FACULTAD : Ing. Agraria, Industrias Alimentarias y Ambiental

ESCUELA : Ing. Ambiental

CURSO : Ecología para Ingenieros

TEMA : Ciclo del Carbono

CICLO : VII ciclo

DOCENTE : Ing. Selwyn Valverde V.

ALUMNOS : Arias Salvador Yesenia Judith Liñan Pérez Dennys

Introducción

El presente trabajo trata sobre el ciclo del carbono que es un ciclo biogeoquímico, por lo cual tendremos en bien definir que es un ciclo biogeoquímico y la diferencia entre ciclo biológico, describiremos en sí el ciclo del carbono, como afecta el dióxido de carbono a los seres humanos y a nuestra casa, la tierra.

Uno de los principales efectos que ocasiona este ciclo es el cambio climático en la tierra afectando directamente a la atmósfera.Veremos también el proceso del ciclo del carbono y como ha ido aumentando el porcentaje de carbono en la atmósfera y en la tierra.Aunque la mayor parte del carbono se halla inmovilizado en la corteza terrestre en forma de rocas (sobre todo rocas calizas), otra porción se encuentra en los combustibles fósiles, principalmente carbón y petróleo, formados hace millones de años y es devuelto a la atmósfera a través de la combustión que se realiza por medio de la oxidación de moléculas de carbono, o sea, la combinación del carbono con moléculas de oxigeno formando dióxido de carbono y agua y liberando luz y energía térmica. A lo largo de la historia del planeta, ha existido una acumulación de dióxido de carbono que no se ha podido incorporar al ciclo. Esto se observa a través de la formación de rocas carbonadas llamadas calizas o de combustibles fósiles tales como el carbón, el gas natural y el petróleo. Empero, la actividad del hombre ha determinado la vuelta de importantes cantidades de ese carbono, que durante tanto tiempo habían permanecido separado, lo cual, según parece, esta ocasionando severos problemas a la biosfera.

Tipos de ciclos:

Ciclo Biológico:

Comprende los intercambios de carbono (CO2) entre los seres vivos y la atmósfera, es decir, la fotosíntesis, proceso mediante el cual el carbono queda retenido en las plantas y la respiración que lo devuelve a la atmósfera. Este ciclo es relativamente rápido, estimándose que la renovación del carbono atmosférico se produce cada 20 años.

Ciclo Biogeoquímico:

Un elemento químico o molécula es necesario para la vida de un organismo, se llama nutriente o nutrimento. Los organismos vivos necesitan de 31 a 40 elementos químicos, donde el número y tipos de estos elementos varía en cada especie.Los elementos requeridos por los organismos en grandes cantidades se denominan:

1. Macronutrientes: carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo, azufre, calcio, magnesio y potasio. Estos elementos y sus compuestos constituyen el 97% de la masa del cuerpo humano, y más de 95% de la masa de todos los organismos.

2. Micronutrientes. Son los 30 ó más elementos requeridos en cantidades pequeñas (hasta trazas): hierro, cobre, zinc, cloro, yodo, (véase también oligoelementos).La mayor parte de las sustancias químicas de la tierra no están en formas útiles para los organismos. Pero, los elementos y sus compuestos necesarios como nutrientes, son reciclados continuamente en formas complejas a través de las partes vivas y no vivas de la biosfera, y convertidas en formas útiles por una combinación de procesos biológicos, geológicos y químicos.El ciclo de los nutrientes desde el biotopo (en la atmósfera, la hidrosfera y la corteza de la tierra) hasta la biota, y viceversa, tiene lugar en los ciclos biogeoquímicos (de bio: vida,geo: en la tierra), ciclos, activados directa o indirectamente por la energía solar, incluyen los del carbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y del agua (hidrológico). Así, una sustancia química puede ser parte de un organismo en un momento y parte del ambiente del organismo en otro momento. Por ejemplo, una molécula de agua ingresada a unvegetal, puede ser la misma que pasó por el organismo de un dinosaurio hace millones de años.Gracias a los ciclos biogeoquímicos, los elementos se encuentran disponibles para ser usados una y otra vez por otros organismos; sin estos ciclos los seres vivos se extinguirían por esto son muy importantes.

El término ciclo biogeoquímico se deriva del movimiento cíclico de los elementos que forman los organismos biológicos (bio) y el ambiente geológico (geo) e intervienen en un cambio químico.

