El Carbono (C) es un elemento clave para la vida que está presente en todos los seres vivos. Este elemento no permanece en un mismo lugar, sino que circula constantemente en nuestro planeta en un proceso conocido como ciclo del carbono o ciclo biogeoquímico del carbono. En este artículo, os damos toda la información sobre el ciclo del carbono en la Tierra: os explicamos en qué consiste, cuál es su importancia, sus características y cuáles son sus etapas, pasos o fases, acompañado de ciclo del carbono dibujo y esquema.
¿Qué es el ciclo del carbono? Definición y en qué consiste
El ciclo biogeoquímico del carbono o ciclo del carbono es un ciclo biogeoquímico natural por el cual el elemento carbono circula de manera continua entre la atmósfera, los seres vivos, el suelo, los océanos y las rocas, a través de procesos biológicos, químicos, físicos y geológicos, en los que se transforma en dióxido de carbono, materia orgánica y compuestos minerales, lo cual permite su reciclaje y equilibrio global en la Tierra.
Etapas del ciclo del carbono fases o pasos
En el ciclo del carbono tienen lugar una serie de procesos continuos, pero para su comprensión y estudio se organizan en las siguientes etapas, fases o 7 pasos del ciclo del carbono:
1. Fotosíntesis
El dióxido de carbono (CO2) presente en la atmósfera es absorbido por plantas, algas y otros organismos que hacen la fotosíntesis.
2. Paso del carbono a la cadena alimentaria
El carbono fijado por los organismos fotosintéticos anteriores pasa a la cadena trófica cuando estos son consumidos por animales herbívoros y carnívoros, transfiriéndose entre los distintos niveles de la biosfera.
3. Respiración de los seres vivos
Durante la respiración celular, plantas, animales y microorganismos liberan dióxido de carbono nuevamente a la atmósfera.
4. Descomposición de materia orgánica
Cuando los organismos mueren, la materia orgánica es descompuesta por bacterias y hongos, liberando CO₂ y metano (CH4) a la atmósfera y carbono al suelo y al agua.
5. Fosilización
Tanto en la tierra como en el mar, parte del carbono orgánico queda enterrado durante millones de años bajo condiciones de presión y temperatura, dando lugar a combustibles fósiles como carbón, petróleo y gas natural.
6. Difusión o intercambio gaseoso océano-atmósfera
El CO2 se disuelve en los océanos, donde va a formar parte de los organismos marinos, y es liberado de vuelta a la atmósfera, ayudando a regular la concentración de este gas.
7. Combustión natural o por el hombre
Los procesos industriales humanos en los que se queman combustibles fósiles junto a los incendios forestales naturales espontáneos y las erupciones volcánicas, liberan grandes cantidades de CO₂ a la atmósfera, alterando el equilibrio natural del ciclo del carbono.
Cabe decir que todos estos procesos del ciclo del carbono, se dan al mismo tiempo, y constituyen un ciclo de balance delicado, que permite al carbono circular en distintos entornos y como parte de sustancias de muy distinta índole.
Aquí os dejamos esta tabla con el resumen de las etapas del ciclo del carbono.
| Etapa | Qué ocurre |
|---|---|
| Fotosíntesis | Las plantas absorben CO₂ de la atmósfera y lo transforman en materia orgánica |
| Cadena alimentaria | El carbono de las plantas pasa a los animales a través de la alimentación |
| Respiración | Los seres vivos liberan CO₂ a la atmósfera durante la respiración celular |
| Descomposición | Bacterias y hongos descomponen materia orgánica y liberan carbono |
| Fosilización | Parte del carbono enterrado forma combustibles fósiles con el tiempo |
| Intercambio oceánico | El CO₂ se disuelve en el océano y puede volver a la atmósfera |
| Combustión | La quema de combustibles fósiles libera carbono almacenado como CO₂ |
Esquema del ciclo del carbono dibujo
En el siguiente ciclo del carbono dibujo o esquema, ameno y fácil de entender se muestran las distintas fases del ciclo del carbono que acabamos de ver y cómo este elemento circula entre la atmósfera, los seres vivos, los océanos y las rocas, mediante procesos rápidos (biológicos) y lentos (geológicos), manteniendo un equilibrio dinámico.
