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Nuestra discusión de las magnitudes de las emisiones de dióxido de carbono requiere un sistema de unidades que no estamos tan acostumbrados a usar. La siguiente tabla define los prefijos, tales como kilo_ y mega_, que se utilizan normalmente, y otros términos no tan frecuentes. Puede ser útil regresar a la tabla para recordar el significado de tera -, o peta -, o exa -. Se incluyen algunas conversiones para ayudar a conceptualizar estas magnitudes. Un gigaton es equivalente a un petagramo, y un gigaton de agua es el equivalente de cerca de un kilómetro cúbico. |
Las concentraciones de gases traza están dadas en partes por millón por volumen (ppmv),
partes por mil millones por volumen (ppbv), o partes por trillón por volumen (pptv). Un ppmv
significa una molécula en un millón. De vez en cuando, las concentraciones son reportadas
en partes por millón por masa, pero tal uso será evitado en este curso para conservar
uniformidad.
Para entender el impacto humano en el aumento del dióxido de carbono atmosférico, debemos
considerar primero los depósitos y los flujos naturales de carbono en el sistema tierra/atmósfera/océano.
Debemos incluir los inventarios de carbono almacenado en las plantas y animales terrestres, el carbono en
los océanos, en la atmósfera y las reservas de carbono fósil que representan el carbono
terrestre sustraído de la biosfera en tiempos remotos.
Cada uno de estos depósitos secuestra y libera carbono a diferentes tasas que deben ser estimadas
para poner en perspectiva las emisiones antropogenicas.
El diagrama anexo esquematiza estos depósitos, con las cantidades de carbono dadas en pentagramos y los flujos en unidades de pentagramos de carbono por ano. Así, por ejemplo, la atmósfera contiene cerca de 740 unidades de carbono. Las formas de vida terrestre, que incluyen todas las plantas, desde el fitoplancton hasta los arboles gigantes como las secuoyas, y todos los animales desde los ratones hasta los elefantes, contribuyen con alrededor de 550 unidades. Aun con esta burda contabilidad podemos hacer una evaluación simple. Por ejemplo, si los seres humanos llevaran la tala de árboles hasta sus ultimas consecuencias, esto es, si incineráramos toda la biosfera terrestre y pusiéramos este carbono en la atmósfera, la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera terrestre aproximadamente se duplicaría. |
El suelo contiene carbono molecular, el carbono de los organismos que viven en el suelo y el detritus (las partes rotas de las plantas muertas, los tallos del maíz, las hojas de los árboles, etc.), todo lo anterior sumaria alrededor de 1200 unidades. Esto sugiere que el suelo contiene cerca del doble de carbono que las formas de vida terrestre. Los océanos constituyen un problema más complicado en la evaluación de los depósitos y flujos del carbono. El océano profundo aporta aproximadamente 34.000 unidades. La superficie oceánica, en lo que se denomina océano caliente, contribuye con alrededor de 600 unidades mientras que el océano frío daría casi 300 unidades.
Se debe observar que en el océano profundo, si bien hay un gran deposito de carbono, este carbono esta esencialmente almacenado ahí casi permanentemente, ya que el tiempo que dilata el ciclo del carbono en el océano es del orden de cientos a miles de anos.
Cerca de la superficie del océano, el movimiento turbulento provoca la sustracción de dióxido de carbono atmosférico por el océano atrevas de la formación de ácido carbónico débil. Aproximadamente 22 unidades por año pasan del océano frío a la atmósfera, y cerca de 35 unidades regresan a el, haciendo al océano frío un sumidero neto de dióxido de carbono de la atmósfera terrestre. En contraste, el océano caliente, es una fuente neta debido a que esta emitiendo 80 unidades y sustrae solamente 70, dando un flujo neto hacia afuera de alrededor de 10 unidades.
La vida terrestre (del suelo) consume cerca de 110 unidades por año, sobre todo para sustentar el crecimiento de las plantas terrestres. Aproximadamente 50 unidades de ellas regresan nuevamente a la atmósfera por procesos de descomposición, y cerca de 60 unidades pasan al suelo. Por su parte, el suelo libera alrededor de 60 unidades de regreso a la atmósfera, dando así un equilibrio entre los flujos de entrada y de salida del sistema natural biológico terrestre.
