Clase 2 · Ciclo del carbono
Ciclo rápido y ciclo lento
MacroscópicoSubmicroscópico
Idea central. Los mismos átomos de carbono circulan por dos circuitos que funcionan a velocidades separadas por varios órdenes de magnitud.
Qué necesitás traer
Recordatorio corto de la clase 1: un reservorio es un lugar donde el carbono se acumula (se mide en $\mathrm{PgC}$) y un flujo es un pasaje de carbono de un reservorio a otro (se mide en $\text{PgC/año}$). Cada reservorio guarda su carbono durante tiempos muy distintos.
Desarrollo
Lo que se ve y lo que no se llega a ver
Algunos pasajes de carbono ocurren tan rápido que se pueden observar en un año o en una vida. Otros son tan lentos que ninguna persona los ve completos.
| Proceso | Qué se puede observar | ¿Se completa en una vida humana? |
|---|---|---|
| Fotosíntesis | Una planta crece y gana masa; en la atmósfera, el $\mathrm{CO_2}$ sube y baja según la temporada de crecimiento de las plantas. | Sí |
| Respiración | El aire que exhalás, o un animal que come plantas. | Sí |
| Descomposición | Una hoja caída que se pudre y desaparece en el suelo. | Sí |
| Formación de caliza | Conchillas en una playa o en una roca. Que se conviertan en roca no se llega a ver. | No |
| Formación de combustibles fósiles | Nada: ocurre bajo tierra, con calor y presión. | No |
Fuentes: Ciclo de carbono.pdf, diap. 6 y 9; NASA Earth Observatory, The Carbon Cycle (oscilación estacional del $\mathrm{CO_2}$, formación de caliza y de combustibles fósiles).
Tu material lo resume en dos etapas: una etapa rápida o biológica, donde intervienen los seres vivos, y una etapa lenta o geológica, que tarda millones de años (Ciclo de carbono.pdf, diap. 6, 8 y 9).
Qué le pasa al átomo de carbono
En todos los pasajes el átomo de carbono es el mismo. Lo que cambia es la sustancia de la que forma parte en cada tramo.
| Dónde está | En qué sustancia viaja el carbono | Cómo se escribe |
|---|---|---|
| En el aire | Dióxido de carbono, un gas | $\mathrm{CO_2}$ |
| En los seres vivos | Carbono orgánico: azúcares como la glucosa, que forman parte de las plantas y de lo que comemos | $\mathrm{C_6H_{12}O_6}$ (glucosa) |
| En el agua de ríos y mar | Ion bicarbonato, disuelto en el agua (una partícula con carga) | $\mathrm{HCO_3^-}$ |
| En conchillas y roca caliza | Carbonato de calcio, un sólido | $\mathrm{CaCO_3}$ |
| Bajo tierra | Carbón, petróleo y gas natural, que vienen de restos de seres vivos | Mezclas de muchas sustancias con carbono |
Fuentes: NASA Earth Observatory, The Carbon Cycle (azúcares en la fotosíntesis, bicarbonato y carbonato de calcio en la meteorización); Ciclo de carbono.pdf, diap. 9 ($\mathrm{CaCO_3}$ en la caliza). La fórmula de la glucosa es un recordatorio de la Unidad 4. Cómo se escriben estos cambios como ecuaciones balanceadas se ve en la clase 8.
Dos circuitos, dos velocidades
| Proceso | Reservorio de origen | Reservorio de destino | Sustancia que lleva el carbono | Circuito y escala de tiempo |
|---|---|---|---|---|
| Fotosíntesis | Atmósfera | Vegetación | $\mathrm{CO_2}$ → azúcares | Rápido: «se mide en una vida» |
| Respiración | Seres vivos | Atmósfera | Azúcares → $\mathrm{CO_2}$ | Rápido: «se mide en una vida» |
| Descomposición | Restos de seres vivos | Suelo y atmósfera | Carbono orgánico → $\mathrm{CO_2}$ | Rápido: «se mide en una vida» |
| Intercambio océano–atmósfera | Atmósfera / océano | Océano / atmósfera | $\mathrm{CO_2}$ que se disuelve o se escapa del agua | Rápido (escala en años: dato a completar) |
| Meteorización | Atmósfera y rocas | Ríos y océano | $\mathrm{CO_2}$ en la lluvia → $\mathrm{HCO_3^-}$ disuelto | Lento: algunos cientos de miles de años para reequilibrarse |
| Sedimentación y formación de caliza | Océano | Rocas | $\mathrm{HCO_3^-}$ → $\mathrm{CaCO_3}$ de conchillas | Lento: entre 100 y 200 millones de años para todo el ciclo lento |
| Formación de combustibles fósiles | Restos de seres vivos | Combustibles fósiles | Carbono orgánico → carbón, petróleo, gas | Lento: millones de años |
| Vulcanismo | Rocas | Atmósfera | Carbono de rocas → $\mathrm{CO_2}$ | Lento |
La diferencia no es solo de tiempo: también de cantidad. Según la NASA, cada año pasan por el circuito rápido entre $10^{15}$ y $10^{17}\ \mathrm{g}$ de carbono, y por el lento entre $10^{13}$ y $10^{14}\ \mathrm{g}$.