Resumen del ciclo del carbono explicación
Aunque en Internet podéis encontrar buenas explicaciones del ciclo del carbono pdf o ciclo del carbono YouTube, a continuación, os contamos nuestro ciclo de carbono resumen.
Podemos comenzar el ciclo biogeoquímico del carbono en la atmósfera, de donde el dióxido de carbono es absorbido por las plantas terrestres en el proceso de fotosíntesis. Después, estas plantas son comidas por los animales, de modo que su carbono pasa a través de la cadena trófica. La respiración de todos los organismos devuelve el carbono a la atmósfera, también en forma de dióxido de carbono. Cuando éstos mueren, en el proceso de descomposición se libera CO2 a la atmósfera y carbono a la tierra, el cual, después de millones de años, se transforma en combustibles fósiles, que el ser humano puede extraer y liberar de nuevo CO2 a la atmósfera. Cabe añadir que los incendios y las erupciones volcánicas naturales también liberan CO2 a la atmósfera.
Paralelamente, en los mares y océanos, se produce el intercambio gaseoso con la atmósfera. Las algas, bacterias y otros fotosintetizadores, también incorporan el carbono disuelto en el agua y lo transfieren a la cadena trófica marina, el cual pasa a formar parte de las conchas de algunos animales y luego roca caliza cuando estos mueren; y si estas rocas son finalmente erosionadas, se vuelve a liberar el carbono.
Características del ciclo del carbono
El ciclo del carbono presenta una serie de características que explican cómo funciona y por qué es esencial para el equilibrio del planeta, así como lo diferencian de otros ciclos biogeoquímicos:
1. Es un ciclo natural y continuo
El carbono circula constantemente entre la atmósfera, los seres vivos, el agua y las rocas. En el ciclo del carbono en la naturaleza, este elemento no se pierde, sino que se transforma y se reutiliza una y otra vez.
2. Tiene un ciclo rápido y un ciclo lento
Una de las principales características del ciclo del carbono es que actúa en dos escalas de tiempo:
- El ciclo biológico del carbono, que es rápido y ocurre en años o décadas.
- El ciclo geológico del carbono, que es lento y puede tardar miles o millones de años.
3. Regula el dióxido de carbono (CO₂) en la atmósfera
El ciclo del carbono o ciclo del CO₂ ayuda a mantener el equilibrio del dióxido de carbono en la atmósfera. Este equilibrio es clave para controlar la temperatura del planeta y el efecto invernadero natural.
4. Es un ciclo global e interconectado
El ciclo global del carbono ocurre en todo el planeta: en continentes, océanos y atmósfera. Todos estos sistemas están conectados y forman una red de intercambio constante.
5. Intercambia carbono en distintas formas químicas
En el ciclo biogeoquímico del carbono en la naturaleza, el carbono no siempre circula como CO₂. También aparece en forma de materia orgánica, carbonatos, bicarbonatos y combustibles fósiles, transformándose continuamente entre compuestos orgánicos e inorgánicos.
6. Es sensible a las actividades humanas
Otra característica fundamental del ciclo del carbono es que, como veremos, puede alterarse fácilmente por la actividad humana, especialmente por la quema de combustibles fósiles y la deforestación.
7. El carbono es esencial para los seres vivos
Por último, su elemento principal, el carbono (C), es parte fundamental y soporte de los organismos vivos, ya que proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos, lípidos y otras moléculas esenciales para la vida, contienen carbono.
¿Cómo es el ciclo del carbono en la naturaleza?
En la Tierra, el carbono existe en distintas formas y lugares: desde las reservas minerales de bajo tierra de las que extraemos combustibles fósiles y el carbono inorgánico disuelto en el agua del mar, hasta el dióxido de carbono en la atmósfera producto de emisiones volcánicas o de la respiración de los seres vivos, así como de los procesos de descomposición de la materia orgánica en pantanos y otros terrenos. Algunos de estos lugares, se consideran depósitos o sumideros de carbono, mientras que otros son rutas de intercambio.
