El dióxido de carbono como contaminante. [*]

Ugo Bardi

Desde Florencia, Italia

Este es un extracto del artículo que subí a «ArXiv». Puede
acceder al documento completo en este enlace (at this link).

El impacto del aumento de las concentraciones de CO₂ en la atmósfera fue discutido por primera vez en 1896 por Svante Arrhenius en términos de su efecto de forzamiento radiativo como absorbente y emisor de radiación infrarroja (IR) [1]. Arrhenius no tuvo en cuenta los efectos químicos y bioquímicos del CO₂, que empezaron a identificarse sólo medio siglo después. Brewer [2] cuenta la historia en detalle, quien informa que los primeros experimentos sobre la acidez de los océanos se llevaron a cabo en la década de 1930, pero el término «acidificación de los océanos» no se hizo popular hasta el cambio de milenio [3]. La acidificación de los océanos se produce cuando el CO₂ se disuelve en el agua de mar para formar ácido carbónico (H₂CO₃), un ácido débil que se disocia en bicarbonato (HCO₃^-) e iones de hidrógeno (H+). Un aumento de H+ significa una mayor acidez (pH más bajo). Estos altos niveles de acidez tienen consecuencias negativas, como el blanqueamiento de los corales y daños a los organismos calcificantes. Sin embargo, la acidificación de los océanos se discute mucho menos que el calentamiento global y no existe un límite acordado para la acidez de los océanos equivalente al límite de temperatura de la atmósfera establecido internacionalmente.

La reactividad del CO₂ aparece no sólo en el agua de mar sino en todos los ambientes donde el CO₂actúa como ácido, ya sea en ambientes acuosos donde genera iones de hidrógeno o cuando actúa como ácido de Lewis como aceptor de electrones. El dióxido de carbono es la piedra angular de los dos procesos principales que crean la biosfera planetaria: la fotosíntesis y la respiración. Sin CO₂no podría haber vida en la Tierra, pero demasiado CO₂ no es necesariamente algo bueno.

El efecto del CO₂ sobre la tasa de crecimiento de algunas plantas se conoce desde hace aproximadamente un siglo [2]. Este efecto se puede medir en términos de un aumento en las tasas de crecimiento o en la cobertura foliar, y se considera la principal causa del fenómeno de “verdecimiento global” observado en los últimos años [4], [5]. Aunque el CO₂puede aumentar el rendimiento agrícola, se sabe que no genera un aumento en el contenido nutricional de los alimentos producidos [6], [7].

En el otro lado del ciclo de la biosfera, la respiración, los efectos de las altas concentraciones de CO₂ no son fáciles de medir en términos cuantitativos, pero se conocen desde el siglo XIX con el nombre de “hipercapnia” (del griego hiper, “arriba” y kapnos, «humo»). Los síntomas comunes son disnea (falta de aire), náuseas, dolor de cabeza, confusión, letargo y otros síntomas. Estos efectos son atribuibles a varios factores, pero se ha demostrado que están relacionados con la reducción del flujo de oxígeno a los tejidos y al cerebro [8]. Se sabe que las concentraciones de CO₂superiores a ca. 50.000 ppm son letales, mientras que normalmente se cree que valores de hasta 5.000 ppm son aceptables durante períodos de tiempo limitados. Valores inferiores a 1.000 ppm se consideran seguros dentro de las viviendas. El efecto de una concentración más baja es menos claro, pero resultados recientes muestran que concentraciones incluso más bajas pueden tener efectos negativos mensurables en el metabolismo humano y afectar el cerebro humano en términos de la capacidad de realizar tareas complejas [9], [10], [ 11], [12], [13], [14], [15], [16], [17]. Los resultados de estos estudios han sido criticados por inconsistencias internas y otros problemas [18]. Está claro que necesitamos más y mejores estudios para determinar con certeza el efecto del CO₂ sobre el metabolismo humano a estas concentraciones. Sin embargo, los datos disponibles apuntan a graves problemas potenciales.

