Seminario el co2 en el calentamiento global



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SEMINARIO EL CO2 EN EL CALENTAMIENTO GLOBAL




INTRODUCCION


Antes de la Era Industrial, cerca 1750, la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera (CO2) era de 280 + 10 ppm; pero para 1999 se tenían aproximadamente 367 ppm. Las concentraciones de CO2 en la atmósfera han sido medidas directamente con presición desde 1957 (IPCC, 2001).

El incremento de CO2 en la atmósfera en la actualidad es causado por emisiones antropogénicas. Cerca de tres cuartas partes de estas emisiones son debidas a la quema de combustibles fósiles. La quema de combustibles fósiles (más una pequeña contribución de producción de cemento) emitió durante 1980 a 1989 en promedio 5.4 + 0.3 toneladas metricas por año, y 6.3 + 0.4 toneladas metricas por año durante 1990 a 1999. El cambio de uso de la tierra es responsable de el resto de las emisiones ((IPCC, 2001).

La concentración de CO2 en la atmósfera es regulada por procesos naturales que intercambian carbono entre la atmósfera, el océano y la biota del suelo. El estudio del ciclo del carbono permite entender y cuantificar los mecanismos, mediante los cuales se transfieren carbono entre y dentro de estos reservorios. Un buen entendimiento del ciclo del carbono es necesario para predecir los niveles de de CO2, y por consiguiente el cambio climático futuro. Los modelos climáticos auguran un importante aumento de la temperatura (1.5 a 4.5°C globalmente) con el doble de CO2. El océano con el tiempo absorverá más del CO2 que se encuentra en exceso en la atmósfera, y el CO2 atmosférico lentamente se estabilizará hacia una concentración asintótica por arriba de los valores pre-industriales. Pero, el alcance de este nuevo equilibrio tomará siglos después de que las emisiones de combustibles fósiles sean detenidas. Las próximas décadas, sin embargo, tanto las plantas como los suelos jugarán un papel muy importante para ayudar al océano a controlar el CO2. Si los árboles en primera instancia toman ventaja en el aumento de CO2 para crecer, la biosfera del suelo ganará carbono y disminuirán los incrementos de CO2 (Rodó y Comín, 2003).

El exceso de CO2 atmosférico, debido principalmente a la combustión de combustibles fósiles y un Cambio en el Uso de la Tierra, es un hecho indiscutible. Este continúo aumento de CO2 ha tenido importantes consecuencias para la vegetación. El crecimiento de las plantas es incrementado por excesos de CO2. Un incremento de CO2 puede resultar en un incremento en la producción primaria( Schimel, 1995) y la subsecuente asignación y utilización.

Para mitigar las concentraciones de CO2 en la atmósfera se han desarrollado nuevas estratégias y políticas apropiadas para el manejo de la agricultura y los bosques. Una opción se basa en la captura de carbono en los suelos o biomasas terrestres, sobre todo en las tierras usadas para la agricultura o la forestación. A partir del Protocolo de Kyoto esto se conoce como Uso de la Tierra (LU), Cambio en el Uso de la Tierra y Forestación (LULUCF) y concierne a los artículos 1.3 y 1.4 del Protocolo de Kyoto (IPPC, 2000).
La toma de acción para la captura de carbono bajo el Protocolo de Kyoto u otro tratado post-Kyoto no solo estimulará cambios importantes en el manejo del suelo sino que también, por medio de un incremento en el contenido de materia orgánica tendrá efectos significativos directos en sus propiedades y un impacto positivo sobre las cualidades ambientales o agrícolas y sobre la biodiversidad. Las consecuencias incluirán una mayor fertilidad del suelo y productividad de la tierra para la producción de alimentos y para la seguridad alimentaria. Esta herramienta económica también hará que las practicas agrícolas sean más sostenibles y ayudará a prevenir o mitigar la degradación de los recursos de la tierra (FAO, 2001).

Este es un trabajo para conocer a grandes rasgos el efecto del CO2 en el calentamiento global, y como afecta este a los microorganismos




CARBONO Y DIOXIDO DE CARBONO

El carbono es un no metal que se presenta en dos formas naturales: cristalina (diamante y grafito) y amorfa (Hulla, antracita, lignito y turba) y estas variedades alotrópicas se han podido obtener de manera artificial (Alcantara, 1992).

