Oxígeno y carbono en la atmósfera: el equilibrio crítico de la vida [*]

En esta publicación, estoy recopilando algunas cifras para comprender cómo funcionan los mecanismos de intercambio de gases en la atmósfera y cómo el sistema puede controlar la composición atmosférica. Probablemente ya se sabe, pero probablemente esté oculto en las páginas de algún artículo científico de pago. Así que pensé en rehacer los cálculos yo mismo, y creo que puedo confirmar, al menos cualitativamente, que la «regulación biótica» propuesta por Gorshkov y Makarieva es real. La ecosfera no es un contenedor de gas inerte, sino algo que reacciona activamente a las perturbaciones. Podría reaccionar tan activamente que podría aniquilarnos, pero entremos en detalles.

Comencemos con algo que no se suele discutir. Todo el mundo habla del CO₂, pero ¿qué está pasando con el O₂ en la atmósfera? Se está consumiendo, sin duda. Aquí hay algunos datos del Observatorio de Mauna Loa, el mismo que proporciona datos sobre las concentraciones de CO₂ (Fuente).

El oxígeno se mide aquí como «por megavatio», una unidad de medida algo compleja que solo se utiliza en ciencias atmosféricas. Al final de esta publicación, se explica su relación con la concentración de oxígeno en ppmv (partes por millón en volumen). Según los datos, perdemos unas 24 unidades por megavatio al año, lo que equivale a unas 5 ppmv de oxígeno. La pérdida total de unas 800 unidades por megavatio desde 1991 equivale a una pérdida de unas 165 ppmv.

Antes de preocuparse, piense que la concentración de oxígeno en la atmósfera, en peso, es de aproximadamente el 23% (21% en volumen). Es decir, 209.500 ppmv. Una pérdida de 165 ppmv de oxígeno es infinitesimal en comparación con el total, de aproximadamente el 0,078 %. No se ahogará pronto. Por cierto, el hecho de que se esté consumiendo oxígeno es un claro indicio de que se debe a la quema de combustibles fósiles. Algunos afirman que no es el CO₂ el que causa el calentamiento, sino que es el calentamiento el que provoca la emisión de CO₂ por el océano más caliente. Pero, si así fuera, no se consumiría oxígeno.

Veamos los detalles. La quema de combustibles fósiles genera aproximadamente 36 Gt (gigatoneladas) de dióxido de carbono al año (puede ser más, pero nos ceñiremos a este valor), o, si lo prefiere, aproximadamente 10 Gt de carbono. También sabemos que 1 ppm de CO₂ en la atmósfera corresponde a 2,13 Gt de carbono. Por lo tanto, 36 Gt de dióxido de carbono corresponden a un aumento anual de aproximadamente 6 ppm. Pero, en realidad, solo observamos un incremento de 2-3 ppmv. ¿Adónde se dirige el resto del CO₂?

Recapitulemos usando unidades comparables: a la misma temperatura, el número de moléculas de gas en un volumen determinado es aproximadamente independiente de su composición (es la Ley de los Gases Ideales).

1. Emisiones de CO₂: aprox. 6 ppmv/año
2. Aumento observado de CO₂ en la atmósfera: aprox. 2-3 ppmv/año
3. Disminución del oxígeno atmosférico: aprox. 5 ppmv

Ahora bien, la química es una ciencia exacta: una molécula de oxígeno crea una molécula de CO₂ al reaccionar con un átomo de carbono. A la inversa, la fotosíntesis crea una molécula de oxígeno, mientras que una molécula de CO₂ se convierte en glucosa. Por lo tanto, cabría esperar que las ppmv de O₂ y CO₂ se intercambiaran una por una. La disminución del oxígeno coincide bastante bien con las emisiones de CO₂, aunque existe un desajuste restante de aproximadamente 1 ppmv/año. Más importante aún, no todo el CO₂ generado por la quema de combustibles aparece en la atmósfera.

Es un problema conocido: existen sumideros que absorben el CO₂ emitido por la quema de hidrocarburos, de modo que solo una fracción permanece en la atmósfera (la denominada «fracción aerotransportada»). Sorprendentemente, los sumideros absorben más de la mitad de las emisiones, como se observa en la figura siguiente:

Fossil Emissions = Emisiones FósilesNet Land-use Change emissions = Emisiones netas por cambio de uso del sueloAtmospheric Growth = Crecimiento atmosféricoLand Sink = Sumidero terrestreOcean Sink = Sumidero oceánico

El término «sumidero terrestre» se refiere a la absorción de carbono por la biosfera terrestre, mientras que el término «sumidero oceánico» se refiere a la absorción de carbono tanto en forma de biomasa como de CO₂ disuelto en el agua (para quienes son químicos, se convierte en HCO₃). La diferencia radica en que el sumidero de biomasa genera oxígeno, mientras que el sumidero de agua de mar no.

La absorción terrestre podría ser resultado del aumento de biomasa (troncos, hojas, etc.) o almacenarse como carbono del suelo, principalmente humus. En la figura, se observa que es de aproximadamente 2-3 Gt C/año. Según datos del IPCC y del Proyecto Carbono, desde 1950 el sumidero terrestre adsorbió alrededor de 170 Gt C. Esta es una cantidad enorme en comparación con las aproximadamente 550 Gt C de biomasa total de la Tierra (340 Gt C sobre el suelo). Es imposible que la biomasa terrestre haya aumentado tanto. Fue el aumento de la actividad metabólica de las plantas lo que almacenó el carbono en forma de humus. Con el tiempo, este humus se convertirá en querógeno inerte y combustibles fósiles, y desaparecerá de la ecosfera hasta que sea devuelto a ella por los volcanes u otra actividad geotérmica. Cabe destacar que el aumento de la fotosíntesis también explica el desajuste entre las emisiones de CO₂ y la disminución del O₂.

Esto significa que existe un poderoso mecanismo de retroalimentación que impulsa a la biosfera a reaccionar para eliminar la mayor parte del CO₂ que los humanos emitimos a la atmósfera. Esto confirma la intuición de Gorshkov y Makarieva sobre la «regulación biótica» de la ecosfera.

Es positivo que exista esta retroalimentación, pero el problema es que todos los mecanismos de regulación pueden verse sobrecargados y superados. El mecanismo parece haber funcionado hasta ahora, pero a medida que continuamos emitiendo CO₂, hay evidencia de que está dejando de funcionar (véase un artículo reciente by John Rockstrom). Al menos, es improbable que el carbono enterrado se vuelva a emitir como CO₂ a la atmósfera, pero si seguimos emitiendo CO₂, todo el sistema climático corre el riesgo de verse desbordado. Malo. Pero eso ya lo sabíamos.

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Cómo calcular la concentración de oxígeno en ppm a partir de los valores «por megagramo». Así se define «por megagramo»:

Si asumimos que la concentración de N₂ permanece constante, podemos calcular las «ppmv», partes por millón en volumen, como:

Con f_o como concentración de oxígeno de referencia, se deduce que una variación de 24 «por meg» corresponde a aproximadamente 5 ppmv de oxígeno.

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Nota: La primera versión de este artículo contenía un error en la conversión de Gt CO₂ a GtC. Sorprendentemente, Grok revisó el artículo, pero no pudo detectar el error. En cambio, DeepSearch sí lo identificó y lo corrigió. Conclusión: si desea verificar los datos de un artículo científico, utilice DeepSearch (el primo de Grok), pero no Grok. Cortesía de Duen Hsi-Yen.

UB

31/03/2025

Fuente: 31.03.2025, desde el substack. com de Ugo Bardi “Living Earth” (“Tierra Viviente”) autorizado por el autor.