Sedimentario. También se estudian los cambios de estado de la materia que los contaminantes. Hidrológico. Proceso de circulación del agua entre los distintos compartimentos de la hidrósfera. Se

trata de un ciclo biogeoquímico en el que hay una intervención mínima de reacciones químicas, y el agua solamente se traslada de unos lugares a otros o cambia de estado físico.

La materia circula desde los seres vivos hacia el ambiente abiótico y viceversa.Esa circulación constituye los ciclos biogeoquímicos, que son los movimientos de agua, de carbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre y otros elementos que en forma permanente se conectan con los componentes bióticos y abióticos de la Tierra. Las sustancias utilizadas por los seres vivos no se “pierden” aunque pueden llegar a sitios donde resultan inaccesibles para los organismos por un largo periodo. Sin embargo, casi siempre la materia se reutiliza y a menudo circula varias veces, tanto dentro de los ecosistemas como fuera de ellos.Nuestro planeta actúa como un sistema cerrado donde la cantidad de materia existente permanece constante, pero sufre permanentes cambios en su estado químico dando lugar a la producción de compuestos simples y complejos.

Es por ello que los ciclos de los elementos químicos gobiernan la vida sobre la Teirra, partiendo desde un estado elemental para formar componentes inorgánicos, luego orgánicos y regresar a su estado elemental.En las cadenas alimentarias, los productos utilizan la materia inorgánica y la convierten en orgánica, que será la fuente alimenticia para todos los consumidores. La importancia de los descomponedores radica en la conversación que hacen de la materia orgánica en inorgánica, actuando sobre los restos depositados en la tierra y agua. Esos compuestos inorgpanicos quedan a disposición de los distintos productores que inician nuevamente el ciclo.Los ciclos biogeoquímicos más importantes corresponden al agua, oxígeno, carbono y nitrógeno.Gracias a estos ciclos es posible que los elementos principales (carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre) estén disponibles para ser usados una y otra vez por otros organismos.

Los ciclos biogeoquímicos pueden ser gaseoso, sedimentarios y mixtos.

CICLOS GASEOSOS: Los elementos casi siempre se distribuyen tanto en la atmósfera como en el agua y de ahí a los organismos y así sucesivamente.Los elementos que cumplen ciclos gaseosos son el carbono, oxígeno y el nitrógeno.La transformación de elementos de un estado a otro es relativamente rápida.

CICLOS SEDIMENTARIOS: Son aquellos donde los elementos permanecen formando parte de la tierra, ya sea en las rocas o en el fondo marino, y ahí a los organismos. En estos, la transformación y recuperación de estos elementos es mucho más lenta. Ejemplos de ciclos sedimentarios son el del fósforo y azufre.

CICLOS MIXTOS: El ciclo del agua es una combinación de los ciclos gaseoso y sedimentario, ya que esa sustancia permanece tanto en la atmósfera como en la corteza terrestre.Los ciclos biogeoquímicos más importantes corresponden al agua, oxígeno, carbono y nitrógeno.

Carbono:Es uno de los elementos más importantes de la naturaleza. Combinado con oxígeno forma dióxido de carbono (CO2) y monóxido de carbono (CO).La atmósfera contiene alrededor de 0.03% de dióxido de carbono. Es el elemento básico de los compuestos orgánicos (hidratos de carbono, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos).El carbono también forma parte de sales llamadas carbonatos, como el carbonato de sodio (Na2CO3) y el carbonato de calcio (CaCO3), entre otras.

El carbono es esencial para construir las moléculas orgánicas que caracterizan a los organismos vivos.La principal fuente de carbono para los productores es el CO2 del aire atmosférico, que también se halla disuelto en lagos y océanos.Además hay carbono en las rocas carbonatadas (calizas, coral) y en los combustibles fósiles (carbón mineral y petróleo).Durante la fotosíntesis, las plantas verdes toman CO2 del ambiente abiótico e incorporan el carbono en los carbohidratos que sintetizan.  Parte de estos carbohidratos son metabolizados por los mismos productores en su respiración, devolviendo carbono al medio circundante en forma de CO2.  Otra parte de esos carbohidratos son transferidos a los animales y demás heterótrofos, que también liberan CO2 al respirar.El ciclo completo del carbono requiere que los descomponedores metabolicen los compuestos orgánicos de los organismos muertos y agreguen nuevas cantidades de CO2 al ambiente.  A todo lo anterior debe sumarse la enorme cantidad de CO2 que llega a la atmósfera como producto de la actividad volcánica, la erosión de las rocas carbonatadas y, sobre todo, la quema de combustibles fósiles por el hombre.

