El CO2, ¿amigo o enemigo?

Cuando oímos hablar de gases invernadero todos solemos pensar automáticamente en el más famoso de todos ellos: el dióxido de carbono (CO2). Este gas que tanto nos preocupa en la actualidad existe en una concentración muy baja en la atmósfera terrestre pero aparentemente suficiente para causar grandes cambios catastróficos en el clima, la biosfera y en resumen en todo el planeta. Pero no obstante debemos tener en cuenta que el CO2 no es exclusivo de nuestra atmósfera, de hecho es relativamente abundante en la atmósfera de otros cuerpos del Sistema Solar (por ejemplo en Marte o en Venus). Por ello la pregunta que debemos hacernos cuando pensamos en él es si su presencia en la Tierra es positiva o negativa para la vida, y para dar respuesta a esa pregunta debemos tratar primero al CO2 como lo que es, como una especie química formada por un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno unidos por un enlace doble.

Molécula CO2.png
El dióxido de carbono es una molécula lineal formada por dos átomos de oxígeno unidos a un carbono central mediante doble enlace (fuente: i-ambiente.es)

LA QUÍMICA DEL carbono

El carbono es uno de los 90 elementos químicos de la tabla periódica que existen en la naturaleza de manera relativamente abundante. En la Tierra lo podemos encontrar formando diversos minerales, en la mayoría de ellos junto con oxígeno para dar los diferentes carbonatos que conocemos, pero también lo podemos encontrar a él solo en las dos formas que conocemos de carbono nativo: el diamante y el grafito, e incluso como el constituyente fundamental de todas las moléculas orgánicas. Y es que su importancia va mucho más allá de ser un elemento químico más de la tabla periódica, ya que el carbono es el pilar básico de la química orgánica que está detrás de toda la vida que conocemos. Esto es debido a que es un elemento muy versátil que puede combinarse de muy diversas formas, con enlaces simples, dobles o incluso triples, tanto con otros átomos de carbono como con átomos de otros elementos químicos. Esta versatilidad es lo que le ha permitido producir largas y complejas moléculas orgánicas como son las proteínas, los lípidos o cualquier otra sustancia orgánica que exista en el universo.

Carbono.jpg
El carbono es uno de los elementos de la tabla periódica y se encuentra en el campo de los no metales

La especie química inorgánica más importante de carbono es el CO2. Esta molécula tan sencilla es el combustible que utilizan los organismos fotosintetizadores, junto con la luz del Sol y el agua, para producir materia orgánica mediante un proceso químico que conocemos como fotosíntesis, con el que se libera oxígeno al medio. En otras palabras, los organismos fotosintetizadores, como las plantas y algunas bacterias, capturan CO2 del medio y lo transforman en materia orgánica y oxígeno. Pero si no tuviéramos nada que contrarrestase este proceso la atmósfera tendría mucho más que el actual 20% de oxígeno, y es ahí donde entramos los organismos no-fotosintetizadores y nuestra respiración. Como ya dijimos al hablar de los grandes Cambios Climáticos Globales del pasado geológico, la respiración surgió durante la Gran Oxigenación para contrarrestar el aumento sin control de oxígeno en el medio. Y es que los organismos que “respiramos” hacemos el proceso contrario al de fotosíntesis, ya que tomamos el oxígeno del aire para quemar nuestra materia orgánica y obtener así energía, liberando en el proceso de nuevo dióxido de carbono (CO2) y agua al medio. Como veis la naturaleza está llena de equilibrios.

Respiración vs Fotosíntesis.jpg
La respiración y la fotosíntesis son dos procesos opuestos que definen los dos sentidos de una misma reacción química

El ciclo del carbono

En el planeta Tierra el carbono cambia constantemente de especie química en un ciclo biogeoquímico cerrado que recibe el nombre de ciclo del carbono y que está formado por cinco reservorios: la litosfera (rocas), la hidrosfera (océano), la biosfera (organismos vivos) y la atmósfera. Y sí, en principio sólo he dicho cuatro reservorios, pero eso es debido a que a la hora de hablar de carbono y CO2 debemos separar el océano superficial del océano profundo por dos motivos. Por un lado porque el océano superficial está en continuo y rápido equilibrio con la atmósfera y la biosfera, cosa que no ocurre con el océano profundo. Pero es que además la suma de todo el carbono que tienen la biosfera (2.200 Gt), la atmósfera (600 Gt) y el océano superficial (700 Gt) no llega a suponer ni el 10% del carbono total almacenado en el océano profundo (38.000 Gt). Ahora entenderéis por qué siempre que se habla de CO2 se habla inevitablemente del océano, pero si os digo que en total tenemos unos 63.000.000 Gt de carbono en el planeta vemos lo poco importante que son todos los reservorios con respecto a la litosfera, que contiene más del 99% del total del carbono existente en el planeta.

