Cicle del carboni

La desforestació modifica el cicle natural del carboni.

El cicle del carboni és un cicle biogeoquímic en el qual intervenen els bescanvis de l'element carboni referits a qualsevol planeta. En el cas de la Terra aquest cicle és particularment complex pel fet d'haver diversos intercanvis entre els oceans, les roques, la matèria viva i l'Atmosfera. Hi ha quatre reservoris coneguts de carboni: la hidrosfera, la litosfera, la biosfera i l'Atmosfera terrestre.

Els intercanvis de carboni s'expressen com milers de milions de tones, gigatones o també com Gt/any; les tres expressions signifiquen la mateixa quantitat.

Esquemes

Diagrama del cicle del carboni. Els números negres indiquen quant de carboni està emmagatzemat en diversos reservoris, en milers de milions de tones (GtC significa "gigatones de carbó"; les quantitats daten d'aproximadament el 2004). Els números liles indiquen quant de carboni canvia de reservori d'un any a l'altre. Els sediments, tal com estan definits en aquest diagrama, no inclouen els ~70 milions de GtC de roca carbonada i querogen.

Esquema del cicle del carboni

El gran interès del cicle del carboni

Cicle simplificat del carboni

Es creu que actualment s'ha produït en els darrers decennis un escalfament global molt acusat. Aquest és degut en gran part a l'emissió de dos gasos a l'atmosfera, els dos d'efecte hivernacle,: el diòxid de carboni (CO₂) i el metà (CH₄). El seu flux a l'atmosfera terrestre ha d'ésser quantificat per tal de comprendre, i sobretot de preveure, el paper de les activitats humanes en el canvi climàtic.

Per això cal distingir :

• Els fluxos ràpids, susceptibles de tenir conseqüències a curt termini sobre el clima (d'un decenni a uns segles) ;
• Els fluxos bastant lents a mitjà termini (uns quants segles) ;
• Els fluxos molt lents a llarg termini (diversos milions d'anys) : aquests darrers no són origen del recent canvi climàtic i no poden equilibrar el diòxid de carboni antropogènic.

Origen volcànic del carboni

El cicle del carboni comença amb l'arribada de diòxid de carboni a la superfície de la Terra.que prové de l'interior de la terra a través de les erupcions volcàniques i així s'emet a l'atmosfera gasos com el mateix diòxid de carboni i el monòxid de carboni (CO₂ i CO). L'atmosfera primitiva de la Terra estava composta principalment per CO₂. Avui aquesta emissió de gasos continua però en un flux dèbil al voltant de 0,1 Gt/any.

La major part d'aquest CO₂ original ha estat introduït en els reservoris de la biosfera, la litosfera i els oceans.

Els reservoris de carboni de renovació ràpida

Bescanvis atmosfera-biosfera

Els éssers vius intercanvien 60 Gt/any de carboni amb l'atmosfera. Aquest bescanvi es fa en els dos sentits: mentre que la fermentació, la respiració, els bacteris, els animals i els vegetals desprenen CO₂, la fotosíntesi dels organismes fotosintetitzadors fixa el carboni dins la matèria orgànica o la biomassa. Aquests dos mecanismes són partícips al mateix temps del cicle del carboni i del cicle de l'oxigen. Aquest canvi està equilibrat si no es té en compte l'efecte de la desforestació.

Les fórmules químiques d'aquests intercanvis són:

• Fotosíntesi:

6 H₂O + 6 CO₂ + energia solar ⇒ C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

aigua + diòxid de carboni + energia solar ⇒ glucosa + diòxid d'oxigen gasós

• Respiració cel·lular :

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ ⇒ 6 H₂0 + 6 CO₂ + energia

glucosa + diòxid d'oxigen gasós ⇒ aigua + diòxid de carboni + energia (que permet unir un grup fosfat a un ADP per formar l'ATP)

• Fermentació :

C₆H₁₂O₆ ⇒ 6 CO₂ + energia + productes de rebuig

glucosa ===⇒ diòxid de carboni + energia (que permet unir un grup fosfat a un ADP per formar l'ATP) + productes de rebuig diversos (metà, etanol etc.)

Dins un ecosistema en equilibri, la quantitat neta de diòxid d'oxigen produït pels organismes autòtrofs (fotosíntesi) és igual a la quantitat de diòxid d'oxigen consumida pels organismes heteròtrofs (respiració).