CICLO DEL CARBONO:

El carbono es elemento básico en la formación de las moléculas de carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos, pues todas las moléculas orgánicas están formadas por cadenas de carbonos enlazados entre sí.

La reserva fundamental de carbono, en moléculas de CO2 que los seres vivos puedan asimilar, es la atmósfera y la hidrosfera. Este gas está en la atmósfera en una concentración de más del 0,03% y cada

año aproximadamente un 5% de estas reservas de CO2, se consumen en los procesos de fotosíntesis, es decir que todo el anhídrido carbónico se renueva en la atmósfera cada 20 años.

La vuelta de CO2 a la atmósfera se hace cuando en la respiración los seres vivos oxidan los alimentos produciendo CO2. En el conjunto de la biosfera la mayor parte de la respiración la hacen las raíces de las plantas y los organismos del suelo y no, como podría parecer, los animales más visibles.

Los seres vivos acuáticos toman el CO2 del agua. La solubilidad de este gas en el agua es muy superior a la de otros gases, como el O2 o el N2, porque reacciona con el agua formando ácido carbónico. En los ecosistemas marinos algunos organismos convierten parte del CO2 que toman en CaCO3 que necesitan para formar sus conchas, caparazones o masas rocosas en el caso de los arrecifes. Cuando estos organismos mueren sus caparazones se depositan en el fondo formando rocas sedimentarias calizas en el que el C queda retirado del ciclo durante miles y millones de años. Este C volverá lentamente al ciclo cuando se van disolviendo las rocas.

El petróleo, carbón y la materia orgánica acumulados en el suelo son resultado de épocas en las que se ha devuelto menos CO2 a la atmósfera del que se tomaba. Así apareció el O2 en la atmósfera. Si hoy consumiéramos todos los combustibles fósiles almacenados, el O2 desaparecería de la atmósfera. Como veremos el ritmo creciente al que estamos devolviendo CO2 a la atmósfera, por la actividad humana, es motivo de preocupación respecto al nivel de infecto invernadero que puede estar provocando, con el cambio climático consiguiente

El carbono está almacenado en el aire, en el agua y en el suelo en forma de un gas llamado dióxido de carbono (CO2). En el aire está presente como gas; en el agua en forma disuelta, y en el suelo, en el aire o agua del suelo. El C02 está disponible en cantidades abundantes en el medio.

Las plantas toman el carbono del C02 del agua (plantas acuáticas), del aire o del suelo (plantas terrestres) y con la energía de la luz del Sol producen alimentos (glucosa, sacarosa, almidón, celulosa, etc.), y liberan oxígeno (02 ) al aire, al agua o al suelo. Este proceso químico se denomina fotosíntesis. En el ciclo del carbono las plantas juegan el rol más importante y una gran parte de la masa de las plantas está conformada por compuestos de carbono: azúcares, almidones, celulosa, madera o lignina y compuestos diversos. Cada planta tiene miles de compuestos orgánicos elaborados en base a la fotosíntesis y procesos celulares posteriores.

Los animales carnívoros toman la materia de otros animales por la alimentación. Absorben los componentes de los animales por el proceso digestivo y los descomponen en las células con ayuda del oxígeno que respiran (del aire o del agua) y emiten CO 2 al aire o al agua. Existen muchos tipos de carnívoros especializados: los que comen zooplancton o animales microscópicos del agua se denominan zooplanctívoros; los que comen insectos se denominan insectívoros; los que comen peces se denominan piscívoros, etc.

La descomposición de las plantas y de los animales al morir restituye el carbono al medio en forma de CO 2 y materia orgánica, que son aprovechados por otras plantas para reiniciar el ciclo. Los organismos vivos, que se encargan de la descomposición, proceso también denominado putrefacción, se denominan detritívoros y están conformados esencialmente por bacterias y hongos.

El ciclo del carbono es fundamental, porque de él depende la producción de materia orgánica, que es el alimento básico de todos los seres vivos.