El carbono se encuentra libre en la naturaleza y combinado forma varios millones de compuestos. Las sustancias como el petróleo y el gas natural contienen carbono. Todas las plantas y los animales, incluyendo al hombre, contienen carbono en infinita variedad de compuestos (Alcantara, 1992).

El carbono es el elemento básico de carbohidratos, grasas, proteínas, ácidos nucleicos (como el DNA y RNA) y otros compuestos orgánicos necesarios para la vida (Miller, 1994).

Los principales compuestos del carbono que se convierten en agentes contaminantes son el monóxido de carbono, el dioxido de carbono, el dioxido de azufre, los hidrocarburos, los aldehídos y su interrelaciones quimicas con óxidos de nitrógeno, y otras muchas partículas , por ejemplo, las de fertilizantes y sustancias radiactivas (Alcantara, 1992).

Monóxido de Carbono: Es el producto de combustiones incompletas de sustancias orgánicas, las cuales ocurren cuando la cantidad de oxígeno es insuficiente:

Compuestos orgánicos + O2 → CO + H2 O

2CO + O2 → CO2

El CO se produce en los escapes de los automóviles, autobuses y camiones, en las emanaciones de combustibles de plantas eléctricas, calentadores, enfriadores, etc.


Dioxido de Carbono: Es el producto normal de todas las combustiones de los compuestos orgánicos.

CICLO DEL CARBONO

El ciclo del carbono está estrechamente ligado al flujo de energía, debido a que las principales reservas de energía de los organismos son compuestos de carbono reducidos que han derivado de la fijación del bióxido de carbono atmosérico ya sea por medio de la fotosíntesis o, con mucho menor frecuencia, de la quimiosíntesis (Miller, 1994). En el Cuadro 1 se se pueden apreciar las cantidades de carbono localizadas en la Tierra:

Cuadro 1: Cantidad de carbono presente en varias formas en la tierra

Forma en que se halla el carbono

Masa de carbono (1018)

Carbonato de Ca (La mayor parte en las rocas sedimentarias)

35000

Carbonato de Ca+Mg (la mayor parte en las rocas sedimentarias)

25000

Materia orgánica sedimentaria (como kerógeno)

15000

Carbonato y bicarbonato, disuelto en el océano

42

Combustibles fósiles, recuperables (carbón y petróleo)

4.0

Carbón (humus, caliche, etc)

3.0

Bióxido de carbono atmosférico

0.72

En todos los seres vivos (plantas y animales)

0.56

El ciclo del carbono global: storages

El ciclo del carbono en el suelo

Los productores primarios en el suelo son principalmente las plantas superirores, aunque las cianobacterias y a un grado menor las algas eucariótas, pueden ser importantes en algunas situaciones como los arrozales o los suelos erosionados y durante la formación del suelo. Por lo general, el bióxido de carbono en la litosfera está a concentraciones mayores que en el aire, pero hay intercambio entre los dos por difusión a través de los espacios del aire del suelo y por medio del equilibrio entre el agua del suelo y el bicarbonato (Campbell, 1987).

La materia orgánica llega al suelo a partir de los productores, ya sea de sus hojas, raíces y tallos muertos (conocidos como hojarasca) o de los exudados de las raíces. Se puede considerar que hay tres fuentes principales de materia orgánica en el suelo: insolubles, solubles y microbianas. El carbono insoluble incluye la celulosa, y lignina de las paredes celulares vegetales, quitina de los exoesqueletos de artrópodos y las paredes de algunos hongos, así como otras sustancias que requieren desdoblamiento enzimático antes de que produzcan metabolitos utilizables. El humus es parte del material insoluble. El carbono soluble es aquel que se encuentra en una forma inmediatamente disponible para otros organismos y puede ser liberado por organismos vivos, como las raíces de una planta o después de la descomposición de los productores primarios, consumidores y los mismos microbios degradadores. Una parte considerable del carbón soluble es temporalmente inmovilizado en las células de los microorganismos desintegradotes y su concentración por lo general es baja (Campbell, 1987).

El ciclo del carbono en el océano

El dióxido de carbono es ràpidamente soluble en agua. Algo de este CO2 disuelto, permanece en el mar, y parte es removido por lo productores fotosintetizantes. Cuanto más caliente esté el agua, mayor es la cantidad de los gases de dióxido de carbono y oxígeno disueltos que regresan a la atmósfera.