Si ahora consideramos los efectos de los cambios antropogenicos a este ciclo natural, debemos centrarnos en las dos contribuciones mayores, esto es, en la quema de combustibles fósiles y en la deforestación. Los combustibles fósiles representan el carbono terrestre que se ha extraído de la parte mas rápida del ciclo del carbono y almacenado más o menos permanentemente bajo la superficie de la tierra, en donde los procesos naturales no pueden liberarlo nuevamente a la atmósfera. Los combustibles fósiles contribuirían con cerca de 5 a 6 unidades de la emisión hacia la atmósfera, y la quema del carbono en pie, en la forma de bosques tropicales maduros contribuiría con alrededor de 1 a 2 unidades.
El ciclo del carbono incluye, además del bióxido de carbono, otros compuestos que contienen carbono. Por ejemplo, las moléculas del metano, que tienen un átomo del carbono y 4 átomos del hidrógeno, puede producirse en lugar del dióxido de carbono en el proceso del descomposición, particularmente en los suelos húmedos, los pantanos, y la tundra boreal. El metano también es producido por los animales rumiantes, como el ganado y las ovejas. Estos animales comen grandes cantidades de granos o forraje, que entran al primero de 4 estómagos y que se conoce como rumen. El proceso digestivo produce cantidades significativas de metano que es liberado a la atmósfera. El monoxido de carbono también es liberado a la atmósfera por la quema de combustibles fósiles y por la descomposición de la materia vegetal. Los volcanes son fuentes naturales tanto de dióxido de carbono como de monoxido de carbono.
Como se senalo previamente, los océanos son tanto la mayor fuente como el mayor sumidero de carbono en la atmósfera. El carbono inorgánico en la forma de dióxido de carbono disuelto y los carbonatos aportan alrededor de 37,000 gigatones. El carbono orgánico disuelto contribuye con otros 1,000 gigatones adicionales. El carbono en partículas provenientes de organismos vivos o de plantas y animales muertos o en fragmentos agregan otras 30 unidades. Se debe recordar que existen grandes incertidumbres en estas estimaciones porque hay grandes variaciones en los océanos del planeta.
Los océanos regulan el carbono en 3 formas diferentes: por procesos físicos, por procesos químicos, y por procesos biológicos. Los procesos físicos incluyen el movimiento del carbono de un lugar a otro por circulación oceánica. Los meteorólogos y los oceanógrafos llaman a este proceso adveccion. Las diferencias en la temperatura y en el contenido de sales (salinidad), además de las fuerzas de transporte del viento y de la rotación de la tierra, dan un transporte neto de carbono dentro y entre las mayores cuencas oceánicas. Otro proceso físico es la mezcla por difusión vertical en el agua de un nivel a otro. El dióxido de carbono disuelto en la superficie del agua está en equilibrio con el CO2 atmosférico debido al mezclado eficiente en la superficie oceánica.
Los procesos químicos transforman el carbono entre sus diferentes formas moleculares. Los procesos biológicos incluyen la producción y la descomposición de la materia orgánica, que esta confinada a la capa superior del océano en donde la fotosíntesis puede llevarse acabo. Si este material biológico permanece cerca de la superficie, continuará su ciclo con la atmósfera. Parte del carbono, como el que se encuentra en la forma de fitoplancton que prospera en la superficie oceánica, es ingerido por los peces pequeños y eventualmente por los peces o animales más grandes que en ultima instancia mueren, hundiéndose sus esqueletos o caparazones carbonatados hacia el suelo marino. Este proceso, algunas veces designado como "bombeo biológico ", lleva al carbono de la parte mas rápida del ciclo que se lleva acabo cerca de la superficie del océano al océano profundo, donde se puede almacenar por millares de años. El océano profundo es más rico en carbono inorgánico disuelto, mientras que en su superficie predomina el carbono orgánico.
El aumento de la radiación ultravioleta, que discutiremos en relación con la
disminución del ozono estratosferico, también tiene implicaciones para la vida en el
océano. Muchos de los organismos simples en la superficie del océano son muy vulnerables a
la radiación ultravioleta. Los incrementos en esta radiación por el agotamiento de la capa
de ozono pueden afectar de manera significativa a los organismos simples que se encuentran al inicio de
la cadena alimenticia y que se desarrollan fundamentalmente en las aguas superficiales del océano.
Esto acopla al problema de la disminución del ozono estratosferico con el de la acumulación
de CO2 atmosférico: una disminución del ozono estratosferico puede contribuir al
incremento de la luz ultravioleta que llega a superficie, esto disminuye la vida vegetal del océano,
lo que a su vez disminuye el consumo del CO2 por parte del océano, lo que finalmente
permite un incremento en las tasas de acumulación del CO2 en la atmósfera.