ABSORCIÓN DEL CARBONO POR MEDIO DE MICROORGANISMOS:Recientemente un grupo de investigadores de la Universidad de Rutgers, ha estudiado a una bacteria (llamada bacteria aeróbica fotoheretropica) que resultó ser uno de los principales actores dentro del ciclo del carbono de los océanos en nuestro planeta. La bacteria, que es capaz de realizar un tipo especial de fotosíntesis, es mucho más numerosa de lo que se creía hasta ahora; en concreto, se podría suponer que hasta el 11% de todos los microorganismos situados cerca de la superficie de los mares, pertenecen a este tipo de organismos. Este hecho fue muy novedoso, ya que hasta este momento se pensaba, que el ciclo del carbono de los océanos se basaba casi exclusivamente en los organismos del fitoplancton. El proceso fotosintético de la bacteria estudiada, a diferencia de lo que ocurre con el fitoplancton, no produce oxígeno. Sin embargo, su importancia en el ciclo del carbono parece considerable. Aún no se sabe exactamente cuánto carbono es capaz de capturar para fijarlo en forma de materia orgánica, pero se cree que podría ser una cifra importante. Los científicos descubrieron bacterias fotosintéticas hace más de 20 años, sobre todo en medios ricos en sustancias orgánicas. Pero ha sido ahora, cuando se han encontrado también en la superficie de las aguas oceánicas, y en cantidades abundantes, habiéndose medido su distribución verticalmente en varios lugares. El equipo de investigadores de Rutgers viajó al Pacífico nororiental en busca de bacterias que vivieran en chimeneas hidrotermales situadas en el fondo submarino. Se pensaba que la luz generada por el agua a altas temperaturas y los procesos químicos desarrollados en estas zonas, sería un buen lugar para encontrar bacterias fotosintéticas. Contrario a lo que se pensaba, no se encontró ninguna. Sin embargo, analizando diversas muestras de agua obtenidas a diferentes profundidades, se descubrió con sorpresa que dichas bacterias sí existen, pero relativamente cerca de la superficie. La máxima concentración se halla a unos 30 ó 40 metros, mientras que ésta decrece a medida que aumenta la profundidad, quedando más allá de los límites de detección a partir de los 150 metros. Es posible que las bacterias analizadas pertenezcan además a una nueva especie, diferente de las descubiertas hasta ahora. Ello explicaría su gran adaptación al medio y su amplia distribución. Las bacterias pueden pasar de un metabolismo basado en el carbono orgánico, a uno basado en la fotosíntesis, dependiendo de la concentración de materia orgánica disponible en el agua oceánica. Cuando no existe bastante materia orgánica, las bacterias fabrican un pigmento especial y emplean la fotosíntesis para conseguir la energía que necesitan, fijando de paso el dióxido de carbono y formando materia orgánica, si bien su eficiencia es menor si la comparamos con la del fitoplancton. Cuando el medio cambia y se dispone de más materia orgánica, las bacterias dejan de fabricar el pigmento fotosintético y empiezan a consumir esta última, como lo hace cualquier bacteria normal

CANTIDAD DE CARBONO EN EL MUNDO:La cantidad de carbono disponible en el mundo, se estima en unas 49,000 gigatoneladas (1gigatonelada

= 109 toneladas), que se distribuyen en formas orgánicas e inorgánicas. El carbón fósil representa un 22% del total. Los océanos contienen un 71% del carbono del planeta, fundamentalmente en forma de iones carbonato y bicarbonato. Un tres por ciento adicional se encuentra en la materia orgánica muerta y el fitoplancton. Los ecosistemas terrestres, en los que los bosques constituyen la principal reserva, contienen cerca del tres por ciento del carbono total. El uno por ciento restante se encuentra en la atmósfera circulante, y es utilizado en el proceso de la fotosíntesis.

En la tabla 1 se muestra la cantidad de carbono de los principales ecosistemas terrestres, las áreas se

presentan en hectáreas y los contenidos de carbono en unidades de 1015 gramos (megatoneladas), en el año de 1980. Se puede apreciar que los bosques tropicales caducifolios y los bosques tropicales perennes suman casi la mitad del contenido de carbono del planeta. El bosque tropical lluvioso ha

recibido una considerable atención debido a que contiene mucho del carbono de las plantas de la tierra y sirve de hábitat de millones de especies biológicas, muchas de las cuales no han sido descubiertas aún.

Los bosques boreales tienen un contenido de carbono que se compara al de los bosques tropicales perennifolios, mientras que los bosques templados aportan solamente cantidades significativas, aun cuando son más pequeñas. Las praderas y los pastizales en zonas templadas, tales como las praderas del oeste medio de los Estados Unidos, contribuyen con una cantidad relativamente pequeña al total del carbono de la vegetación, comparado con el de las regiones boscosas de los trópicos o de las áreas boreales. Para obtener la cantidad de carbono de cada planta por unidad de área, en cada tipo de terreno, se dividen los valores de la segunda columna por los valores de la primera columna y así se consiguen los valores de la cuarta columna. Los cultivos de las zonas templadas contienen algo menos de la mitad de carbono por hectárea que las praderas nativas. Cuando los primeros colonos empezaron a intervenir las praderas, comenzó a reducirse el contenido de carbono en cerca de un 40%.