Però alguns ecosistemes no es troben pas en equilibri, com en el cas de les torberes: que emmagatzemen els residus vegetals en els sòls, la torba. Aquesta biomassa morta s'ha estimat com 1600 Gt/any de carboni, dues vegades la quantitat de carboni existent en la biomassa " viva."

Bescanvis amb la hidrosfera

Pel fet de la gran solubilitat del diòxid de carboni en l'aigua i el gran volum dels oceans, la capacitat d'emmagatzemament de les capes superiors de la hidrosfera és enorme fins a 63 vegades la de l'atmosfera gràcies a la diversitat de les formes de carboni dels oceans: d'una banda el CO₂ es transforma en carbonat d'hidrogen (HCO₃^-) i també pot passar a ió carbonat (CO₃^2-).

$CO_{2}+H_{2}O\leftrightarrow (HCO_{3}^{-})+H^{+}\leftrightarrow CO_{3}^{2-}+2H^{+}$

El repartiment del CO₂ en la hidrosfera és aproximadament el següent :

1% com diòxid de carboni lliure (CO₂)

90% com carbonats d'hidrogen (HCO₃^-)

9% com ions carbonats (CO₃^2-)

Els bescanvis lents en la litosfera

Intercanvis biosfera-litosfera (fossilització)

La fossilització dels éssers vius requereix milions d'anys. Com que el nombre d'organismes no pot augmentar significativament, de forma brusca, aquesta transferència no canvia gaire al llarg del temps, s'estima que és menor de 0.5 Gt/any.

Els intercanvis hidrosfera-litosfera (sedimentació)

La sedimentació en els oceans : les closques dels crustacis, dels mol·luscs o de les algues planctòniques es formen per precipitació de la calç com a carbonat de calci a partir d'elements dissolts:

$Ca^{2+}+2(HCO_{3}^{-})\leftrightarrow CaCO_{3}+CO_{2}+H_{2}O$

Aquesta precipitació pot ser espontània en determinades condicions fisico-químiques.

La sedimentació de les closques és l'origen de la major part de les roques calcàries. El carbonat de calci (CaCO₃) resta emmagatzemat durant milions d'anys (taxa de renovació mitjana : 330 milions d'anys, molt elevada si es compara amb la taxa de renovació del carboni atmosfèric que és de només 5 anys).

Aportació dels meteorits

L'impacte d'un meteorit amb la Terra resulta excepcional, l'aportació de carboni no està quantificada.

Les activitats humanes modificadores del cicle del carboni

Modificació humana del cicle del carboni (1990-1999)

Al voltant de la meitat del carboni ha estat reabsorbit per la biosfera, per la fotosíntesi incrementada i en els oceans per dissolució en l'aigua. Les quantitats emeses per lactivitat humana cap a l'atmosfera són :

• 6.4 Gt/any per la dècada de 1990.
• 7.2 Gt/any pel període 2000-2005.
• Segons l'Acadèmia Nacional de les Ciències dels Estats Units, per a 2000-2006, 10 Gt/any de carboni han estat emeses un 37% més respecte a 1990.

Combustió

Concentracions i flux de CO2 atmosfèric

Plataforma petroliera al Golf de Mèxic.

Les intervencions més evidents de la humanitat són :

• La combustió massiva de matèria orgànica deguda a la desforestació,
• La combustió de roques carbonatades (carbó, petroli, gas) que deixen anar grans quantitats de CO2.

Aquestes emissions desequilibren els intercanvis amb altres reservoris de carboni com els intercanvis amb els oceans. El metà i el diòxid de carboni injectat a l'atmosfera accentuen l'efecte hivernacle.

El desequilibri prové del fet que els mecanismes que aporten el carboni en la litosfera són molt lents : (0.2 Gt/any) comparats amb les quantitats de carboni emesos per les activitats humanes (6 Gt/any). La solució pot ser la reducció del consum de carbó petroli i gas per part de la humanitat.

Enllaços externs

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Cicle del carboni

• Esquema detallat del cicle del carboni
• Web dedicada al cicle del carboni, útil pels estudiants de secundària .
• Esquema del cicle del carboni i de l'oxigen Arxivat 2008-12-19 a Wayback Machine..