El ciclo del carbono es una parte esencial de la vida en la Tierra. Aproximadamente la mitad del peso seco de la mayoría de los organismos vivos es carbono . [ cita requerida ] Desempeña un papel importante en la estructura , bioquímica y nutrición de todas las células vivas . La biomasa viva contiene alrededor de 550 gigatoneladas de carbono, [1] la mayor parte de la cual está formada por plantas terrestres (madera), mientras que unas 1.200 gigatoneladas de carbono se almacenan en la biosfera terrestre como biomasa muerta . [2]
El carbono circula a través de la biosfera terrestre a diferentes velocidades, dependiendo de la forma en que se almacene y bajo qué circunstancias. [3] Se intercambia más rápidamente con la atmósfera, aunque pequeñas cantidades de carbono abandonan la biosfera terrestre y entran a los océanos como carbono orgánico disuelto (DOC).
La mayor parte del carbono de la biosfera terrestre se almacena en los bosques: contienen el 86% del carbono terrestre del planeta y los suelos forestales también contienen el 73% del carbono del suelo del planeta. [4] El carbono almacenado dentro de las plantas puede transferirse a otros organismos durante el consumo de las plantas. Cuando los animales comen plantas, por ejemplo, el carbono orgánico almacenado en las plantas se convierte en otras formas y se utiliza dentro de los animales. Lo mismo ocurre con las bacterias y otros heterótrofos . El material vegetal muerto que se encuentra dentro o encima del suelo permanece allí durante algún tiempo antes de ser respirado por los heterótrofos. Así, el carbono se transfiere en cada paso de la cadena alimentaria de un organismo a otro.
Los autótrofos , como los árboles y otras plantas verdes, utilizan la fotosíntesis para convertir el dióxido de carbono durante la producción primaria , liberando oxígeno en el proceso. Este proceso ocurre más rápidamente en ecosistemas con grandes cantidades de crecimiento, como en los bosques jóvenes. Debido a que el carbono se consume en el proceso de crecimiento autótrofo , se consume más carbono en primavera y verano durante el día que en invierno y noche, cuando la fotosíntesis ya no tiene lugar en la mayoría de las plantas. El almacenamiento de carbono en la biosfera está influenciado por una serie de procesos en diferentes escalas de tiempo: mientras que la absorción de carbono a través de la respiración autótrofa sigue un ciclo diurno y estacional, el carbono puede almacenarse en la biosfera terrestre durante varios siglos, por ejemplo, en la madera o el suelo. .
La mayor parte del carbono abandona la biosfera terrestre a través de la respiración . Cuando hay oxígeno presente, se produce la respiración aeróbica y se produce dióxido de carbono. Si no hay oxígeno, como ocurre, por ejemplo, en las marismas o en el tracto digestivo de los animales , puede producirse una respiración anaeróbica que produce metano. Aproximadamente la mitad de la producción primaria bruta es respirada por las plantas directamente a la atmósfera. Parte de la producción primaria neta, o el carbono restante absorbido por la biosfera, se devuelve a la atmósfera a través de incendios y respiración heterótrofa. El resto se convierte en carbono orgánico del suelo, que se libera más lentamente, o en carbono disuelto "inerte" , que puede permanecer en la biosfera durante un período de tiempo desconocido. [3]
Este puede ser un aspecto muy vital en la vida, ya que funcionará para promover la coexistencia de todo tipo de seres vivos dentro de un ecosistema. La función del carbono dentro de un ecosistema terrestre consiste en que el carbono se almacene dentro de las plantas y que eventualmente se deposite en otras formas para que otros organismos lo absorban y consuman.
El carbono de la biosfera terrestre ingresa a la geosfera sólo a través de procesos altamente especializados. Cuando la descomposición anaeróbica convierte el material orgánico en materiales ricos en hidrocarburos y luego se deposita como sedimento , el carbono puede ingresar a la geosfera a través de procesos tectónicos y permanecer allí durante varios millones de años. Este proceso puede conducir a la creación de combustibles fósiles .
La actividad humana tiene grandes efectos en la biosfera terrestre, cambiando la forma en que actúa como depósito de carbono. Los incendios provocados antropogénicamente liberan grandes cantidades de carbono en forma de CO 2 directamente a la atmósfera. Sin embargo, lo más significativo es que los humanos modifican la cobertura del suelo. El cambio de cobertura terrestre reduce en gran medida la cantidad de absorción de carbono en la biosfera terrestre. Modifica el ecosistema local, reemplazando a menudo los bosques ricos en carbono con usos de suelo agrícolas o urbanos. Esto libera el carbono almacenado en la antigua cubierta terrestre y al mismo tiempo disminuye la capacidad de la biosfera para absorber carbono de la atmósfera.
Indirectamente, los cambios inducidos por el hombre en el clima global provocan modificaciones generalizadas en la función del ecosistema terrestre en el ciclo del carbono. A medida que los climas locales cambian, los lugares que durante mucho tiempo han sido propicios para un tipo de ecosistema pueden volverse más favorables para otros tipos de ecosistemas. Por ejemplo, el calentamiento en el Ártico ha causado estrés en los bosques boreales de América del Norte , [5] disminuyendo así la producción primaria y la absorción de carbono, mientras que las mismas temperaturas más cálidas han llevado a un mayor crecimiento de arbustos en las mismas áreas, [6] produciendo un efecto opuesto. . Los cambios en los patrones climáticos también pueden afectar a los animales. Por ejemplo, los cambios en los patrones climáticos pueden crear condiciones favorables para los escarabajos del pino, lo que provocaría grandes brotes de escarabajos y destrucción de bosques. [7] Los patrones de precipitación modificados también pueden provocar sequías o eventos de precipitación extrema, causando estrés adicional a los ecosistemas y más erosión. Estas influencias sobre el ecosistema terrestre no sólo modifican su intercambio de carbono con la atmósfera, sino que también pueden conducir a una mayor filtración de carbono hacia los océanos a través del transporte de material orgánico en los ríos. Estos cambios generalizados en la cobertura terrestre también provocan cambios en el albedo planetario, induciendo retroalimentaciones complejas en el presupuesto de radiación planetaria de la Tierra .
Los niveles más altos de CO 2 en la atmósfera pueden hacer que la fotosíntesis se lleve a cabo de manera más eficiente, aumentando así el crecimiento de las plantas y la producción primaria. Esto podría llevar a que la biosfera extraiga más dióxido de carbono de la atmósfera. Sin embargo, no está claro cuánto tiempo este carbono permanecería secuestrado en la biosfera terrestre antes de ser liberado nuevamente a la atmósfera, y es probable que otros factores limitantes (por ejemplo, la disponibilidad de nitrógeno, la humedad, etc.) impidieran que la fertilización con CO 2 aumentara significativamente la producción primaria. .