La atmósfera es una de las principales reservas de carbono de la Tierra y un componente importante del ciclo global del carbono , ya que contiene aproximadamente 720 gigatoneladas de carbono. [1] El carbono atmosférico juega un papel importante en el efecto invernadero . El compuesto de carbono más importante a este respecto es el gas dióxido de carbono ( CO
2). Aunque es un pequeño porcentaje de la atmósfera (aproximadamente 0.04% sobre una base molar ), juega un papel vital en la retención de calor en la atmósfera y, por lo tanto, en el efecto invernadero. [1] Otros gases con efectos sobre el clima que contienen carbono en la atmósfera son el metano y los clorofluorocarbonos (este último es totalmente antropogénico ). Las emisiones de los seres humanos en los últimos 200 años casi han duplicado la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera. [1] [2]
Gases relevantes
La concentración de gases de efecto invernadero, en su mayoría basados en carbono, ha aumentado drásticamente desde el inicio de la era industrial . Esto hace que la comprensión del componente de carbono de la atmósfera sea muy importante. Los dos principales gases de efecto invernadero del carbono son el metano y el dióxido de carbono. [3]
Metano
El metano (CH 4 ) es uno de los gases de efecto invernadero más potentes y se produce principalmente por la digestión o descomposición de organismos biológicos. Se considera el segundo gas de efecto invernadero más importante, [3] sin embargo, el ciclo del metano en la atmósfera actualmente es poco conocido. [4] La cantidad de metano producida y absorbida anualmente varía ampliamente. [3]
Se pueden encontrar grandes reservas de metano en forma de hielo de metano debajo del permafrost y en las plataformas continentales. El metano adicional se produce por la descomposición anaeróbica de material orgánico y se produce en el tracto digestivo de los organismos, el suelo, etc. La producción natural de metano representa el 10-30% de las fuentes mundiales de metano. [5]
El metano antropogénico se produce de diversas formas, por ejemplo, mediante la cría de ganado o mediante la descomposición de la basura en los vertederos. También es producido por varias fuentes industriales, incluida la minería y distribución de combustibles fósiles. [4] Más del 70% del metano atmosférico proviene de fuentes biogénicas . Los niveles de metano han aumentado gradualmente desde el inicio de la era industrial, [6] de ~ 700 ppb en 1750 a ~ 1775 ppb en 2005. [3]
El metano se puede eliminar de la atmósfera mediante una reacción del radical libre hidroxilo (OH) producido fotoquímicamente . [7] [8] También puede salir de la atmósfera al entrar en la estratosfera, donde se destruye, o al ser absorbido por los sumideros del suelo. [9] Debido a que el metano reacciona con bastante rapidez con otros compuestos, no permanece en la atmósfera tanto tiempo como muchos otros gases de efecto invernadero, por ejemplo, el dióxido de carbono. Tiene una vida atmosférica de unos ocho años. [6] Esto mantiene la concentración de metano en la atmósfera relativamente baja y es la razón por la que actualmente juega un papel secundario en el efecto invernadero al dióxido de carbono, a pesar de que produce un efecto invernadero mucho más poderoso por volumen. [4]
Dióxido de carbono
Dióxido de carbono ( CO
2) tiene un gran efecto de calentamiento en las temperaturas globales a través del efecto invernadero . Aunque las moléculas individuales de CO 2 tienen un tiempo de residencia corto en la atmósfera, los niveles de dióxido de carbono tardan mucho en descender después de aumentos repentinos, debido, por ejemplo, a erupciones volcánicas o actividad humana [10] y entre los muchos gases de efecto invernadero de larga duración. , es el más importante porque constituye la mayor fracción de la atmósfera. [3] Desde la revolución industrial , la concentración de CO 2 en la atmósfera ha aumentado de aproximadamente 280 ppm a casi 400 ppm. [2] Aunque la cantidad de CO 2 introducida constituye solo una pequeña parte del ciclo global del carbono, el largo tiempo de residencia del dióxido de carbono hace que estas emisiones sean relevantes para el balance total de carbono. El aumento de la concentración de dióxido de carbono refuerza el efecto invernadero, provocando cambios en el clima global . De las mayores cantidades de dióxido de carbono que se introducen a la atmósfera cada año, aproximadamente el 80% proviene de la combustión de combustibles fósiles y la producción de cemento. El otro 20% proviene del cambio de uso de la tierra y la deforestación. [11] Dado que el dióxido de carbono gaseoso no reacciona rápidamente con otras sustancias químicas, los principales procesos que modifican el contenido de dióxido de carbono de la atmósfera implican intercambios con otros depósitos de carbono de la Tierra, como se explica en las siguientes secciones.