En los ecosistemas marinos, algunos organismos toman moléculas disueltas de CO2 o iones carbonato (CO3-2) del agua del océano y forman carbonato de calcio ligeramente soluble (CACO3) para elaborar conchas, rocas y esqueleto de los organismos marinos, desde minúsculos protozoarios hasta corales. Cuando los organismos aconchados mueren, partículas finas de sus conchas y huesos caen lentamente a las profundidades del océano, y son enterradas durante eones (o tiempos muy largos) en los sedimentos del fondo.
El carbono en estos sedimentos profundos del océano reingresa al ciclo muy lentamente, cuando parte de los sedimentos se disuelvan y formen el dióxido de carbono disuelto que puede entrar a la atmósfera
El ciclo del Carbono antes de la Revolución Industrial
El océano es con mucho la reserva de carbono más grande cerca de 40000 ton de C.
pools
over
El ciclo del Carbono Después de la Era Industrial
Especialmente desde 1950, cuando la población del mundo y el uso de recursos ha aumentado rápidamente, hemos intervenido en el ciclo del carbono principalmente de dos maneras:


  • Eliminación de bosques y otras vegetaciones sin replantación suficiente, lo que deja menos vegetación para absorber CO2.

  • Utilización de combustibles fósiles que contienen carbono y combustión de madera más ràpido de lo que puede volver a reproducirse. Esto produce CO2 que fluye a la atmósfera. Algunos cientificos proyectan que este dióxido de carbono, junto con otras sust



Impactos futuros del cambio climático sobre el Ciclo del Carbono

En el Océano

La cantidad total de carbono en el océano es 50 veces más que la que se encuentra en la atmósfera, y es intercambiada con la atmósfera a gran escala desde hace cientos de años.

La respuesta a largo plazo del ciclo del carbono en el océano involucra un cambio climático en las temperaturas de la superficie del mar, en la biología del océano y en la circulación del carbono y nutrientes disueltos. Estos procesos no son independientes uno del otro. Por ejemplo, disminuye la oceanografía de las aguas profundas, rica en nutrientes, y esto puede tener dos consecuncias puestas. Primeramente, se reducirá la presión parcial de CO2 por la de oceanografía de aguas supersaturadas a la superficie, el proceso mediante el cual el agua del mar profundo sube a la superficie upwelling For instance involves changing term response deeper


Ecosistemas terrestres


EL DIOXIDO DE CARBONO Y EL EFECTO INVERNADERO
En un invernadero, el aire se encuentra caliente comparado con el exterior. Este efecto se debe a la energía solar, que en forma de radiaciones ultravioleta visibles, pasa a través deñ vidrio y es absorbida por las plantas y objetos que hay dentro del invernadero. Cuando el interior absorbe la radiación, ésta se convierte en calor; este calor no puede salir a través del vidrio y se concentra en el interior. Esto se conoce como efecto inverndero.

Eldióxido de carbono, CO2,actúa de la misma forma que el vidrio de los invernaderos. La energía luminosa y ultravioleta que alcanza la tierra evidentemente es capaz de atravesar la atmósfera, pero después que es absorbida por la tierra y desprendida como energía calorífica, es absorbida por el dióxido de carbono CO2, calentando la atmósfera. Sin este efecto de invernadero, la atmósfera estaría mucho mas fría de que se encuentra. La temperatura promedio de la superficie de la tierra sería mucho menor si no existiera el efecto invernadero. El vapor de agua y las nubes, junto con el dióxido de carbono, contribuyen al efecto invernadero.

Sin embargo, como el CO2 es producto de las combustiones, existe la posibilidad de que este efecto se vuelva pernicioso. En efecto, la tala de árboles, el constante aumento de la quema de combustibles fósiles, entre otros factores, alteran la cantidad de dióxido de carbono en l atmósfera, haciendo a ésta más caliente, lo cual, a la larga, tendría efectos nocivos.

El sobrecalentamientode la Tierra es una posibilidad real. Y sus efectos serían tan reales como dramaticos. Normalmente, el calor absorbido por el suelo durante el verano se disipa a lo largo del otoño e invierno; po reso las ultimas semanas de invierno y las primeras de primavera suelen ser bastante frías.

Sin embargo, el aumento del CO2 atmósferico, al intensificar el efecto invernadero, impide que se disipe todo el calor y que, al verano siguiente, la gente sienta que “hace mas calor que el año pasado”. De este modo va aumentando la cantidad de calor atmosférico, lo cual podría provocar grandes deshielos en las zonas árticas y antárticas, aumentar el nivel de las aguas océanicas e inundar las zonas costeras continentales.

