El carbono es el elemento no metálico tetravalente más esencial que forma un componente fundamental de toda la vida en el Planeta Tierra . Después del hidrógeno, el helio y el oxígeno, el carbono es el cuarto elemento más predominante en el universo por masa y el decimoquinto elemento más abundante en la corteza terrestre . Los océanos son una gran reserva de carbono que contiene 36 000 gigatoneladas de carbono, aproximadamente 60 veces más que la atmósfera . También conocido como el Ciclo del Carbono Marino, el Ciclo del Carbono Oceánico se refiere a los procesos mediante los cuales el carbono se intercambia continuamente dentro del océano y con la atmósfera. A través del Ciclo del Carbono Oceánico, los océanos juegan un papel esencial en la mitigación del calentamiento global al absorber el exceso de emisiones de dióxido de carbono. Sin embargo, a medida que el cambio climático antropogénico continúa afectando la circulación oceánica, la dinámica de los ecosistemas y los ciclos biogeoquímicos cruciales, el destino futuro de los océanos como un importante sumidero de carbono se vuelve bastante incierto día a día.
Ciclo del Carbono Oceánico
Debido al gran tamaño de los océanos y al intercambio comparativamente rápido de dióxido de carbono con la atmósfera, el ciclo oceánico del carbono desempeña un papel fundamental en el control de la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera a lo largo de escalas de tiempo de siglos o más. Por lo tanto, cualquier ligero cambio en los componentes naturales de este Ciclo del Carbono Marino afectará significativamente el sistema climático de la Tierra.
El Ciclo del Carbono Oceánico contiene carbono inorgánico y orgánico dependiendo de la composición. El carbono inorgánico se encuentra en compuestos simples como dióxido de carbono, carbonatos, ácido carbónico y bicarbonato. El carbono orgánico forma el componente principal de compuestos orgánicos como proteínas, carbohidratos, ácidos nucleicos y lípidos. Además, el carbono inorgánico en los océanos se puede clasificar en dos tipos: carbono inorgánico disuelto (DIC) y carbono inorgánico en partículas (PIC). Del mismo modo, hay dos formas de carbono orgánico en los océanos: carbono orgánico disuelto y carbono orgánico particulado.
Bombas marinas de carbón
En términos simples, la capacidad de equilibrio del carbono del sistema de dióxido de carbono combinada con las masas relativas del océano y la atmósfera ayuda a determinar la partición del carbono entre el océano y la atmósfera. Sin embargo, el carbono inorgánico disuelto muestra un fuerte gradiente vertical en el océano, con concentraciones bajas cerca de la superficie y concentraciones comparativamente altas en las profundidades. Las bombas de carbono oceánico mantienen estos gradientes de carbono inorgánico disuelto y, por lo tanto, son cruciales para regular la partición de carbono entre el océano y la atmósfera.
Bomba de solubilidad
La bomba de solubilidad se refiere al proceso fisicoquímico mediante el cual el carbono se transporta desde la superficie del océano hasta sus profundidades como carbono inorgánico disuelto. Esta bomba de solubilidad es, a su vez, impulsada por dos procesos oceánicos: la solubilidad del dióxido de carbono en el agua y el cinturón transportador oceánico global (circulación termohalina). Cabe señalar que el dióxido de carbono es más soluble en aguas frías; por lo tanto, en latitudes altas donde ocurre el enfriamiento de la superficie, esta agua cargada de dióxido de carbono se hunde en las profundidades del océano y se convierte en parte de la circulación termohalina. En latitudes ecuatoriales más cálidas , cuando estas aguas profundas emergen , el dióxido de carbono regresa a la atmósfera.
Bomba de carbonato
A menudo denominada “contrabomba de carbonato”, la bomba de carbonato comienza con los organismos marinos que se encuentran en la superficie del océano y genera partículas de carbono inorgánico en forma de carbonato de calcio. Este carbonato de calcio da como resultado la formación de las conchas duras del cuerpo de estos organismos marinos. La formación de capa, a su vez, aumenta el dióxido de carbono atmosférico. El grupo de fitoplancton Coccolithophore exclusivamente marino, ecológicamente significativo, juega un papel vital en el ciclo del carbono oceánico. Estos organismos que producen caparazones de carbonato de calcio son los contribuyentes esenciales de la bomba de carbonato y ayudan en el transporte descendente del carbonato de calcio.