Estamos introduciendo en el medio ambiente una sustancia activa que sabemos que es letal en altas concentraciones. No sabemos cuál podría ser un límite aceptable de exposición de por vida, y ni siquiera si existe. Lo único que sabemos es que los seres humanos nunca han experimentado las concentraciones actuales durante su historia evolutiva de los últimos millones de años. Además, hoy en día la gente tiende a vivir en espacios cerrados donde las concentraciones de CO₂ suelen ser más altas que las de los espacios abiertos, no rara vez muy por encima de 1.000 ppm. El hábito de usar mascarillas en ambientes interiores ha dado lugar a evaluaciones controvertidas, pero, aunque puede no ser un problema crítico, sólo puede aumentar la concentración de CO₂ respirado [19], [20]. El verdadero problema, sin embargo, es que la concentración de CO₂ en la atmósfera sigue aumentando a un ritmo cada vez más rápido, situándose ahora cerca de las 3 ppm por año. Si esta tendencia continúa, está claro que nos adentramos en un territorio desconocido con riesgos que no pueden pasarse por alto.

El presente artículo es una exploración de lo que se sabe actualmente sobre los efectos metabólicos de diferentes composiciones atmosféricas y, en particular, del aumento de las concentraciones de CO₂. Muestra cómo la composición atmosférica actual puede haber sido un factor importante en el desarrollo de los grandes cerebros, que son una característica de la especie «homo sapiens» [21] y de otras especies de mamíferos y aves altamente encefalizadas (por ejemplo, delfines, primates, cuervos y elefantes) [22]. Las tendencias actuales de aumento de las concentraciones de CO₂ pueden hacer que las necesidades metabólicas de cerebros tan grandes sean imposibles de mantener.

Los efectos bioquímicos del CO₂ también son relevantes para el debate actual sobre la geoingeniería como ‘Gestión de la Radiación Solar’, SRM. En vista del daño bioquímico previsto por las concentraciones excesivas de CO₂ en la biosfera, la protección contra la radiación sólo tiene sentido si se combina con acciones destinadas a controlar y reducir las concentraciones de CO₂.

