta reacción le permitirá al océano absorber el exceso de dióxido de carbono, porque el agua más ácida disolverá más piedra, liberará más iones de carbonato y aumentará la capacidad del océano de absorber dióxido de carbono. En el ínterin, sin embargo, el agua más ácida disuelve las conchas de carbonato de organismos marinos, que los produce más debilidad en sus conchas.

La temperatura de los océanos -producto de los gases de efecto invernadero- también podría disminuir el efecto de la abundancia de fitoplancton, que crece mejor en un lugar frío, aguas ricas en nutrientes. Esto podría limitar la capacidad del océano para absorber el carbono de la atmósfera a través del ciclo del carbono rápido.

Por otro lado, el dióxido de carbono es esencial para las plantas y el crecimiento del fitoplancton. Un aumento del dióxido de carbono podría aumentar el crecimiento mediante la fertilización de unas pocas especies de plantas y fitoplancton del océano (como las algas marinas) que toman el dióxido de carbono directamente del agua. Sin embargo, la mayoría de las especies no son ayudadas por la mayor disponibilidad de dióxido de carbono.

Tierra

Las plantas terrestres han absorbido aproximadamente un 25 por ciento del dióxido de carbono que los seres humanos han puesto en la atmósfera. La cantidad de carbono que las plantas toman varía mucho de año en año, pero en general, las plantas del mundo han aumentado la cantidad de dióxido de carbono que absorben desde 1960. Sólo parte de este aumento se produjo como consecuencia directa de las emisiones de combustibles fósiles.

Con más dióxido de carbono en la atmósfera disponible para convertir materia vegetal en la fotosíntesis, las plantas serán capaces de crecer más. Este mayor crecimiento se conoce como la fertilización de carbono. Los modelos predicen que las plantas podrían crecer entre un 12 y un 76 por ciento más si el dióxido de carbono atmosférico se duplica, siempre y cuando ninguna otra cosa, como la escasez de agua, las límite su crecimiento. Sin embargo, los científicos no saben la cantidad de dióxido de carbono necesario para un mayor crecimiento de las plantas en el mundo real, ya que las plantas necesitan más que el dióxido de carbono para crecer.

Las plantas también necesitan agua, luz y nutrientes, especialmente nitrógeno. Si una planta no tiene una de estas cosas, no va a crecer independientemente de la abundancia de las otras necesidades. Hay un límite a la cantidad de carbono que las plantas pueden sacar de la atmósfera, y ese límite varía de región a región. Hasta el momento, parece que la fertilización por dióxido de carbono  aumenta el crecimiento de la planta hasta que la planta llega a un límite en la cantidad de agua o nitrógeno disponible.

granja abandonada y bosque

Los cambios en la cobertura de la tierra, convierte a los bosques en campos y los campos convertidos en bosques tienen un efecto correspondiente en el ciclo del carbono. En algunos países del hemisferio norte, muchas fincas fueron abandonadas en el siglo XX y la tierra volvió a los bosques. Como resultado, el carbono que se extrae de la atmósfera es almacenado por los árboles en la tierra. (Fotografía © 2007 Kadribegic Husein.)

Algunos de los cambios en la absorción de carbono son el resultado de las decisiones de uso de la tierra. La agricultura se ha convertido en mucho más intensa, por lo que podemos cultivar más alimentos en menos tierra. En las latitudes medio altas, y tierras de cultivo abandonadas, se puede volver a los bosques, y estos bosques almacenarían más carbono, tanto en la madera como en el suelo que no se cultiva. En muchos lugares, podemos prevenir la emisión de carbono a la atmósfera disminuyendo los incendios forestales. Esto permite que se construya más material leñoso (que almacena carbono). Todas estas decisiones de uso del suelo están ayudando a las plantas a absorber el carbono liberado por el hombre en el hemisferio norte.

En los trópicos, sin embargo, los bosques están siendo eliminados, muchas veces por el fuego, y esto libera dióxido de carbono. A partir de 2008, la deforestación representa el 12 por ciento de las emisiones de dióxido de carbono humano.

Los mayores cambios en el ciclo del carbono de la tierra es probable que vengan a causa del cambio climático. El dióxido de carbono aumenta la temperatura, que extiende la temporada de crecimiento y aumento de la humedad. Ambos factores han dado lugar a un crecimiento adicional de las plantas. Sin embargo, las temperaturas más cálidas también hacen mella en las plantas. Con una temporada más larga, de crecimiento más cálido, las plantas necesitan más agua para sobrevivir. Los científicos ya están viendo evidencias de que las plantas en el hemisferio norte desaceleran su crecimiento en el verano debido a las temperaturas cálidas y la escasez de agua.

Secas, con escasez de agua, las plantas son más susceptibles a los incendios y los insectos en las temporadas de cultivo más largas. En el extremo norte, donde un aumento de la temperatura tiene un mayor impacto, los bosques ya han comenzado a quemarse más, liberando el carbono de las plantas y el suelo a la atmósfera. Los bosques tropicales también pueden ser muy susceptibles a la desecación. Con menos agua, los árboles tropicales harán más lento su crecimiento y absorberán menos de carbono, o morirán y liberarán su carbono almacenado a la atmósfera.

El calentamiento causado por los gases de invernadero pueden "cocer" el suelo, lo que acelera la velocidad a la que el carbono se filtra en algunos lugares. Esto es especialmente preocupante en el extremo norte, donde el suelo congelado de permafrost se está derritiendo. El permafrost contiene ricos depósitos de carbono de materia vegetal que se ha acumulado durante miles de años, porque el frío retrasa la descomposición. Cuando el suelo se calienta, se descompone la materia orgánica y se filtra carbono en forma de metano y dióxido de carbono en la atmósfera.

La investigación actual estima que el permafrost en el hemisferio norte tiene 1.672 millones de toneladas (petagramos) de carbono orgánico. Si sólo un 10 por ciento de este permafrost se descongelase, podría liberar suficiente dióxido de carbono adicional a la atmósfera para elevar la temperatura un adicional de 0,7 grados centígrados (1,3 grados Fahrenheit) para el año 2100.

Serie El Ciclo del Carbono

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

Crédito imagen de cabecera: Craig Quirolo/Reef Relief/Marine Photobank