Un pedazo de pan
¿Tiene carbono?
Sí: el pan se hace con harina de trigo, y el trigo es una planta.
¿Dónde estaba antes?
En la planta de trigo, que a su vez lo tomó del aire mientras crecía.
Clase 1 · Ciclo del carbono
Reservorios y flujos: dónde está el carbono
Macroscópico
Idea central. El carbono de la Tierra está repartido en depósitos de tamaños muy distintos, y en cada uno permanece durante tiempos muy distintos.
Qué necesitás traer
- Unidad 4 del programa
Recordatorio corto: una sustancia puede cambiar en una transformación química, pero los átomos que la forman no aparecen ni desaparecen. En esta clase seguimos a un solo tipo de átomo, el carbono, y nos preguntamos dónde está.
Desarrollo
Qué vemos
Pensá en tres cosas que tocaste o hiciste hoy.
El aire que exhalás
¿Tiene carbono?
Sí: sale con más dióxido de carbono ($\mathrm{CO_2}$) que el que entra.
¿Dónde estaba antes?
En lo que comiste. Ahora pasa al aire.
Una botella de plástico
¿Tiene carbono?
Sí.
¿Dónde estaba antes?
Averigualo: ¿de qué materia prima se fabrica el plástico de esa botella?
En los tres casos el carbono no apareció ahí: estaba antes en otro lugar y llegó por algún camino. Esa es la pregunta de toda la clase: ¿en qué lugares del planeta está el carbono, cuánto hay en cada uno y cuánto tiempo se queda?
Reservorio y flujo
Para responder hacen falta dos palabras que vamos a usar todo el bloque.
Reservorio
$\mathrm{PgC}$Qué es
Un lugar donde el carbono se acumula y del que se puede medir cuánto hay.
Qué se mide
Una masa: cuánto carbono hay guardado. Es una magnitud acumulada: una foto de un momento.
Ejemplo: la atmósfera contiene $591\ \mathrm{PgC}$.
Flujo
$\text{PgC/año}$Qué es
Un pasaje de carbono de un reservorio a otro.
Qué se mide
Una masa por unidad de tiempo: cuánto carbono pasa cada año. Describe algo que está pasando.
Ejemplo: la fotosíntesis pasa $113\ \text{PgC/año}$ de la atmósfera a las plantas.
Valores del ejemplo: IPCC (2021), AR6 WG1, cap. 5, Figura 5.12. Son valores preindustriales, de alrededor de 1750.
La unidad $\mathrm{PgC}$ se lee «petagramos de carbono». Un petagramo son mil millones de toneladas:
$$1\ \mathrm{PgC} = 1\,000\,000\,000\ \text{toneladas de carbono}$$
La diferencia entre las dos magnitudes importa. Decir «la atmósfera tiene 113» o «la fotosíntesis saca 591» mezcla una cantidad guardada con una cantidad que se mueve por año, y así las cuentas pierden sentido.
Pista: si la unidad dice «por año», es un flujo.
Dónde está el carbono
| Reservorio | Qué contiene | Masa de carbono | Tiempo de residencia | ¿Rápido o lento? |
|---|---|---|---|---|
| Atmósfera | Carbono en gases del aire, principalmente $\mathrm{CO_2}$ | $591\ \mathrm{PgC}$ | unos 3,5 años (estimación) | Rápido: años |
| Vegetación | Carbono en troncos, hojas y raíces | $450\ \mathrm{PgC}$ | unos 4 años (estimación) | Rápido: años |
| Suelos | Restos de plantas y otros seres vivos mezclados con la tierra | $1700\ \mathrm{PgC}$ | Dato a completar: las fuentes no dan el flujo que sale de los suelos | — |
| Océano | Carbono disuelto en el agua de mar y en los seres vivos marinos | unos $38\,700\ \mathrm{PgC}$ (suma de sus partes: 900 + 37.100 + 700 + 3) | unos 700 años (estimación) | Intermedio: siglos |
| Combustibles fósiles | Carbón, petróleo y gas natural bajo tierra | $928\ \mathrm{PgC}$ en reservas (580 + 230 + 118) | millones de años | Lento |
| Rocas | Carbono en rocas como la caliza | unos $65\,500\ \mathrm{PgC}$ | millones de años | Lento |
Algunas cosas para mirar en la tabla:
- Las reservas de combustibles fósiles son lo que se considera que se puede extraer. Bajo tierra hay más carbono fósil que ese.
- La masa del océano es la suma de cuatro partes que el IPCC da por separado. Casi todo ese carbono está en las zonas intermedias y profundas.
- La NASA estima que el ciclo lento, el de las rocas, tarda entre 100 y 200 millones de años.
Y estos son algunos de los flujos naturales que conectan esos reservorios:
| Flujo | Sale de | Llega a | Carbono que pasa por año |
|---|---|---|---|
| Fotosíntesis | Atmósfera | Vegetación | $113\ \text{PgC/año}$ |
| Respiración y fuego | Vegetación y suelos | Atmósfera | $111{,}1\ \text{PgC/año}$ |
| Del aire al mar | Atmósfera | Océano | $54{,}0\ \text{PgC/año}$ |
| Del mar al aire | Océano | Atmósfera | $54{,}6\ \text{PgC/año}$ |
| Vulcanismo | Rocas | Atmósfera | $0{,}1\ \text{PgC/año}$ |
Cómo pasa el carbono en cada flujo (qué le ocurre a la sustancia) es tema de la clase 2. Por ahora alcanza con saber de dónde sale, adónde llega y cuánto pasa por año.