Calentamiento Global
Adjunto al cambio en las propiedades del litter, los efectos de las concentraciones de los gases de invernadero han sido pronosticadas en los modelos de circulación atmosférica global y hay un consenso general que el efecto primario de un calentamiento global será de 4°C. Por consiguiente ambos aspectos no pueden ser disociados. Agreement
Los experimentos de calentamiento de suelo en ecosistemas naturales han servido para generar datos de algunas preguntas importantes incluyendo los efectos del calentamiento del suelo sobre los procesos biquímicos (por ejemplo descomposición, intemperismo del material parental, ciclo del nitrogeno y traza de gas de emisión), la reacción de aquellos cambios en estos procesos puede tener un cambio climático sobre la atmósfera. buried in addition dirigir ardes litter


APORTE DE CO2 EN LA ATMOSFERA POR MICROORGANISMOS

La función más importante de la flora microbiana es la degradación de materiales orgánicos. El número y diversidad de compuestos disponibles para degradación microbiológica es enorme. El conjunto de ácidos orgánicos, polisacáridos. Ligninas, hidrocarburos alifáticos y aromáticos, azúcares, alcoholes, aminoácidos, purinas, pirimidina, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos es atacada por una u otra población.

El CO2 que emite el suelo es generado por la respiración de las raíces de las plantas y los organismos, tales como bacterias, hongos, gusanos e insectos (Maddock, 2004).

La tasa a la cual el CO2 es liberado durante la mineralización del humus varía ampliamente con el tipo de suelo. Bajo condiciones de laboratorio controladas y a temperaturas en el intervalo mesofílico, 20-30°C, la tasa de producción de CO2 generalmente es de 5 a 50 mg de CO2 por Kg de suelo por día, pero se pueden encontrar en ocasiones 300 mg o más. En el campo, la tasa de formación de CO2 puede ser tan baja como 0.5 o mayor de 10 g de CO2 por metro cuadrado por día y algunas veces se encuentran valores tan altos como 25 (Alexander, 1980).



Interacciones entre el enriquecimiento de CO2 atmósférico y la fauna del suelo
Es ampliamente aceptado que los incrementos de CO2 en la atmósfera, y otros gases de invernadero, modificaran la fisiología de los ecosistemas. En los ecosistemas terrestres, los efectos de este incremento afectaran al ciclo del carbono, y por ende la traslocación del C dentro de la planta y su transformación por los microorganismos (Madeleine, Bolger, 2000)

Montealegre et al., 2002, investigaron la influencia del incremento de CO2 en la atmósfera sobre el número y actividad de las bacterias y las comunidades microbianas del suelo en paztizales bajo atmosferas enriquecidas con dioxido de carbono (FACE). La composición de las comunidades de los microorganismos, en la rizosfera y un volumen de suelo, bajo dos niveles de CO2 bulk free-air Los cambios en la actividad microbiana, número y composición de la comunidad probablemente ocurren bajo elevadas concentraciones de CO2, pero la magnitud de esos cambios va ha depender de la especie de planta y la distancia a la cual los microorganismos esten de las inmediaciones de la las raices de las plantas (Montealegre, 2002).

Hay algunas evidencias que los hongos son estimulados más que las bacterias cuando son sometidas a elevadas concentraciones de CO2 (Grayston et al, 1998; Rillig et al., 1999) y diferentes integrantes de las comunidades bacterianas pueden ser afectadas en forma distinta (Marilley et al., 1999; ELhottova et al., 1997; Phillips et al., 2002). Sin embargo, otros estudios no indicaron algún efecto significativo en la estructura de las comunidades microbianas (Zak et al; 2000b) .

Muchos reportes presentados, demuestran que a elevadas concentraciones de CO2 se incrementa el porcentaje de infección de las micorrizas vesiculo arbuscular (VAM) como se puede observar en el siguiente cuadro:



Cuadro 2: Efecto de elevadas concentraciones de CO2 sobre la Colonización micorrizas de raices.