| Circuito rápido | Circuito lento | |
|---|---|---|
| Carbono que pasa por año | $10^{15}$ a $10^{17}\ \mathrm{g}$ (de mil a cien mil millones de toneladas) | $10^{13}$ a $10^{14}\ \mathrm{g}$ (de diez a cien millones de toneladas) |
| Cuánto tarda | Se mide en una vida | Entre 100 y 200 millones de años |
| Quién lo mueve | Seres vivos | Procesos geológicos: lluvia, ríos, sedimentos, volcanes |
Que el circuito lento mueva menos carbono por año no lo hace menos importante: es el que decide dónde queda guardada la mayor parte del carbono del planeta (las rocas, clase 1) y durante cuánto tiempo.
Antes de salir por el caño de escape, otra vez
El carbono de la nafta llegó a su reservorio por el circuito lento: restos de seres vivos que durante millones de años quedaron bajo tierra. Cuando se quema, vuelve a la atmósfera en segundos y entra al circuito rápido.
Pensá antes de abrir: ¿se fabricó carbono nuevo en el motor?
Ver una respuesta para comparar con la tuya
No. Son los mismos átomos de carbono que alguna vez estuvieron en seres vivos. La combustión no los crea: hace que un tramo que naturalmente tarda millones de años se recorra al revés en muy poco tiempo, y pasa carbono del circuito lento al rápido.
Animación
Descripción de la animación
La animación muestra seis depósitos de carbono dibujados como figuras de tamaño proporcional a cuánto carbono guardan: rocas (unos 65.500 PgC), océano (unos 38.700), suelos (1700), combustibles fósiles (928 en reservas), atmósfera (591) y vegetación (450). Los tamaños están comprimidos para que entren en pantalla, y así se avisa.
Primero se encienden las flechas del circuito rápido, con un reloj que cuenta años. La fotosíntesis lleva carbono del aire a las plantas, 113 PgC por año; la respiración y el fuego lo devuelven, 111,1 PgC por año; entre el aire y el mar pasan cerca de 54 PgC por año en cada sentido. Un átomo de carbono resaltado viaja del aire a una planta como dióxido de carbono, queda en la planta formando parte de un azúcar y vuelve al aire como dióxido de carbono cuando un ser vivo respira.
Después aparece un cartel que anuncia un cambio de reloj: ahora cuenta millones de años. Recién ahí se encienden las flechas del circuito lento. La lluvia, con dióxido de carbono disuelto, desgasta rocas; los ríos llevan el carbono al mar como ion bicarbonato; en el mar se forma carbonato de calcio en conchillas que, con el tiempo, forman roca caliza. Restos de seres vivos enterrados se transforman en carbón, petróleo y gas. Los volcanes devuelven carbono de las rocas al aire.
Al final los dos circuitos funcionan a la vez, cada uno con su reloj. El circuito rápido mueve entre mil y cien mil millones de toneladas de carbono por año y se completa en tiempos de una vida; el lento mueve entre diez y cien millones de toneladas por año y tarda entre 100 y 200 millones de años. La animación cierra con la tabla que compara los dos circuitos.
Fuentes de la animación: IPCC (2021), AR6 WG1, Fig. 5.12; NASA Earth Observatory, The Carbon Cycle. Esquema, no está a escala real.
Láminas para descargar
El átomo es el mismo, la sustancia cambia
Actividades
1. Del objeto al átomo
Elegí uno de estos dos casos: una hoja que se pudre en el suelo o una roca caliza en una sierra.
- Describí lo que se ve a simple vista.
- Contá el recorrido del átomo de carbono, tramo por tramo: en qué sustancia estaba antes, en cuál está ahora y en cuál va a estar después. Usá las fórmulas de la tabla «Qué le pasa al átomo de carbono».
- Decí a qué circuito pertenece y justificá con la escala de tiempo de la tabla.
2. Dos circuitos que se tocan
Afirmación a defender: la extracción de combustibles fósiles conecta dos circuitos que normalmente están separados por millones de años. Solo cuentan como evidencia los datos de las tablas de esta clase y de la clase 1, con su fuente.
Autoevaluación
Ocho preguntas. Al elegir una opción aparece una explicación: leela aunque hayas acertado.
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