El ciclo del carbono en la Tierra presenta los siguientes depósitos o reservorios de carbono: el carbono atmosférico, el contenido en el cuerpo de los seres vivos en la biosfera (incluidos los seres marinos y acuáticos), el carbono disuelto en el agua del mar y depositado en el fondo de los océanos, y los depósitos minerales de la corteza terrestre, incluidos los de petróleo y otros hidrocarburos (litosfera).
En estos depósitos de carbono se llevan a cabo los intercambios mediante un ciclo rápido o biológico y un ciclo lento o geológico, los cuales están enlazados y conectados entre sí. El primero, comprende el intercambio rápido de carbono entre los organismos vivos y la atmósfera; mientras que el segundo, controla las transferencias de CO2 entre la biosfera y los demás reservorios a través de procesos geológicos lentos y a largo plazo.
A continuación, vamos a ver qué procesos o fases del ciclo del carbono ocurren en cada depósito o sumidero:
Carbono en la atmósfera
El carbono en la atmósfera terrestre existe en dos formas principales: dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4). Ambos gases, absorben y retienen calor en la atmósfera y son parcialmente responsables del efecto invernadero.
El dióxido de carbono deja la atmósfera a través de la fotosíntesis, pasando a las biosferas terrestres y oceánicas.
El CO2 también se disuelve directamente de la atmósfera a los cuerpos de agua por difusión (océanos, lagos, etc.).
Procesos biológicos del carbono en los seres vivos o ciclo biológico del carbono
La biosfera terrestre incluye el carbono orgánico en todos los organismos, tanto vivos como muertos, además del carbono inorgánico almacenado en los suelos.
El carbono orgánico es un componente importante de todos los organismos que viven en el planeta. Los organismos autótrofos lo extraen del aire en la forma de dióxido de carbono, convirtiéndolo en carbono orgánico a través de la fotosíntesis, mientras que los heterótrofos reciben el carbono al consumir a otros organismos.
Después, el carbono deja la biosfera terrestre de varias maneras y en escalas de tiempo diferentes. La combustión o la respiración, lo libera rápidamente a la atmósfera. En la medida en 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 orgánica y como producto final de combustión del petróleo, hulla, gasolina, etc.
El carbono también puede ser exportado a los océanos a través de los ríos, donde el agua lo transporta de las rocas erosionadas que contienen carbono inorgánico, o por difusión directa con la atmósfera. Y allí, también va a pasar por la cadena trófica marina.
Carbono en los océanos (hidrosfera)
Los océanos contienen el depósito activo más grande de carbono cerca la superficie de la Tierra. La capa superficial del océano guarda grandes cantidades de carbono orgánico disuelto que se intercambia rápidamente con la atmósfera; no obstante, la concentración de la capa profunda de carbono inorgánico disuelto, es aproximadamente 15% mayor que la de la capa superficial, donde está almacenado por periodos mucho más largos. La circulación termohalina intercambia carbono entre estas dos capas.
El carbono ingresa al océano principalmente a través de la disolución de dióxido de carbono atmosférico, convirtiéndose en carbonato. También puede introducirse a través de los ríos como carbono orgánico disuelto. En el agua, puede ser procesado mediante la cadena alimentaria o puede precipitarse a las capas más profundas, formando parte de tejido blando muerto o de conchas de animales, como carbonato de calcio. Con el tiempo, esto se acumula, sedimenta y forma piedra caliza. Luego, si estas rocas son erosionadas, se libera carbono de nuevo.
Asimismo, cuando está disuelto en el agua, el dióxido de carbono reacciona con las moléculas de agua y forma ácido carbónico, el cual contribuye a la acidez oceánica y de las rocas.
Procesos geológicos del carbono en la litosfera o ciclo geológico del carbono
Los procesos geológicos constituyen el ciclo lento del carbono.
La mayoría del carbono está almacenado en forma inerte en la litosfera; una gran parte está en el manto de la Tierra desde la formación de esta. Aproximadamente, el 80% es roca caliza, la cual se forma por la sedimentación del carbonato de calcio almacenado en las conchas de los organismos marinos. El 20% restante, está almacenado en querógenos, formado a través de la sedimentación y entierro de organismos terrestres bajo condiciones de alta presión y temperatura. El carbono almacenado puede permanecer allí por millones de años.