Tiempo de residencia
Imaginá un tanque de agua con una canilla que lo llena y un desagüe que lo vacía. El agua que hay adentro es el stock, que corresponde a la masa del reservorio. Lo que sale por el desagüe cada minuto es el caudal, que corresponde al flujo de salida.
| Tanque de agua | Reservorio de carbono | |
|---|---|---|
| Lo acumulado | Litros en el tanque | Masa de carbono, en $\mathrm{PgC}$ |
| Lo que sale | Litros por minuto | Flujo de salida, en $\text{PgC/año}$ |
| Cuánto se queda, en promedio | Minutos | Años |
Si el tanque tiene 1000 litros y salen 100 litros por minuto, en 10 minutos sale una cantidad de agua igual a todo lo que había. Ese es el tiempo de residencia: cuánto tiempo pasa, en promedio, cada parte del contenido dentro del reservorio.
$$\tau = \frac{M}{F_{\text{salida}}}$$
donde $\tau$ (la letra griega «tau») es el tiempo de residencia, $M$ la masa del reservorio y $F_{\text{salida}}$ el flujo que sale de él. Para la atmósfera, con los datos de las tablas:
$$\tau_{\text{atmósfera}} = \frac{591\ \mathrm{PgC}}{(113 + 54{,}0)\ \text{PgC/año}} = \frac{591\ \mathrm{PgC}}{167\ \text{PgC/año}} \approx 3{,}5\ \text{años}$$
Fijate en las unidades: los $\mathrm{PgC}$ de arriba y de abajo se cancelan y quedan años. Si en tu cuenta quedan otras unidades, algo está mal planteado.
Dos aclaraciones sobre esta cuenta:
- Es una estimación. Las fuentes dan masas y flujos, no tiempos de residencia, así que la cuenta la hicimos nosotros. Supone además que el contenido del reservorio está bien mezclado.
- Que el carbono de la atmósfera se renueve en unos 3,5 años no significa que un exceso de $\mathrm{CO_2}$ desaparezca en 3,5 años. Mide cuánto tarda en cambiar de lugar cada átomo, no cuánto tarda en volver a la normalidad el reservorio. Esa diferencia se trabaja en la clase 3.
Antes de salir por el caño de escape
Un auto en marcha larga $\mathrm{CO_2}$ por el caño de escape. Muchas personas piensan que ese carbono se fabricó en el motor, pero la combustión no fabrica átomos de carbono: los toma de algún lado.
Pensá antes de abrir: ¿en qué reservorio de la tabla estaba el carbono que sale por ese caño?
Ver una respuesta para comparar con la tuya
Estaba en la nafta, que se hace con petróleo, y el petróleo forma parte del reservorio de combustibles fósiles. Al quemar la nafta, ese carbono pasa a la atmósfera. No hay carbono nuevo en el planeta: hay carbono que cambió de reservorio. Según la tabla, además, sale de un reservorio donde permanece millones de años y llega a uno donde se renueva en unos pocos años.
Exploración
Antes de tocar: elegí el reservorio que te parece que renueva su carbono más rápido y anotalo. Después movelo en el simulador y fijate si acertaste.
Datos del simulador: masas y flujos de IPCC (2021), AR6 WG1, cap. 5, Fig. 5.12; rocas de NASA Earth Observatory, The Carbon Cycle; «millones de años» de Ciclo de carbono.pdf, diap. 9. Los tiempos de residencia son estimaciones calculadas como masa ÷ flujo de salida. Donde las fuentes no traen el flujo de salida, el simulador muestra «dato a completar» y no inventa un número.
Para cerrar: poné el tiempo en 10 años y compará la atmósfera con el océano. ¿Cuál tiene más carbono? ¿Por cuál pasó más carbono en comparación con lo que guarda? Escribí en una oración por qué no es el mismo reservorio en las dos respuestas.
Láminas para descargar
Dónde está el carbono
Reservorio y flujo
Actividades
1. Dos maneras de ordenar
Usá la tabla «Dónde está el carbono».
- Ordená los seis reservorios de mayor a menor masa.
- Ordená los reservorios de mayor a menor tiempo de residencia. Los suelos no tienen dato: dejalos aparte y anotá por qué.
- Comparás las dos listas y encontrás que no coinciden. Explicá por escrito por qué, usando la fórmula $\tau = M / F_{\text{salida}}$ y al menos un par de reservorios de la tabla como ejemplo. Tu explicación tiene que decir qué otro dato, además de la masa, decide el tiempo de residencia.
2. ¿Dónde está la mayor parte del carbono?
Escribí una respuesta ordenada en tres partes. Solo cuentan como evidencia los datos de las tablas de esta clase, citando de qué fuente salen.
Autoevaluación
Ocho preguntas. Al elegir una opción aparece una explicación, tanto si acertaste como si no: leela aunque hayas acertado.
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