Ciclo del carbono

¿Qué es el ciclo del carbono?

El carbono se encuentra en fase gaseosa (dióxido de carbono en la atmósfera), en fase líquida (dióxido de carbono disuelto en los océanos) y en fase sólida (moléculas que contienen carbono en la biosfera).

Nos enfocaremos en el ciclo corto del carbono, ya que es el que involucra a los organismos vivos como parte del proceso.

Etapas del ciclo del carbono

Estas son las etapas (simplificadas) del ciclo del carbono (Fig. 1):

1. El dióxido de carbono atmosférico es absorbido o fijado por los organismos productores, que lo convierten en compuestos orgánicos. La fotosíntesis es el proceso mediante el cual esto ocurre, gracias a la utilización de la energía de la luz solar
2. Posteriormente, estos productores son consumidos por herbívoros, que absorben los compuestos orgánicos y emplean el carbono para hacer sus propios compuestos orgánicos.
3. Los consumidores herbívoros son, luego, comidos por los consumidores carnívoros; entonces, el carbono pasa a través de la cadena o red alimentaria.
4. Estos animales necesitan energía para fabricar estos compuestos orgánicos; la obtienen por la respiración celular aeróbica, que libera dióxido de carbono como subproducto a la atmósfera.
5. Tanto consumidores como productores acaban muriendo; sus cuerpos, que contienen el carbono, se descomponen. Los descomponedores se ocupan de estos organismos muertos y devuelven parte del carbono como dióxido de carbono a la atmósfera —al realizar la respiración aeróbica y anaeróbica (no aeróbica)—.
6. Algunos de los compuestos orgánicos restantes en el suelo pueden compactarse con el tiempo para formar combustibles fósiles. Estos pueden quemarse para obtener energía, lo que libera dióxido de carbono como subproducto.

Ciclo del carbono: carbono atmosférico

El carbono está presente en la atmósfera en forma de dióxido de carbono, que constituye solo el 0,03 % de los gases atmosféricos. El dióxido de carbono se liberó por primera vez en la atmósfera hace miles de millones de años, como consecuencia de la actividad volcánica e, incluso, por impactos de meteoritos. En los tiempos modernos, la actividad humana —principalmente la quema de combustibles fósiles y la deforestación— es responsable de una gran parte de la liberación de dióxido de carbono a la atmósfera.

Ciclo del carbono: Fijación del carbono

La Tierra está habitada por una plétora de organismos fotosintéticos llamados productores. La capacidad de los productores de convertir el dióxido de carbono en glucosa, utilizando la luz solar, es lo que permite que se produzca el ciclo del carbono. Sin este ciclo, el carbono quedaría atrapado en la atmósfera en forma de dióxido de carbono.

• Los productores fotosintéticos (como las plantas —en el medio terrestre— y las algas y las cianobacterias —en el medio acuático—) absorben el dióxido de carbono atmosférico y, posteriormente, liberan oxígeno como subproducto de la fotosíntesis.
  • Este oxígeno es fundamental para la respiración aeróbica, por lo que se podría decir que los productores son el componente más importante del ciclo del carbono.
• Una vez que han convertido el carbono atmosférico en glucosa, lo transformarán en una forma de energía que puede usarse para procesos metabólicos (como la construcción de compuestos orgánicos) durante la respiración celular.

Ciclo del Carbono: Transferencia a través de la red alimentaria

La siguiente etapa del ciclo del carbono implica el paso del carbono a través de la red alimentaria, mediante el consumo:

• En primer lugar, los consumidores herbívoroso primarios ingieren a los productores y descomponen los compuestos orgánicos que se encuentran en las plantas, para liberar energía que alimente sus procesos metabólicos y bioquímicos en la respiración aeróbica.
  • El dióxido de carbono es un subproducto de la respiración aeróbica, por lo que se devuelve a la atmósfera.
• En segundo lugar, estos consumidores herbívoros (a menudo animales; pero, también pueden ser microbios, en algunos casos) serán consumidos por consumidores secundarios.
  • Estos consumidores secundarios también respiran aeróbicamente, utilizando la glucosa obtenida de la ingestión. Posteriormente, utilizan esta energía para fabricar ellos mismos compuestos orgánicos. Este proceso se repite hasta los niveles más altos de la red alimenticia.

Los consumidores herbívoros se alimentan solamente de plantas; los carnívoros, solo de animales; y los omnívoros, de ambos.