Bomba biológica
La bomba de carbono biológico marino está en el corazón del Ciclo del Carbono Oceánico. Este proceso mediado biológicamente involucra la absorción fotosintética de dióxido de carbono atmosférico por parte de microorganismos marinos, lo que resulta en el secuestro de carbono en los océanos profundos lejos de la tierra y la atmósfera. La bomba biológica tiene diferentes fases: la primera implica la producción de carbono fijado por los fotótrofos planctónicos a través de la fotosíntesis en la zona eufótica del océano. Algunos plancton combinan calcio y carbonatos disueltos para formar su capa protectora de carbonato de calcio.
Una vez que se fija este carbono, los microorganismos marinos permanecen en la zona de luz solar para ser reciclados o, si mueren, se hunden en el fondo del océano. Este carbono fijado luego se descompone por bacterias y se remineraliza para ser utilizado nuevamente para la producción primaria. Algunas partículas que escapan a estos procesos son secuestradas en el sedimento y permanecen allí durante milenios. Este carbono secuestrado es eventualmente responsable de reducir las concentraciones de dióxido de carbono atmosférico.
Se estima que la bomba biológica en general transfiere aproximadamente 10,2 gigatoneladas de carbono al año a las profundidades del océano y, en promedio, un total de 1300 gigatoneladas de carbono durante 127 años. Esto significa que el carbono permanece fuera de contacto con la atmósfera durante miles de años. Además, sin una bomba biológica en los océanos, el nivel de dióxido de carbono atmosférico sería unas 400 ppm superior al actual.
Entradas y salidas del ciclo del carbono oceánico
Existen numerosos aportes al ciclo del carbono marino, pero en términos netos, la atmósfera y los ríos realizan las principales contribuciones. Los ríos transportan carbono orgánico a los océanos a través de diferentes procesos como la meteorización y la erosión de minerales y rocas carbonatadas. Antes del comienzo de la Revolución Industrial , la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera era de aproximadamente 280 ppm. Durante este período, el flujo de carbono dentro y fuera de la atmósfera estuvo muy equilibrado. Sin embargo, a lo largo de los años, la concentración de dióxido de carbono atmosférico ha aumentado rápidamente debido a las actividades industriales. La tasa de intercambio a la que el dióxido de carbono se absorbe en la superficie del océano desde la atmósfera varía mucho. Además, la capacidad de los océanos para absorber dióxido de carbono disminuye con el aumento de la temperatura de la superficie del mar.
Los resultados principales del sistema de carbono marino incluyen la materia orgánica particulada y la conservación del carbonato de calcio. El clima de la Tierra está moderado por el flujo de carbono que entra y sale de la litosfera en escalas de tiempo superiores a 500.000 años. Las rocas en las profundidades del océano se reciclan de regreso a la superficie a través de la tectónica de placas para sufrir meteorización o subducción en el manto. Luego, el carbono es liberado a la atmósfera por las erupciones volcánicas .
Impactos del cambio climático en el ciclo del carbono oceánico
Las actividades humanas como la quema de combustibles fósiles , la deforestación , la rápida expansión de las prácticas agrícolas y las actividades industriales han aumentado la liberación de dióxido de carbono a la atmósfera. El océano funciona como un sumidero de carbono para el dióxido de carbono antropogénico. Sin embargo, este exceso de dióxido de carbono ha disminuido los niveles de pH de los océanos de la Tierra. La acidificación de los océanos también reduce los niveles de saturación de carbonato, lo que afecta significativamente a los organismos marinos calcificadores que dependen del carbonato de calcio para construir sus capas exteriores y esqueletos. Además, estos organismos marinos sufren de tasas metabólicas deprimidas, reducción de energía para funciones esenciales y bajas respuestas inmunitarias. Los ecosistemas marinos que proporcionan alimentos, medios de subsistencia y otros servicios ecosistémicos también se ven significativamente afectados por la acidificación de los océanos.
Como se desprende de la discusión anterior, el ciclo del carbono del océano juega un papel vital en el control del clima de la Tierra. Cualquier pequeño cambio en los componentes del ciclo puede tener consecuencias desastrosas. Por lo tanto, es necesaria una comprensión profunda para predecir cómo los escenarios climáticos futuros pueden afectar el ciclo del carbono oceánico.