Interacciones con otros sistemas
El carbono atmosférico se intercambia rápidamente entre los océanos y la biosfera terrestre. Esto significa que en ocasiones la atmósfera actúa como sumidero y en otras ocasiones como fuente de carbono. [1] La siguiente sección presenta los intercambios entre la atmósfera y otros componentes del ciclo global del carbono.
Biosfera terrestre
El carbono se intercambia con velocidad variable con la biosfera terrestre. Es absorbido en forma de dióxido de carbono por autótrofos y convertido en compuestos orgánicos . El carbono también se libera de la biosfera a la atmósfera en el curso de procesos biológicos. La respiración aeróbica convierte el carbono orgánico en dióxido de carbono y un tipo particular de respiración anaeróbica lo convierte en metano. Después de la respiración, tanto el dióxido de carbono como el metano se emiten típicamente a la atmósfera. El carbono orgánico también se libera a la atmósfera durante la combustión. [12]
El tiempo de residencia del carbono en la biosfera terrestre varía y depende de una gran cantidad de factores. La absorción de carbono en la biosfera ocurre en varias escalas de tiempo. El carbono se absorbe principalmente durante el crecimiento de las plantas. Se observa un patrón de mayor absorción de carbono tanto a lo largo del día (se absorbe menos carbono por la noche) como a lo largo del año (se absorbe menos carbono en invierno). [3] Si bien la materia orgánica de los animales generalmente se descompone rápidamente, liberando gran parte de su carbono a la atmósfera a través de la respiración, el carbono almacenado como materia vegetal muerta puede permanecer en la biosfera hasta una década o más. Los diferentes tipos de plantas de materia vegetal se descomponen a diferentes velocidades; por ejemplo, las sustancias leñosas retienen su carbono por más tiempo que el material blando y frondoso. [13] El carbono activo en los suelos puede permanecer secuestrado hasta mil años, mientras que el carbono inerte en los suelos puede permanecer secuestrado durante más de un milenio. [12]
Océanos
Cada año se intercambian grandes cantidades de carbono entre el océano y la atmósfera. Un factor de control importante en el intercambio de carbono oceánico-atmosférico es la circulación termohalina . En las regiones de surgencia oceánica, el agua rica en carbono del océano profundo sale a la superficie y libera carbono a la atmósfera en forma de dióxido de carbono. Grandes cantidades de dióxido de carbono se disuelven en agua fría en latitudes más altas. Esta agua se hunde y lleva el carbono a los niveles oceánicos más profundos, donde puede permanecer entre décadas y varios siglos. [1] Los eventos de circulación oceánica hacen que este proceso sea variable. Por ejemplo, durante los eventos de El Niño hay menos afloramiento oceánico profundo, lo que lleva a una menor emisión de gases de dióxido de carbono a la atmósfera. [11]
Los procesos biológicos también conducen al intercambio de carbono entre el océano y la atmósfera. El dióxido de carbono se equilibra entre la atmósfera y las capas superficiales del océano. A medida que los autótrofos añaden o sustraen dióxido de carbono del agua a través de la fotosíntesis o la respiración , modifican este equilibrio, permitiendo que el agua absorba más dióxido de carbono o provocando que emita dióxido de carbono a la atmósfera. [1]
Geosfera
