Ciclo del carbono
El ciclo del carbono describe cómo se intercambia este elemento entre atmósfera, océanos, seres vivos y rocas.
El ciclo del carbono es el conjunto de procesos por los que el carbono se intercambia entre la atmósfera, los océanos, los seres vivos, el suelo y las rocas de la corteza terrestre. Es uno de los ciclos biogeoquímicos esenciales: de él depende la vida, la química del océano y, a través del dióxido de carbono (CO₂), el equilibrio del clima del planeta.
¿Qué es el ciclo del carbono?
El carbono es el elemento que sostiene la química orgánica: forma el esqueleto de glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Pero no es infinito ni está quieto. Se almacena en distintos reservorios (o sumideros) y se mueve entre ellos mediante flujos. El ciclo describe esa contabilidad: cuánto carbono hay en cada lugar, cuánto entra, cuánto sale y a qué velocidad.
En condiciones naturales y sin perturbaciones, los flujos de entrada y salida de cada reservorio se compensan casi por completo. Desde la Revolución Industrial, la actividad humana ha añadido emisiones netas de CO₂ que la naturaleza no logra absorber del todo, y el desequilibrio se acumula en la atmósfera.
Reservorios de carbono
| Reservorio | Forma química principal | Rasgos |
|---|---|---|
| Atmósfera | CO₂ y CH₄ | Pequeña, pero de intercambio rapidísimo; regula el efecto invernadero. |
| Océanos | HCO₃⁻, CO₃²⁻, CO₂ disuelto, materia orgánica | Almacena decenas de veces más carbono que la atmósfera. |
| Biosfera terrestre | Biomasa vegetal y animal, materia orgánica del suelo | Los suelos guardan más carbono que la vegetación y la atmósfera juntas. |
| Combustibles fósiles | Hidrocarburos, carbón | Carbono retirado del ciclo durante millones de años. |
| Rocas sedimentarias | CaCO₃ (caliza), dolomita CaMg(CO₃)₂ | El mayor reservorio con diferencia; ciclo muy lento. |
El ciclo rápido: fotosíntesis y respiración
Las plantas, las algas y las cianobacterias captan CO₂ y lo transforman en glucosa gracias a la luz solar. Es la fotosíntesis:
Los seres vivos, a su vez, devuelven el carbono mediante la respiración celular, que es la reacción inversa y libera energía:
Cuando un organismo muere, los descomponedores (hongos y bacterias) mineralizan su materia orgánica y devuelven CO₂ y, en ambientes sin oxígeno, metano (CH₄). Este circuito sucede en escalas de días a siglos, y explica las oscilaciones estacionales de CO₂ que se registran cada año: baja en primavera y verano en el hemisferio norte, cuando la vegetación crece, y sube en otoño e invierno.
El ciclo del océano
El CO₂ atmosférico se disuelve en el agua del mar, donde se establece un equilibrio químico:
El fitoplancton lo fija por fotosíntesis y una parte de ese carbono desciende como restos orgánicos hacia el fondo (la llamada bomba biológica). Los organismos con concha o esqueleto (corales, moluscos, foraminíferos) usan los iones calcio y carbonato para construir carbonato de calcio:
El ciclo lento: rocas y tectónica
En escalas de millones de años, el CO₂ atmosférico, disuelto en agua de lluvia como ácido carbónico débil, ataca los silicatos de las rocas (meteorización química), y los ríos acarrean los productos al mar. Allí se forman sedimentos carbonatados que acaban convertidos en caliza. El carbono regresa a la atmósfera mediante el vulcanismo y el metamorfismo. Este «termostato geológico» ha regulado el clima terrestre durante millones de años.
La alteración humana del ciclo
La combustión de combustibles fósiles, la fabricación de cemento y la deforestación liberan carbono almacenado durante eras geológicas. Un ejemplo de combustión es la del metano:
Las consecuencias medibles son:
- La concentración atmosférica de CO₂ ha pasado de unas 280 ppm antes de la Revolución Industrial a más de 420 ppm en los últimos años.
- Las emisiones por combustibles fósiles superan los 35.000 millones de toneladas de CO₂ al año (Global Carbon Budget).
- Los océanos absorben aproximadamente una cuarta parte de las emisiones, lo que reduce su pH superficial: ha bajado alrededor de 0,1 unidades desde la época preindustrial (de aproximadamente 8,2 a 8,1), lo que equivale a un aumento cercano al 30 % en la acidez. Es la acidificación oceánica, que dificulta la formación de conchas y esqueletos calcáreos.
El CO₂ es el principal gas de efecto invernadero emitido por la actividad humana; consulta también el artículo sobre el dióxido de carbono.
Ejercicios resueltos
1. Las emisiones se expresan a veces en gigatoneladas de carbono (GtC) y otras en gigatoneladas de CO₂. Convierte 10 GtC a GtCO₂ (masas atómicas: C = 12; O = 16).
Cada 12 g de C producen 44 g de CO₂, así que el factor es 44/12 = 3,67. 10 GtC × 3,67 = 36,7 GtCO₂.
2. ¿Qué masa de CO₂ se emite al quemar completamente 1 kg de octano (C₈H₁₈), componente típico de la gasolina?
Ecuación ajustada: 2 C₈H₁₈ + 25 O₂ → 16 CO₂ + 18 H₂O. M(C₈H₁₈) = 114,2 g/mol; M(CO₂) = 44,0 g/mol. 1.000 g / 114,2 = 8,76 mol de octano → 8,76 × 8 = 70,1 mol de CO₂ → 70,1 × 44,0 = 3.084 g. Resultado: unos 3,1 kg de CO₂ por kg de octano.
3. Una hectárea de bosque fija 5 toneladas de carbono al año en su biomasa. ¿Cuántas toneladas de CO₂ retira de la atmósfera?
5 t C × 44/12 = 18,3 t de CO₂ al año.
Preguntas frecuentes
¿Por qué se llama «ciclo» del carbono?
Porque el carbono no se crea ni se destruye: los átomos pasan de un reservorio a otro (atmósfera, océanos, seres vivos, rocas) y, tarde o temprano, vuelven a su punto de partida.
¿Cuál es el mayor depósito de carbono del planeta?
Las rocas sedimentarias, en forma de caliza y otras rocas carbonatadas, almacenan con diferencia la mayor cantidad. Entre los reservorios activos, el océano es el más grande.
¿Por qué aumenta el CO₂ si la naturaleza también lo absorbe?
Porque las emisiones humanas superan la capacidad de absorción de océanos y vegetación. Estos sumideros absorben aproximadamente la mitad de lo que emitimos; el resto se acumula en la atmósfera.
¿Qué papel tiene el metano en el ciclo del carbono?
El metano (CH₄) se produce en humedales, arrozales y ganadería, y en la extracción de gas natural. Retiene mucho más calor que el CO₂ por molécula, pero permanece menos tiempo en la atmósfera, donde acaba oxidándose a CO₂.
¿Se puede capturar carbono de forma artificial?
Sí: existen tecnologías de captura y almacenamiento de CO₂ y métodos naturales como la reforestación y la restauración de suelos y humedales. Aun así, ninguna sustituye la reducción de emisiones.
Referencias
- Falkowski, P. et al. (2000). «The Global Carbon Cycle: A Test of Our Knowledge of Earth as a System». Science, 290.
- Friedlingstein, P. et al. «Global Carbon Budget». Earth System Science Data.
- Smil, V. Cycles of Life: Civilization and the Biosphere. Scientific American Library.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2024). «Ciclo del carbono». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/quimica/ciclo-del-carbono/