La luz solar que incide en la superficie del océano va disminuyendo en la medida que penetra hacia abajo, creando lo que se llama la zona eufónica que es en donde la luz solar es lo suficientemente intensa como para permitir la fotosíntesis. En la región por debajo de la zona eufotica, la tasa fotosintética neta es negativa debido a la carencia de la energía solar, dando por resultado que por debajo de un cierto nivel exista una baja actividad biológica. Además de la luz solar, los ingredientes necesarios para la producción biológica son los nutrieres, particularmente el nitrógeno y los fosfatos. El diagrama anexo muestra el consumo realizado por los microorganismos. Las capas profundas, en donde la fotosíntesis es deficiente por la falta de luz, tienden a tener niveles elevados de nutrientes. Si existiera un mecanismo para traer el agua profunda, rica en nutrientes, a la zona eufotica, el fitoplancton y las algas prosperarían, al igual que la vida marina que depende de estos organismos minúsculos. Los patrones de circulación de gran escala en ciertas regiones geográficas y los movimientos verticales en el océano cerca de los continentes permiten la circulación del agua rica en nutrientes de tal manera que proveen el alimento necesario para la zona eufotica. |
Un factor limitante para el crecimiento del fitoplancton y de las algas alrededor del
Antártida, aun durante el florecimiento de la primavera, es la insuficiente cantidad de hierro. Se
hecho la propuesta de fertilizar al océano Antártico con hierro, a fin de que el aumento de
las plantas marinas secuestren una mayor cantidad de dióxido de carbono de la atmósfera y
contrarresten los aumentos antropogenicos. Más información sobre esta "
solución del hierro" se proporciona en el
diálogo electrónico, donde se le invita a expresar su opinión sobre la bondad de
tales " aproximaciones de ingeniería " para resolver problemas ambientales.
Las plantas leñosas desempeñan un papel especial en la captura (secuestro) del carbono
de la atmósfera. Los árboles pierden cada año sus hojas (caducifolias) y algunas o
todas de sus aciculas (hojas de las coníferas) y regresan una parte de la captura del carbono
estacional de nuevo a la atmósfera. Sin embargo, las partes lenosas del árbol pueden
persistir como carbono de la planta por varias décadas, hasta que el árbol muere y el
descomposición comienza. Los árboles, por lo tanto, como plantas anuales, participan en la
parte rápida del ciclo del carbono reciclando el CO2 de nuevo a atmósfera en 1 a
3 años, pero también almacenan algo de carbono que no es reciclado a la atmósfera
por 50 a 100 años. Los bosques tropicales lluviosos tienen grandes cantidades de carbono
secuestradas en los troncos de árboles como parte de este ciclo más largo. La tala de
árboles interrumpe este ciclo natural de largo plazo y pone el material leñoso de nuevo
dentro de la atmósfera antes de que el proceso natural de descomposición lo recicle en
CO2 .
El "índice verde" del planeta para los meses de julio y agosto, que se muestra en la figura anexa, muestra la muy rica actividad biológica terrestre en las áreas continentales del Hemisferio Norte, particularmente en los bosques boreales del norte de Rusia y Canadá. En esta época del año, el Hemisferio Sur, por supuesto, experimenta un período invernal biológicamente latente. Las regiones desérticas mayores, localizadas aproximadamente a los 30o Norte y Sur del ecuador, muestran la carencia de la vegetación en ambos hemisferios (tanto en el verano como en el invierno). Durante el invierno del Hemisferio Norte, mostrado en la figura siguiente, las regiones del bosque boreal se ven como si hubieran clausurado su producción biológica. En el Hemisferio Sur, la menor cantidad de área continental no revela la dramática variación estacional que se observa en el Hemisferio Norte. Esto sugiere que los ciclos estacionales globales del dióxido de carbono atmosférico están dominados por el ciclo estacional del Hemisferio Norte. |
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Actividad biológica vegetal global para julio-agosto, según lo determinado por el Indice
Vegetativo Global. American Scientist, Permiso concedido por Sigma XI, The Scientific Research
Society. |
Actividad biológica vegetal global para enero-febrero, según lo determinado por el Indice Vegetativo Global. American Scientist, 78, 322 (1990). Permiso concedido por Sigma XI, The Scientific Research Society. |
Transcripción de Theresa M. Nichols
Traducido por Cecilia Conde.