Ciclo carbono.png
El ciclo biogeoquímico del carbono con las toneladas de carbono que hay de media en cada reservorio (modificado a partir de una imagen de NASA Earth Science Enterprise)

Dentro de estos reservorios existe un intercambio de carbono que es crucial para comprender el ciclo. Por ejemplo, entre el sistema biosfera-atmósfera con la litosfera dicho intercambio es muy lento, del orden de millones de años, y ese es el motivo de que sea este reservorio el que contenga la mayor parte de carbono del planeta. ¿Pero cómo está ese carbono? En forma de carbonatos, las rocas sedimentarias más abundantes del planeta, o constituyendo la materia orgánica que forma los hidrocarburos, más conocidos como combustibles fósiles (petróleo, gas natural y carbón), que no son más que antiguos organismos enterrados y expuestos a unas condiciones de elevada presión y temperatura que los transforman en eso que tanto cotizamos. Porque sí, todo carbón fue en origen vegetación y todo el petróleo fueron organismos marinos que habitaron nuestros océanos hace millones de años.

Combustibles fósiles.jpg
Los combustibles fósiles fueron en origen organismos que han sufrido una serie de transformaciones por los que la materia orgánica ha madurado (fuente: noticias.coches.com)

Por su parte el equilibrio existente entre biosfera y atmósfera es fuerte y el intercambio es más o menos inmediato. Por ello, dado que actualmente la biomasa terrestre contiene una importante cantidad de carbono que es varias veces superior a la cantidad de carbono contenido en la atmósfera, solemos afirmar que en los últimos 30 años los ecosistemas terrestres han actuado como sumideros de carbono. Pero esto no ha sido siempre así, ya que cualquier cambio importante que rompa el equilibrio actual puede tener implicaciones climáticas a nivel global. Y para entender eso vamos a ver un ejemplo. Actualmente sabemos que durante los periodos glaciales la masa forestal se ve reduce por el avance de los hielos desde las zonas polares, de manera que los bosques capturan menos CO2 que en los periodos interglaciales, cuando la extensión que ocupan es mayor. Pero es que esta influencia de la biomasa es tan importante que se puede apreciar a escala anual, ya que si nos fijamos en la gráfica siguiente (creada a partir de los datos del observatorio de Hawaii) podemos ver que existe, al margen del lento aumento de CO2 atmosférico que hay año tras año, que en abril es cuando se alcanza siempre la máxima concentración, que baja hasta un mínimo en septiembre. Esto es debido a que a nivel anual el CO2 oscila siguiendo las estaciones en el hemisferio norte, donde hay la mayor cantidad de masa forestal (en el sur la mayor parte es agua, que actúa todo el año de una forma muy constante en cuanto a captura de CO2), de manera que en un año tenemos los niveles más altos justo a comienzos de la primavera y los más bajos al finalizar el verano. De hecho, entre los principales factores que regulan el intercambio de CO2 entre atmósfera y biosfera hay factores climáticos (precipitaciones y temperatura), factores ecológicos (edad de los bosques, contenido en nutrientes) y la propia química atmosférica. Nunca es tan sencillo como a veces solemos pensar.

Oscilación anual.jpg
La concentración de CO2 atmosférico oscila dentro de un mismo año entre abril y septiembre, si bien la tendencia general de los últimos años es a la alza (imagen propia creada a partir de los datos de CO2.earth)

Por su parte, el intercambio entre cualquier reservorio y el océano tiene una duración intermedia, de decenas a miles de años. Debemos recordar que en este aspecto distinguimos un océano superficial, definido por los primeros 100 m de la columna de agua (donde la luz del Sol llega) de un océano profundo, de manera que entre la atmósfera y el primero hay un equilibrio en función de la presión del CO2 en cada uno de ellos. Esta presión va a determinar si el CO2 tenderá a disolverse en el agua o a precipitar como carbonato en función de tres factores: temperatura, ya que al enfriarse el agua disminuye la presión de CO2 y así se produce un aumento en la entrada desde la atmósfera; presión, ya que cuanta mayor sea la presión (más profundidad) mayor va a ser la solubilidad del CO2; y la alcalinidad (pH), que en este caso se ve afectada por diferentes fases químicas del carbono que al disolverse en el agua suben o bajan la acidez, de manera que cuanto mayor sea la alcalinidad (menor acidez), mayor es la solubilidad del CO2. De esta forma es como se controla la captura de carbono que produce el océano profundo y la litosfera. Pero si hablamos del control del océano profundo debemos hablar de una línea imaginaria, la lisoclina, que es la que marca la zona profunda en la que el océano está subsaturado en carbono y por tanto todos los carbonatos tenderán a disolverse (para compensar ese déficit), de una zona más superficial en la que el océano está sobresaturado y los carbonatos formados precipitarán (para compensar ese superávit). Ya hemos dicho que la naturaleza está llena de equilibrios.