El carbono se intercambia generalmente muy lentamente entre la atmósfera y la geosfera. Dos excepciones son las erupciones volcánicas y la combustión de combustibles fósiles , los cuales liberan grandes cantidades de carbono a la atmósfera muy rápidamente. [ cita requerida ] La roca de silicato fresca que se expone a través de procesos geológicos absorbe carbono de la atmósfera cuando se expone al aire por los procesos de meteorización y erosión . [ cita requerida ]
Fuentes antropogénicas
Las actividades humanas cambian la cantidad de carbono en la atmósfera directamente a través de la quema de combustibles fósiles y otros materiales orgánicos, oxidando así el carbono orgánico y produciendo dióxido de carbono. [14] [15] Otra fuente de dióxido de carbono causada por el hombre es la producción de cemento . La quema de combustibles fósiles y la producción de cemento son las principales razones del aumento del CO 2 atmosférico desde el inicio de la era industrial. [3]
Otros cambios causados por el hombre en el ciclo del carbono atmosférico se deben a cambios antropogénicos en los depósitos de carbono. La deforestación, por ejemplo, disminuye la capacidad de la biosfera para absorber carbono, aumentando así la cantidad de carbono en la atmósfera. [dieciséis]
Dado que el uso industrial del carbono por parte de los seres humanos es una dinámica muy nueva a escala geológica, es importante poder rastrear las fuentes y los sumideros de carbono en la atmósfera. Una forma de hacerlo es observando la proporción de isótopos de carbono estables presentes en la atmósfera. Los dos principales isótopos de carbono son 12 C y 13 C. Las plantas absorben el isótopo más ligero, 12 C, más fácilmente que 13 C. [17] Debido a que los combustibles fósiles se originan principalmente de materia vegetal, la relación 13 C / 12 C en la atmósfera disminuye cuando se queman grandes cantidades de combustibles fósiles, liberando 12 C. Por el contrario, un aumento en el 13 C / 12 C en la atmósfera sugiere una mayor absorción de carbono biosférico. [12] La relación entre el aumento anual de CO 2 atmosférico en comparación con las emisiones de CO 2 de los combustibles fósiles y la fabricación de cemento se denomina "fracción transportada por el aire". [18] La fracción en el aire ha estado alrededor del 60% desde la década de 1950, lo que indica que aproximadamente el 60% del nuevo dióxido de carbono en la atmósfera cada año se originó en fuentes humanas. [3] Para mayor claridad, esto no significa que el 60% de la absorción de dióxido de carbono en la atmósfera provenga de la actividad humana. Significa que la atmósfera intercambia alrededor de 210 gigatoneladas de carbono al año, pero absorbe entre 6 y 10 gigatoneladas más de lo que pierde. De esta ganancia neta, alrededor del 60% es atribuible a la quema de combustibles fósiles.
Galería
CO atmosférico
2 concentraciones durante los últimos 800.000 años medidas a partir de núcleos de hielo (azul / verde) y directamente (negro).Los sumideros oceánicos y terrestres han absorbido aproximadamente la mitad de las emisiones de carbono fósil a la atmósfera. No se sabe cuánto tiempo continuará esto. [19]
CO
2fluye de la actividad humana (izquierda) hacia la atmósfera, la tierra y los sumideros oceánicos (derecha). [20]Flujos de carbono antropogénico durante los años 1850-2018 (izquierda) y 2009-2018 (derecha). [20]
Referencias
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enlaces externos
- Experimento avanzado de gases atmosféricos globales
- Dióxido de carbono - Circulación global ( NASA ; 13 de diciembre de 2016)
- Dióxido de carbono - Centro de análisis de información
- World Data Center for Greenhouse Gases Archivado el 6 de abril de 2016 en la Wayback Machine.