CICLOS BIOQUÍMICOS. - CICLO DEL CARBONO.
- 1. CICLOS BIOQUÍMICOS UNIDAD 3 TEMA 2 CICLO DEL CARBONO ¿QUÉ ES EL CICLO DEL CARBONO? El ciclo del carbono es el proceso de circulación del carbono en el planeta Tierra. Mediante este ciclo, el carbono se transporta entre los diferentes ecosistemas y el medio que los rodea. Así, el carbono se transfiere entre la biosfera, la litosfera, la hidrosfera y la atmósfera. El ciclo del carbono es un ciclo global, pero aun así, durante este ciclo los compuestos químicos que contienen carbono serán distintos dependiendo de cada región. Así, el carbono forma distintos compuestos químicos presentes en distintas partes de la biosfera y su entorno. Por ejemplo: las reservas minerales de carbono bajo tierra, el carbono inorgánico disuelto en el agua de mar y el dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera. IMPORTANCIA DEL CICLO DEL CARBONO El ciclo del carbono es sumamente importante para el mantenimiento de la vida tal y como la conocemos. Mediante este ciclo, el carbono se transporta de un lugar a otro en el planeta y forma parte de distintos compuestos químicos que tienen distinta utilidad, tanto para los seres vivos, como para procesos geológicos e industriales. Es un ciclo muy importante debido a que el carbono forma parte de las moléculas esenciales que forman los seres vivos, como las proteínas, el ADN, el ARN, los carbohidratos y los lípidos. Además, el carbono es un elemento fundamental durante el proceso de fotosíntesis. Por otra parte, el carbono forma parte de muchos combustibles. Es fundamental para la industria de los plásticos, la industria farmacéutica y la producción de numerosos productos como lacas, pinturas y cosméticos. 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.
- 2. 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. DESCRIPCIÓN DEL CICLO El ciclo del carbono se divide en el ciclo biológico, o rápido, del carbono y ciclo geológico, o lento, del carbono. Ambos ciclos están interrelacionados, pues pasan por los mismos reservorios naturales. Ciclo biológico o rápido del carbono Los pasos que sigue el carbono en el ciclo biológico son: 1. Fijación del carbono mediante fotosíntesis, realizada tanto por plantas como bacterias fotosintéticas. Los sumideros de carbono, es decir, depósitos naturales con mucha vegetación que absorben CO2, son vitales para llevar a cabo esta parte del ciclo. 2. Liberación de parte del carbono mediante la respiración, sea en animales y seres humanos, o por las plantas durante la respiración vegetal, en la noche. En ambos casos, el carbono se libera otra vez en forma de CO2. 3. Liberación de parte del carbono vía descomposición de los seres vivos. Cuando mueren los seres vivos, tanto en tierra como en mar, parte del carbono contenido en ellos regresa a la atmósfera o es asimilado por otros seres vivos. Ciclo geológico o lento del carbono La trayectoria que sigue el carbono a lo largo del ciclo geológico es: 1. Fijación del carbono mediante fotosíntesis. Este paso es igual al del ciclo biológico, pero parte del carbono fijado sigue una trayectoria distinta. 2. Mineralización y sedimentación del carbono. Cuando mueren los organismos en tierra y mar, parte del carbono contenido en ellos reacciona con otros elementos y compuestos. Debido a esto, el carbono mineraliza y sedimenta, formando también
- 3. fósiles y combustibles fósiles. Por otra parte, un pequeño porcentaje del carbono en la atmósfera sedimenta en el suelo o se disuelve en el agua. 3. Liberación del carbono a la atmósfera. A través de un proceso lento, el carbono sigue reaccionando con diferentes compuestos y elementos hasta liberarse otra vez a la atmósfera, en forma de gas. 4. Emisión de CO2 y metano (CH4) a causa de la minería, la actividad en las fábricas y el transporte de vehículos. La acción humana está acelerando un ciclo que, de forma natural, duraría siglos en realizarse. Al explotar minerales y combustibles fósiles, se liberan grandes cantidades de carbono a la atmósfera. PROCESOS ANAERÓBICOS Y AERÓBICOS La respiración aerobia y anaerobia son tipos de respiración celular, es decir, formas que