Sin embargo, el carbono puede abandonar la litosfera de varias formas. El dióxido de carbono es liberado durante la metamorfosis de rocas carbonatadas cuando estas se deslizan en el manto terrestre. Este dióxido de carbono puede liberarse a la atmósfera y océano a través de volcanes y puntos calientes.
También puede ser retirado por el hombre a través de la extracción directa de combustibles fósiles. Después de la extracción, los combustibles fósiles son quemados para liberar energía, liberando a la atmósfera el carbono que almacenan.
Y asimismo, la piedra caliza puede quedar expuesta debido a movimientos en la Tierra y ser erosionada, lo que también libera carbono a la atmósfera.
Importancia del ciclo del carbono
Con respecto al ciclo del carbono importancia, este ciclo es fundamental para la vida porque:
Es base de la vida y equilibra los ecosistemas
El carbono es un elemento esencial para los seres vivos, los cuales están compuestos, en mayor o menor medida, por este elemento y se alimentan del mismo bajo diversas formas. Por tanto, sin el establecimiento de este ciclo, la vida hubiese sido imposible en nuestro querido planeta, y una interrupción en él, significaría el empobrecimiento de numerosos ámbitos vitales y, posiblemente, el fin de la vida tal y como la conocemos.
Dado que el carbono es un elemento clave para la vida y para la mayoría de los compuestos orgánicos conocidos, se encuentra involucrado en numerosas sustancias de origen orgánico e inorgánico, en una transmisión continua que permite su reutilización y reciclaje, manteniendo los niveles de dicho elemento en un balance global.
Regula el clima
El ciclo del carbono regula el clima terrestre al controlar la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera, actuando como un termostato natural que equilibra el efecto invernadero. Al intercambiar carbono entre atmósfera, océanos y tierra, mantiene temperaturas aptas para la vida, mitigando fluctuaciones térmicas y sosteniendo el equilibrio ecológico global. Por eso a este ciclo también se le denomina ciclo del dióxido de carbono o ciclo del CO2.
Fuente de energía
Este ciclo también ha sido y es importante para nuestro desarrollo económico. Los compuestos de carbono de plantas y algas que existieron hace mucho tiempo, forman los combustibles fósiles, como el carbón y el gas natural, que usamos actualmente como fuentes de energía.
Ciclo del carbono y cambio climático: efecto invernadero y calentamiento global
Sin embargo, cuando los combustibles fósiles se queman, se libera dióxido de carbono al aire, lo que resulta en niveles cada vez mayores de CO2 atmosférico. Este aumento en los niveles de CO2 y otros gases como el metano, aumenta el efecto invernadero de forma artificial, causando el calentamiento global de la Tierra y la crisis de cambio climático en la que nos hallamos.
Alteraciones humanas del ciclo del carbono
Las actividades humanas han alterado drásticamente el ciclo del carbono, principalmente mediante la quema de combustibles fósiles, la deforestación y la agricultura industrial:
- Combustión de recursos fósiles: está claro que la influencia humana más grande y más directa en el ciclo de carbono, es a través de las emisiones directas provenientes de la quema de combustibles fósiles, lo cual transfiere carbono de la geosfera a la atmósfera de forma rápida, favoreciendo el calentamiento global, como ya hemos mencionado.
- Deforestación y cambio de uso de suelo: la tala y quema de bosques reducen la capacidad natural de absorción de CO2 de estos sumideros y liberan el carbono almacenado también a la atmósfera.
- Industria y agricultura: procesos industriales como la producción de cemento, y prácticas agrícolas (ganadería, cultivo de arroz) liberan grandes cantidades de dióxido de carbono y metano
Tales actuaciones, pueden tener efectos dramáticos en ecosistemas altamente sensibles, como los arrecifes de coral, limitando la capacidad del océano para absorber carbono atmosférico en una escala regional y reduciendo la biodiversidad oceánica globalmente.
El ciclo del carbono es un proceso esencial que permite el reciclaje continuo del carbono entre la atmósfera, los seres vivos, los océanos y la litosfera. Mantener su equilibrio es crucial, ya que su alteración por la actividad humana está directamente relacionada con el cambio climático y el calentamiento global que estamos presenciando.