Ciclo del carbono: La descomposición de los organismos muertos

1. Los consumidores herbívoros y carnívoros acabarán muriendo y empezarán a descomponerse. De esta forma liberan, en compuestos orgánicos, el carbono atrapado en su interior.
2. La descomposición es llevada a cabo por los descomponedores, que suelen ser bacterias y hongos.
3. Los descomponedores descomponen la materia orgánica de los organismos, lo que libera muchos nutrientes.
4. La energía para estos procesos proviene mayormente la respiración anaeróbica (por ejemplo, la fermentación). De nuevo, esta respiración anaeróbica libera dióxido de carbono a la atmósfera.

Ciclo del carbono en el océano

En el ciclo del carbono oceánico:

1. El dióxido de carbono gaseoso se disuelve en el océano y forma ácido carbónico.
2. Los productores que se encuentran en el océano convierten este ácido carbónico en moléculas orgánicas, que luego ascienden por la red alimentaria.
3. Entonces, los comsumidores descomponen las moléculas orgánicas —durante la respiración aeróbica y anaeróbica, através de los consumidores y descomponedores—.
4. Así, se libera más dióxido de carbono.

Otras especies marinas (por ejemplo, los crustáceos y los corales) convierten este ácido carbónico en carbonato de calcio, para construir sus caparazones y exoesqueletos calcáreos:

1. Cuando estos organismos mueren, sus caparazones y exoesqueletos se compactan y se hunden en el fondo marino.
2. Así se forman sedimentos y, finalmente, piedra caliza.
3. Una vez que esta piedra caliza se expone al aire, se meteoriza y libera dióxido de carbono a la atmósfera.

Importancia del ciclo del carbono

El ciclo del carbono es importante por muchas razones. Profundicemos en las principales:

• Aunque el exceso de gases de efecto invernadero contribuye en gran medida al cambio climático, la presencia de dióxido de carbono en la atmósfera es importante para mantener una temperatura global suficientemente cálida para la supervivencia.
• El dióxido de carbono disuelto en los océanos proporciona a las especies marinas carbono para construir sus conchas y esqueletos calcáreos protectores.
• El hecho de que el carbono pueda ser transferido de la atmósfera a la biosfera, durante la fotosíntesis, es esencial para los organismos de nuestro planeta, ya que necesitan el carbono para construir moléculas orgánicas vitales.
• Los seres humanos dependen, en gran medida, de la prosperidad constante de los cultivos y el ganado (productores de dióxido de carbono) para proporcionar seguridad alimentaria a una población en constante crecimiento.

El impacto de la actividad humana en el ciclo del carbono

El reciente aumento de las actividades humanas que liberan dióxido de carbono a la atmósfera está teniendo un efecto perjudicial en el ciclo del carbono. Algunos ejemplos representativos de estos impactos son:

• Deforestación: la tala de árboles y la combustión de la madera libera dióxido de carbono de forma masiva. La deforestación también reduce la población de productores de la Tierra, lo que significa que se absorbe menos dióxido de carbono de la atmósfera.
• Acidificación de los océanos: blanqueamiento de los arrecifes de coral, liberación de enormes cantidades de carbono.
• Alteración de las praderas marinas: no solo reduce el consumo de dióxido de carbono, sino que también libera enormes cantidades de carbono almacenado en las raíces de las plantas.
• Quema de combustibles fósiles: se queman para generar electricidad o durante el uso de vehículos; pero, en el proceso se libera dióxido de carbono. Esto incluye la quema de carbón, gas y petróleo. Los aviones, los trenes y los coches contribuyen masivamente a las emisiones de gases de efecto invernadero.
• Producción en masa: las empresas que fabrican o procesan grandes cantidades de productos de consumo requieren enormes cantidades de energía, que también se obtiene de la quema de combustibles fósiles.

Si a esta liberación de enormes cantidades de dióxido de carbono a la atmósfera se le suma que la deforestación está reduciendo la cantidad de los productores para absorber este dióxido de carbono, la funcionalidad del ciclo del carbono se ve seriamente amenazada. La distribución del carbono entre las diferentes esferas del planeta se está distorsionando gravemente. Esto puede llevar a un cambio irreversible del clima o al detrimento de los ecosistemas de los que tanto dependemos (la falta de productores puede provocar una insuficiencia de oxígeno).