Referencias

[1] S. Arrhenius, “On the Influence of Carbonic Acid in the Air upon the Temperature of the Ground,” Philosophical Magazine and Journal of Science (fifth series), vol. 41, pp. 237–275, 1896.
[2] P. G. Brewer, “A short history of ocean acidification science,” Discussion Paper, 2013, [Online]. Available: https://bg.copernicus.org/preprints/10/8715/2013/bgd-10-8715-2013.pdf
[3] P. Brewer, “Planetary boundaries: Consider all consequences,” Nature Clim Change, vol. 1, no. 910, pp. 117–118, Oct. 2009, doi: 10.1038/climate.2009.98.
[4] S. Piao et al., “Characteristics, drivers and feedbacks of global greening,” Nat Rev Earth Environ, vol. 1, no. 1, Art. no. 1, Jan. 2020, doi: 10.1038/s43017-019-0001-x.
[5] X. Zhang, J. P. Evans, and A. L. Burrell, “Less than 4% of dryland areas are projected to desertify despite increased aridity under climate change,” Commun Earth Environ, vol. 5, no. 1, pp. 1–9, Jun. 2024, doi: 10.1038/s43247-024-01463-y.
[6] L. H. Ziska, “Rising Carbon Dioxide and Global Nutrition: Evidence and Action Needed,” Plants (Basel), vol. 11, no.
[7] S. P. Long, E. A. Ainsworth, A. D. B. Leakey, J. Nösberger, and D. R. Ort, “Food for Thought: Lower-Than-Expected Crop Yield Stimulation with Rising CO₂ Concentrations,” Science, Jun. 2006, doi: 10.1126/science.1114722.
[8] F. Xu et al., “The influence of carbon dioxide on brain activity and metabolism in conscious humans,” J Cereb Blood Flow Metab, vol. 31, no. 1, pp. 58–67, Jan. 2011, doi: 10.1038/jcbfm.2010.153.
[9] P. Bierwirth, “Long-term carbon dioxide toxicity and climate change: a critical unapprehended risk for human health,” Feb. 16, 2024.
[10]             H. Stolp, “Developing in a polluted atmosphere: A link between long‐term exposure to elevated atmospheric CO2 and hyperactivity,” The Journal of Physiology, vol. 600, Jan. 2022, doi: 10.1113/JP282577.
[11]             K. B. Karnauskas, S. L. Miller, and A. C. Schapiro, “Fossil Fuel Combustion Is Driving Indoor CO2 Toward Levels Harmful to Human Cognition,” Geohealth, vol. 4, no. 5, p. e2019GH000237, May 2020, doi: 10.1029/2019GH000237.
[12]             D. Robertson, “Health effects of increase in concentration of carbon dioxide in the atmosphere,” Current Science, 2006, Accessed: Jul. 11, 2024. [Online]. Available: https://www.semanticscholar.org/paper/Health-effects-of-increase-in-concentration-of-in-Robertson/cf7ed5a3445f9d14b406334a0ac4469354a4dc56
[13]             C. S. Wyrwoll et al., “Long-term exposure of mice to 890 ppm atmospheric CO2 alters growth trajectories and elicits hyperactive behaviours in young adulthood,” J Physiol, vol. 600, no. 6, pp. 1439–1453, Mar. 2022, doi: 10.1113/JP282179.
[14]             D. Zappulla, “Environmental stress, erythrocyte dysfunctions, inflammation, and the metabolic syndrome: adaptations to CO2 increases?” J Cardiometab Syndr, vol. 3, no. 1, pp. 30–34, 2008, doi: 10.1111/j.1559-4572.2008.07263.x.
[15]             P. Bierwirth, “Are increasing atmospheric carbon dioxide levels lowering our intelligence and making us anxious?” ResearchGate, Oct. 2023, [Online]. Available: https://www.researchgate.net/publication/328781907_Are_increasing_atmospheric_carbon_dioxide_levels_lowering_our_intelligence_and_making_us_anxious
[16]             P. Eichholtz and N. Kok, “Indoor Environmental Quality and Human Performance: Evidence from a Large-Scale Field Study,” 2018. Accessed: Aug. 14, 2024. [Online]. Available: https://www.semanticscholar.org/paper/Indoor-Environmental-Quality-and-Human-Performance-Eichholtz-Kok/04e77b6f3c65f898a1dff6b9e33f15be06de2d88
[17]             S. Rahmstorf, “Höherer CO2-Gehalt der Atmosphäre führt zu schlechterer Luft oder längerem Lüften in Klassenzimmern,” Klimalounge. Accessed: Aug. 15, 2024. [Online]. Available: https://scilogs.spektrum.de/klimalounge/hoeherer-co2-gehalt-der-atmosphaere-fuehrt-zu-schlechterer-luft-oder-laengerem-lueften-in-klassenzimmern/
[18]             B. Du, M. C. Tandoc, M. L. Mack, and J. A. Siegel, “Indoor CO₂ concentrations and cognitive function: A critical review,” Indoor Air, vol. 30, no. 6, pp. 1067–1082, Nov. 2020, doi: 10.1111/ina.12706.
[19]                 C. Acuti Martellucci, M. E. Flacco, M. Martellucci, F. S. Violante, and L. Manzoli, “Inhaled CO₂Concentration While Wearing Face Masks: A Pilot Study Using Capnography,” Environ�Health�Insights, vol. 16, p. 11786302221123573, Jan. 2022, doi: 10.1177/11786302221123573.
[20]             H. Walach et al., “Carbon dioxide rises beyond acceptable safety levels in children under nose and mouth covering: Results of an experimental measurement study in healthy children,” Environmental Research, vol. 212, p. 113564, Sep. 2022, doi: 10.1016/j.envres.2022.113564.
[21]             D. M. Bailey, “Oxygen, evolution and redox signalling in the human brain; quantum in the quotidian,” J Physiol, vol. 597, no. 1, pp. 15–28, Jan. 2019, doi: 10.1113/JP276814.
[22]             P. C. Withers, C. E. Cooper, S. K. Maloney, F. Bozinovic, and A. P. Cruz-Neto, Ecological and Environmental Physiology of Mammals. Oxford University Press, 2016.

27/08/2024

Fuente: 27.08.2024, desde el substack. com de Ugo Bardi “The Carbon Connection” (“La Conexión del Carbón)”), autorizado por el autor.