Ciclo del carbono
Ciclo del carbono.
El ciclo del
carbono son las transformaciones químicas de compuestos que
contienen carbono en los intercambios
entre biosfera, atmósfera, hidrosfera y litosfera.
Es un ciclo de gran importancia para la supervivencia
de los seres vivos en nuestro planeta, debido a que de él depende la
producción de materia organica que es el alimento basico y
fundamental de todo ser vivo.
El carbono es un componente esencial para los
vegetales y animales. Interviene en la fotosíntesis bajo la
forma de CO2 (dióxido de carbono) o deH2CO3 (acido
carbónico), tal como se encuentran en la atmósfera.
Forma parte de compuestos como:
la glucosa, carbohidrato fundamental para la realización de
procesos como la respiración y la
alimentación de los seres vivos, y del cual se derivan sucesivamente la
mayoría de los demas alimentos.
La reserva fundamental de carbono, en moléculas de CO2 que los
seres vivos puedan asimilar, es la atmósfera y
la hidrosfera. Este gas esta en la atmósfera en una
concentración de mas del 0,03% y cada año aproximadamente
un 5% de estas reservas de CO2 se consumen en los procesos de
fotosíntesis, es decir que todo el anhídrido carbónico se
renueva en la atmósfera cada 21 años.
La vuelta de CO2 a la atmósfera se hace cuando en
la respiración, los seres
vivos oxidan los alimentos produciendo CO2. En el conjunto
de la biosfera la mayor parte de la respiración la hacen las raíces
de las plantas y losorganismos del suelo y no, como podría parecer, los animales
mas visibles.
Los productos finales de la combustión son
CO2 y vapor de agua. El equilibrio en la
producción y consumo de cada uno de ellos por medio de la
fotosíntesis hace posible la vida.
Los vegetales verdes que contienen clorofila toman el CO2 del
aire y durante la fotosíntesis
liberan oxígeno, ademas producen el material nutritivo
indispensable para los seres vivos. Como
todas las plantas verdes de la tierra ejecutan ese
mismo proceso diariamente, no es posible siquiera imaginar la cantidad de
CO2 empleada en la fotosíntesis.
En la medida de que el CO2 es consumido por las plantas, también es
remplazado por medio de la respiración de los seres vivos, por la
descomposición de la materia organica y como
producto final de combustión
del petróleo, hulla, gasolina, etc.
En el ciclo del
carbono participan los seres vivos y muchos fenómenos naturales como los incendios.
Los seres vivos acuaticos toman el CO2 del agua.
La solubilidad de este gas en el agua es muy superior
a la que tiene en el aire.
EL CARBONO.
En la naturaleza el carbono se halla por doquier: en el agua bajo la forma de
compuestos carbónicos disueltos (los carbonatos), y en el aire como
dióxido de carbono o anhídrido carbónico. Todos los
organismos vivos estan constituidos por compuestos de carbono, que
obtienen como
resultado de sus procesos metabólicos realizados durante su crecimiento
y desarrollo, y que son liberadoscuando éstos mueren. Aproximadamente,
el 50% del
peso seco de cualquier organismo lo constituye este elemento, por lo que es uno
de los mas importantes de la vida (Smith et al., 1993b).
El ciclo del carbono
(figura 2.1) comienza con la fijación del anhídrido carbónico
atmosférico a través de los procesos de la fotosíntesis,
realizada por las plantas y ciertos microorganismos. En este
proceso, el anhídrido carbónico y el agua reaccionan para formar
carbohidratos y liberar oxígeno en forma simultanea, que pasa a
la atmósfera. Parte del carbohidrato se consume directamente para
suministrar energía a la planta, y el anhídrido carbónico
así formado se libera a través de sus hojas o de sus
raíces. Otra parte es consumida por los animales, que
también respiran y liberan anhídrido carbónico. Las
plantas y los animales mueren y son finalmente descompuestos por
microorganismos del
suelo, lo que da como
resultado que el carbono de sus tejidos se oxide en anhídrido
carbónico y regrese a la atmósfera (Schimel, 1995; Smith et al.,
1993a).
La fijación de carbono por bacterias y animales es otra manera de disminuir
la cantidad de bióxido de carbono, aunque cuantitativamente menos
importante que la fijación de carbono por las plantas.
Cuando los organismos vegetales son comprimidos por
depositación, no son atacados por las bacterias, sino que sufren una
serie de cambios químicos para formar turba, luego carbón pardo o
lignita, y finalmente carbón. Los cuerpos dealgunos organismos marinos pueden sufrir cambios semejantes y formar, en un
largo periodo, petróleo. Estos fenómenos significan la
sustracción de parte del carbono al ciclo, pero
mas tarde los trastornos geológicos o las obras de minería
leo, que sera quemado hasta convertirlo en CO2, volviendo en esta forma
al ciclo inicial.
La mayor parte del
carbono de la Tierra se encuentra en rocas bajo la forma de carbonatos, como la piedra caliza y
el marmol. Las rocas se gastan poco a poco y con el tiempo los
carbonatos vuelven al ciclo del carbono. Sin embargo, en el
fondo del
mar se forman otras rocas a partir de los sedimentos de animales y plantas
muertas, de modo que la cantidad de carbono en el ciclo permanece casi
constante (Sampson et al., 1993).