ECOSISTEMA ÁREA

(106

HA)

C PRESENTE EN LA VEGETACIÓN

(1015

G)

C PRESENTE EN EL SUEL

O

(1015

G)

Ǿ DE C

CONTENIDO EN LA

VEGETACIÓN

(KG/

M2)

Ǿ DE C

CONTENIDO EN

EL SUEL

O (KG/

M2)

Bosque tropical perennifolio 602 107 62 17.7 10.4

Bosque tropical caducifolio 1456 169 125 11.6 8.6

Bosque templado perennifolio 508 81 68 16.1 13.4

Bosque templado caducifolio 368 46 49 13.1 13.4

Bosque boreal 1166 105 241 9 20.6

Bosque perturbado (Acahuales) 227 8 19 3.6 8.3

Bosque tropical abierto 307 15 20 5 6.4

Sabanas y pastizales tropicales 1021 17 49 1.6 4.8

Bosque templado 264 7 18 2.7 6.9

Praderas y pastizales templados 1235 9 233 0.7 16.9

Tundra y pradera alpina 800 2 163 0.3 20.4

Matorral desértico 1800 5 104 0.03 5.8

Roca, hielo y arena 2400 0.2 4 0.01 0.2

Cultivos de zonas templadas 751 3 96 0.03 12.8

Cultivos de zonas tropicales 655 4 35 0.01 5.3

Pantanos y humedales 200 14 145 6.8 72.5

TOTAL 13767 594 1431

AUMENTO DEL CARBONO EN LA ATMÓSFERA:El petróleo, carbón y la materia orgánica que se acumularon en la corteza terrestre fueron el resultado de épocas en las que el dióxido de carbono devuelto a la atmósfera era menor del que se tomaba. De esta manera apareció el oxígeno en la atmósfera. Sin embargo debido a la combustión de los combustibles fósiles y aunados a la destrucción de las zonas boscosas y otras prácticas similares, la cantidad de dióxido de carbono atmosférico ha ido aumentando desde la Revolución Industrial. La concentración atmosférica ha aumentado de unas 260 a 300 partes por millón (ppm) estimadas en el periodo preindustrial, a más de 350 ppm en la actualidad. Este incremento representa sólo la mitad del dióxido de carbono que, se estima, se ha extendido a toda la atmósfera. El otro 50% probablemente haya podido ser absorbido y almacenado por los océanos. Aunque la vegetación del planeta puede absorber cantidades considerables de carbono, es también una fuente adicional de dióxido de carbono. Y si hoy consumiéramos todos los combustibles fósiles almacenados en la tierra, el oxígeno desaparecería de la atmósfera.

El dióxido de carbono atmosférico actúa como un escudo sobre la Tierra. Y es atravesado por las radiaciones de onda corta procedentes del espacio exterior, pero bloquea el escape de las radiaciones de onda larga. Dado que la contaminación atmosférica ha incrementado los niveles de dióxido de carbono de la atmósfera, el escudo va engrosándose cada vez más y retiene por tanto más calor, lo que ocasiona que las temperaturas globales aumenten en un proceso conocido como “efecto invernadero”. Aunque el incremento aún no ha sido suficiente para destruir la variabilidad climática natural, el incremento previsto en la concentración de dióxido de carbono atmosférico debido a la combustión de combustibles fósiles sugiere que las temperaturas globales se calcula que aumentarán entre dos y seis grados centígrados a comienzos de este siglo. Este incremento es suficientemente significativo para alterar el clima global y afectar no solo al bienestar de la humanidad sino a todo ser vivo que habita en este planeta.

PRUEBAS DE EMISIONES DE GASES DE EFECTO INVERNADERO:

BIBLIOGRAFÍA

http://hnncbiol.blogspot.com/2008/01/los-ciclos-biogeoquimicos.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Carbono

(Encarta, 2001 y http://fai.unne.edu.ar/biologia/planta/ciclogeo.htm#CarbonCycle10).

(http://www.meteor.iastate.edu/gccourse/chem/carbon/carbon_lecture_es.html).

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file:///C:/Users/Dr%20Computer/Downloads/CicloCarbono%20(1)%20(1).pdf

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