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Ciclo biológico del carbono

El ciclo biológico del carbono es relativamente rápido: se estima que la renovación del carbono atmosférico ocurre cada 20 años. En ausencia de la influencia antropogénica (causada por el hombre), en el ciclo biológico existen tres depósitos o “stocks”: terrestre (20000 Gt), atmósfera (750 Gt) y océanos (40000 Gt). Este ciclo desempeña un papel importante en los flujos de carbono entre los diversos depósitos, a través de los procesos de fotosíntesis y respiración. Mediante la fotosíntesis, las plantas absorben la energía solar y el CO2 de la atmósfera, produciendo oxígeno e hidratos de carbono (azúcares como la glucosa), que sirven de base para el crecimiento de las plantas.


Los animales y las plantas utilizan los carbohidratos en el proceso de respiración, usando la energía contenida en los carbohidratos y emitiendo CO2. Junto con la descomposición orgánica (forma de respiración de las bacterias y hongos), la respiración devuelve el carbono, biológicamente fijado en los reservorios terrestres (los tejidos de biota, el permafrost del suelo y la turba), a la atmósfera.

Las ecuaciones químicas que rigen estos dos procesos son:

Fotosíntesis: 6CO₂ + 6H₂ + energía (luz solar) -> C₆H₁₂O₆ + 6O₂
Respiración: C₆H₁₂O₆ (materia orgánica) + 6O₂ -> 6CO₂ + 6H₂ + energía

Es posible verificar que el mayor cambio entre el depósito terrestre y el atmosférico resulta de los procesos de fotosíntesis y respiración. Los días de primavera y verano, las plantas absorben luz solar y CO2 de la atmósfera y, paralelamente, los animales, plantas y microbios, a través de la respiración, devuelven el CO2. Cuando la temperatura o la humedad es mucho más baja, por ejemplo en invierno o en los desiertos, la fotosíntesis y la respiración se reduce o cesa, así como el flujo de carbono entre la superficie terrestre y la atmósfera.

Debido a la declinación de la Tierra y a la desigual distribución de la vegetación en los hemisferios, existe una flotación a lo largo del año que es visible en los diversos gráficos de variación de concentración anual del CO2, como por ejemplo en la curva de Keeling. En 1958, el científico Charles David Keeling (oceanógrafo del Scripps Institute of Oceanography), puso en marcha una serie de experiencias en el monte Mauna Loa, Hawaii, que le permitieron medir, con bastante precisión, la concentración de CO2 en la atmósfera.



A pesar de que el reservorio atmosférico de carbono es el menor de los tres (con cerca de 750 Gt de carbono), este depósito determina la concentración de CO2 en la atmósfera, cuya concentración puede influenciar el clima terrestre. Además, los flujos anuales entre la reserva atmosférica y las otras dos reservas (océanos y terrestre) son muy sensibles a los cambios.

Los océanos representan el mayor depósito de los tres, cincuenta veces mayor que la reversa atmosférica. Existen traspasos entre estos dos depósitos a través de procesos químicos que establecen un equilibrio entre las capas superficiales de los océanos y las concentraciones en el aire superficial. La cantidad de CO2 que el océano absorbe depende de la temperatura del mismo y de la concentración ya presente. Temperaturas bajas de la superficie del océano potencian una mayor absorción del CO2 atmosférico, mientras que temperaturas más cálidas pueden causar la emisión de CO2.

Los flujos, sin interferencias antropogénicas, son aproximadamente equivalentes, con una lenta variación a escala geológica. La vida en los océanos consume grandes cantidades de CO2, pero el ciclo entre la fotosíntesis y la respiración se desarrolla mucho más rápidamente. El fitoplancton es consumido por el zooplancton en sólo algunos días, y sólo pequeñas cantidades de carbono son acumuladas en el fondo del mar, cuando las conchas del zooplancton, compuestas de carbonato de calcio, se depositan en el fondo tras su muerte. Después de un largo periodo de tiempo, este efecto representa una significativa remoción de carbono de la atmósfera.

Otro proceso intermedio del ciclo biológico que provoca remoción de carbono de la atmósfera, ocurre cuando la fotosíntesis excede la respiración y, lentamente, la materia orgánica forma depósitos de sedimentos que, en ausencia de oxígeno y a lo largo de millones de años, se transforman en combustibles fósiles.

Los incendios (naturales) son un otro elemento del ciclo rápido que añaden CO2 a la atmósfera al consumir la biomasa y materia orgánica, y al provocar la muerte de plantas que acaban por descomponerse y formar también CO2.