Especie

Micorriza

Condiciones de crecimiento

Porcentaje de infección

Referencia

Pascopyrum smithii

VAM

Cárama de crecimiento

I

Monz et al (1994)

Trifolium repens

VAM

Camara de crecimiento

I

Jongen et al. (1996)

Liriodendron tulipifera

VAM

Camara abierta de arriba

SE

O.Neill et al (1991)

Beilschmiedia pendula

VAM

Camara abierta de arriba

I

Lovelock et al. (1996)

Pinus taeda

EM

Invernadero

SE

Lewis et al (1994)

Pinus echinata

EM

Cárama de crecimiento

I

O’Neill et al (1987)

Pinus radiata

EM

Cárama de crecimiento

SE

Conroy et al (1990)

Pinus caribaea

EM

Cárama de crecimiento

SE

Conroy et al (1990)

Pinus silvestres

EM

Cárama de crecimiento

I

Ineiche et al (1995)

Pinus silvestres

EM

Cárama de crecimiento

SE

Perez-Soba et al (1995)

Quercus alba

EM

Cárama de crecimiento

I

O’Neill et al (1987)

Fuente: Luo, Y., y Mooney, H.A. (1999)

VAM: Micorriza vesiculoarbuscular ; EM: Ectomicorriza SE:Sin efecto I: Incrementó

El cuadro anterior es una síntesis elaborada por Luo, Y., y Mooney, H.A. (1999) donde mencionan que se tiene que tener cuidado en la interpretación de los datos de porcentaje de infección, ya que solo se usaron datos de porcentajes de infección para evaluar el grado de coliniaciòn micorrizal, pero no la función total del hongo simbiote, la cual es más importante en términos de interacción entre plantas y el componente fúngico. Altos porcentajes de infección no significa una alta cantidad de hifa microrrizal, y viscevesa. Medir la logitud hifal de las micorrizas o biomasa es necesario para resolver este problema.

Ronn et al., 2003 midieron el efecto de elevadas concentraciones de CO2 durante el desarrollo del trigo (Triticum aestivum cv. Minaret), y sobre las poblaciones de bacterias y protozoarios del suelo, encontrando que no hubo efecto de la concentración de CO2 en el número de bacterias, pero el número de protozoarios fue alto en los tratamientos con elevadas concentraciones de CO2.

Ebersberger et al., 2004 investigaron sobre la estructura de las comunidades microbianas en pastizales de suelos calcareos que han sido expuestos a elevadas concentraciones de CO2 (600 microlitros.L-1) por seis estaciones de crecimiento. Encontrando que en conjunto, solo se detectaron efectos pequeños sobre la estructura de las comunidades microbianas, corroborando previamente que la entrada de carbono al suelo probablemente cambia mucho menos que en la respuesta fotosintética de la planta.

La tendencia general en la fauna del suelo respecto a los cambios en el clima son difíciles de predecir porque hay pocos datos y los que existen son generados en experimentos a corto plazo, en areas restringidas y condiciones artificiales. Extrapolaciones a largo plazo y escalas espaciales deben por lo tanto hacerse con precaución porque la fauna del suelo abarca un rango amplio de especies en términos de talla, ciclo de vida, escala de acción, adaptación o potencial de migración que no es bien conocida actualmente, debido a que están interaccionando intimamente con la vegetación y la microflora del suelo.

La mayoría de los aspectos del efecto del cambio global sobre la fauna del suelo es pobremente explorada bajo condiciones experimentales y hay un gran rango de prioridades para desarrollar y que puede sobrepasar las especulaciones actuales.

Respuesta de las plantas a elevadas concentraciones atmosféricas de CO2.

En numerosos estudios se ha reportado que las plantas a elevadas concentraciones de CO2 incrementan su producción de materia seca y algunas veces hacen un uso eficiente del agua (Tubiello et al, 1999). Kang et al, 2002, trabajaron con tres cultivos: trigo, maíz y algodón, dichos cultivos se sometieron a tres contenidos de humedad: alto (85 – 100% de Capacidad de Campo, θF), medio ( 65 – 85% θ) y bajo ( 45 – 65% ); y a dos concentraciones de CO2, baja ( 350 microlitros. L-1) y alta (700 microlitros.l-1), al final de este estudio se llegó a la conclusión que al menos a corto plazo, la plantas C3 tales como el algodón y el trigo pueden beneficiarse de las concentraciones de CO2 especialemente bajo condiciones de escazes de agua






• Las elevadas concentraciones de CO2 en la atmósfera probablemente aumentarán la fotosíntesis y crecimiento de las plantas, lo que provocará un incremento en los indices de respiración Sin embargo, en algunos casos los indices de respiración de los tejidos de las plantas se reducen cuando son expuestas a altas concentraciones de CO2, debido a a los efectos directos sobre las enzimas y efectos indirectos derivados de los cambios en la composición química de la planta (Gonzales, 2004) .


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