EL CARBONO EN ECOSISTEMAS FORESTALES
El CO2 atmosférico es incorporado a los procesos metabólicos de
las plantas mediante la fotosíntesis. Este CO2
participa en la composición de todas las estructuras necesarias para que
el arbol pueda desarrollarse (follaje, ramas, raíces y tronco).
Al crecer, éste incrementa su follaje, ramas, flores,
frutos y yemas de crecimiento (que en su conjunto conforman la copa) así
como su altura
y el grosor de su tronco. La copa necesita espacio para recibir energía
solar sobre las hojas, lo que da lugar a que las copas de los arboles
compitan por esta energía. Esto origina, a su vez, un
dosel cerrado. Los componentes de la copa aportan materia organica al
suelo, que aldegradarse se incorpora paulatinamente y da origen
al humus estable, éste, a su vez, aporta nuevamente CO2 al entorno.
Simultaneamente, los troncos al ir aumentando su diametro y
altura alcanzaran un tamaño aprovechable
en términos comerciales, pudiéndose extraer productos como tablas, tablones y polines, que daran origen a
subproductos elaborados, como
muebles y casas. Estos productos finales tienen un
tiempo de vida determinado, después del cual se degradan aportando CO2 al suelo
y/o a la atmósfera.
Durante el tiempo en que el CO2 se encuentra constituyendo alguna estructura del
arbol y hasta que es enviado nuevamente al suelo o a la
atmósfera, se considera almacenado. En el momento de su
liberación (ya sea por la descomposición de la materia
organica y/o por la quema de la biomasa) el CO2 fluye para regresar al
ciclo del
carbono.
La figura 2.2. representa los flujos y almacenes de carbono en un ecosistema
forestal, donde el follaje, las ramas, las raíces, el tronco, los desechos,
los productos y el humus estable son almacenes de carbono, que se
reincorporaran al ciclo por descomposición y/o quema de la
biomasa forestal.
LA CAPTURA UNITARIA DE CARBONO
Para definir la captura unitaria de carbono se
estima el carbono contenido en diferentes almacenes (que pueden ser emitidos o
ahorrados, según Masera, 1995).
Estos almacenes incluyen
Cv= carbono contenido en la vegetación;
Cd= carbono contenido en la materia organica en
descomposición;
Cs=carbono contenido en los suelos;
Cp= carbono contenido en productos forestales (e.g., muebles, papel) y
Cf= carbono ahorrado por no utilizar combustibles fósiles (por ej.,
proyectos bioenergéticos).
2.3.1. CARBONO EN VEGETACIÓN (CV
El carbono en vegetación es la suma del contenido en la biomasa aérea y
la que se halla en la biomasa de las raíces. La biomasa aérea
comprende el tronco, las hojas, las ramas y el follaje, mientras que el carbono
contenido en las raíces es definido como biomasa de las
raíces.
2.3.2. CARBONO EN DESCOMPOSICIÓN (CD
Es el contenido en la materia organica que se encuentra en proceso de
descomposición; es originada cuando las estructuras vegetales como las hojas, las ramas
o el tronco son depositadas en el suelo.
2.3.3. CARBONO EN EL SUELO (CS
Es el carbono contenido en las capas que conforman el suelo forestal. Se
origina por la fragmentación de la roca madre
meteorizada por el establecimiento de un organismo vegetal que con el tiempo
forma capas por depositación de materiales. Al irse acumulando
éstas y compactando, almacenan una cierta cantidad de carbono, misma que
aumentara por la continuidad del
proceso de formación del
suelo.
2.3.4. CARBONO EN PRODUCTOS (CP
Son los productos forestales que almacenan carbono durante todo el tiempo de
vida del
producto. Cuando éste termina, el carbono se incorporara al ciclo
dependiendo del
proceso de degradación del
producto. Mientras mayor sea la vida media deun producto
forestal el carbono estara almacenado por mas tiempo.
2.3.5. CARBONO AHORRADO POR SUSTITUCIÓN DE COMBUSTIBLES FÓSILES
(CF
Es una alternativa para capturar carbono sustituyendo combustibles
fósiles por el uso de la biomasa forestal para la producción de
energía. La captura unitaria de carbono Ct parte de la siguiente
ecuación:
Ct = Cv + Cd + Cs + Cp + Cf
y como resultado de la sumatoria se obtiene Ct que es igual al carbono total
fijado (en ton/ha) o se puede estimar dinamicamente como:
Ct = ò (Cv + Cd + Cs + Cp) / T + S Cf donde T = tiempo
De esta forma Ct es el promedio del carbono fijado en vegetación, materia
en descomposición, suelos y productos forestales, mas la suma del
carbono ahorrado por la sustitución de combustibles fósiles
debido al uso de bioenergía.
En las opciones forestales de mitigación la captura de
carbono se mide en toneladas de carbono por ha (tC/ha/año). Se
define, asimismo, una captura unitaria “neta”, es decir, la captura
que resulta de la diferencia entre llevar a cabo la opción seleccionada
y el uso alternativo (por ejemplo, la diferencia entre el contenido de carbono
en un bosque y en una parcela agrícola).
La captura unitaria neta de carbono, Cnet, por la puesta en practica de
la opción seleccionada esta dada como
Cnet = Ctp - Ctref
donde:
Ctp = carbono total fijado en la opción de manejo bajo analisis.
Ctref = carbono total fijado en el uso (alternativo) del suelo sin proyecto.