tienen algunas células para obtener energía a partir de lo que consumen. Se diferencian en que para realizar la respiración aerobia se requiere oxígeno, mientras que en la respiración anaeróbica está ausente el oxígeno. Además, en la respiración aeróbica se produce más energía en comparación con la respiración anaeróbica; sin embargo, tiene más pasos químicos, por lo que toma más tiempo realizarla. La respiración aeróbica y anaeróbica comparten en su primera fase la glicólisis o glucólisis, una cadena de reacciones químicas que transforman la glucosa en moléculas más pequeñas. Respiración aerobia La respiración celular aerobia es el proceso que transforma la energía química de los alimentos en ATP en presencia de oxígeno. El oxígeno recibe electrones al final de una cadena de reacciones químicas, generando agua, dióxido de carbono y energía. Respiración anaerobia La respiración celular anaerobia es la forma que tienen las células procariotas y algunas células eucariotas de obtener energía a partir de la glucosa, sin necesidad de oxígeno. Se realiza en el citoplasma de la célula. La respiración anaeróbica sirve para la producción de energía en las células que no poseen mitocondria, como las bacterias, las arqueas y los glóbulos rojos. En la contracción
- 4. muscular rápida, las células musculares pueden recurrir a la respiración anaeróbica, produciendo ácido láctico. REACCIONES DE OXIDO-REDUCCIÓN. Una reacción de oxidación–reducción, o reacción redox, es una reacción en la que hay una transferencia de electrones entre especies químicas (los átomos, los iones o las moléculas que intervienen en la reacción). Todo el tiempo se producen reacciones redox a nuestro alrededor: en la quema de combustibles, la corrosión de metales e incluso en los procesos de fotosíntesis y respiración celular hay oxidación y reducción. RESERVORIOS (CARBÓN Y COMBUSTIBLE FÓSIL) Los reservorios son almacenes de carbono, es decir, sistemas capaces de acumular o liberar carbono. Algunos ejemplos de estos almacenes de carbono son la biomasa forestal, los productos de la madera o los suelos. Si la cantidad de carbono que entra en estos reservorios es mayor que la que sale de ellos, serán considerados sumideros (captadores de CO2 de la atmósfera). En el caso contrario, serán una fuente de gases de efecto invernadero. Los reservorios que se consideran a la hora de medir la capacidad como sumidero de un ecosistema terrestre (forestal o agrícola) son los siguientes: ALTERACIONES POR VÍA NATURAL Y ANTRÓPICA DEL CICLO. CAMBIOS CLIMÁTICOS Y GLOBALES Alteraciones por impacto humano en el ciclo del carbono El ser humano ha intervenido en la cantidad de carbono que circula por el planeta. Las emisiones de dióxido de carbono y de metano (debido a la quema de combustibles fósiles y a la actividad industrial) han causado el aumento de carbono en la atmósfera.
- 5. Además, los incendios forestales también aumentan los niveles de carbono en la atmósfera. El aumento de dióxido de carbono en la atmósfera es uno de los principales motivos del incremento del efecto invernadero. Cuando incide la radiación solar sobre la Tierra, una parte llega a la atmósfera y es reflejada hacia el espacio, mientras que la otra parte llega hasta el suelo, lo que provoca que este se caliente. El efecto invernadero es el proceso mediante el cual la parte de la radiación solar que incide sobre la Tierra y que debería salir se absorbe por un conjunto de gases atmosféricos que provocan que esta radiación sea emitida en muchas direcciones. Este proceso genera el aumento de la temperatura de la superficie terrestre, y este conjunto de gases atmosféricos se denominan gases de efecto invernadero. Los principales gases de efecto invernadero son el dióxido de carbono (CO2), el metano (CH4), el vapor de agua (H2O), el óxido nitroso (N2O) y el ozono (O3). Las alteraciones en los ciclos de cualquiera de estos elementos químicos puede contribuir al aumento del efecto invernadero, sobrecalentando la superficie de nuestro planeta. 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.
- 6. 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.