Especies químicas de carbono.jpg
Reacciones de equilibrio entre las distintas especies químicas de carbono presentes de manera natural en el océano (fuente: vistaalmar.es)

Variación del CO2 Atmosférico

Ahora que ya hemos visto cómo es el ciclo del carbono, y por tanto cómo es la regulación del dióxido de carbono en la atmósfera, vamos a ver cómo ha cambiado a lo largo del tiempo. De acuerdo con los registros obtenidos en diferentes testigos de sedimentos marinos y de hielo, el CO2 en la atmósfera ha oscilado en el pasado entre 180 ppm (partes por millón) y 300 ppm en ciclos de 100 000 años. Estas concentraciones quedan muy lejos del 96% que tenemos en la atmósfera de Venus o del 95% que tenemos en la atmósfera de Marte (1 ppm equivale a un 0’0001%), pero aun así es suficiente para marcar diferencias importantes. Porque resulta que si miramos las temperaturas del océano vemos que los periodos glaciales-interglaciales (ver Las glaciaciones del Cuaternario) han variado en los últimos 900 000 años en ciclos de 100 000 años, y curiosamente, tal y como podemos ver en la imagen siguiente, estos ciclos se solapan muy bien con los de CO2, aunque con un cierto desfase. ¿Casualidad? Más bien causalidad, ya que esta extraña coincidencia nos ha llevado a pensar que inevitablemente debe haber una relación entre el avance y retroceso de las masas de hielo glaciales y la oscilación de CO2 atmosférico, aunque lo cierto es que aún no sabemos muy bien cuál de los dos condiciona al otro.

vostok-data-2
La concentración de CO2 atmosférico ha oscilado entre los 300 ppm y los 180 ppm en ciclos de 100 000 años que coinciden perfectamente con las variaciones de la temperatura del planeta, pero todavía desconocemos cuál de las dos es la causa y cuál la consecuencia (modificado a partir de wikipedia.org)

Actualmente vivimos en un momento en el que la concentración de CO2 atmosférico ya supera los 400 ppm de media, muy superior a esos 300 ppm habituales en los picos máximos de los últimos 400 000 años. Este “pequeño” detalle es muy importante porque hace que no tengamos muy claro cómo responderá el sistema climático en la actualidad ante tal concentración de este gas invernadero que ya ha alcanzado el nivel de saturación. Por eso debemos preguntarnos si ha habido algún momento de la historia geológica de planeta en el que tuviéramos unas concentraciones similares, y la respuesta es sí, incluso deja en evidencia a los actuales 400 ppm. Porque hace unos 50 millones de años (Ma) se produjo el llamado Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno, un evento en el que las concentraciones de CO2 se dispararon y alcanzaron posiblemente los 700-1 000 ppm, puede que incluso llegaran hasta los 2 000 ppm según algunas estimaciones, provocando una brusca subida de la temperatura global de 6º C en apenas 20 000 años.

CO2 Cenozoic.jpg
Evolución de la concentración de CO2 para los últimos 65 millones de años según las estimaciones realizadas de Hansen et al., 2013 (fuente: rsta.royalsocietypublishing.org)

El Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno es lo más parecido que conocemos de nuestro pasado geológico a lo que vivimos en las últimas décadas y es por este motivo que muchas personas han puesto su vista en él para conocer lo que nos espera en un futuro. ¿Pero eso es correcto? No debemos olvidar que cuando este suceso se produjo, la circulación oceánica era bien diferente, ya que aún no existía el Istmo de Panamá (y por tanto tampoco la importante Corriente del Golfo) y los dos casquetes polares (austral y boreal) todavía no se habían formado. Por eso yo creo que si tomamos como referente lo que ocurrió en el Eoceno para comprender el presente y el futuro debemos hacerlo con mucho cuidado. Es cierto que es lo más próximo a la situación actual, pero de momento la única afirmación real que podemos hacer sobre qué esperar en las próximas décadas es que no sabemos nada. Puede que el sistema tenga un mecanismo de autorregulación que se ponga en marcha, puede que incluso dicho mecanismo ya lo haya hecho pero tarde un tiempo en responder, e incluso puede que estemos ante un fenómeno natural solo ligeramente potenciado por el ser humano. El Cambio Climático existe y el CO2 tiene mucho que ver con él, pero hasta qué punto y qué implicaciones tendrá en el futuro es algo que aún está por descubrirse. La pregunta por tanto es, ¿seguiremos aquí cuando el fenómeno se invierta?

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión /  Cambiar )

Google photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google. Cerrar sesión /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión /  Cambiar )

Conectando a %s