Bombeo biológico marino

Gran parte de la fotosíntesis en la biosfera es llevada a cabo por el fitoplancton marino (unos 40 PgC/año). El fitoplancton vive en las primeras decenas de metros de la superficie oceánica, en la zona eufótica, allí donde llega la luz solar. Estos organismos microscópicos transforman los nutrientes en materia orgánica vegetal que continuamente es cosechada y engullida por el zooplancton.

El zooplancton metaboliza el alimento, respira y devuelve al agua parte del CO2, pero produce también residuos orgánicos que caen hacia el fondo del mar en forma de pelotitas fecales.

Los residuos fecales, de materia orgánica blanda, y los esqueletos y caparazones del propio plancton muerto, hechas de carbonato cálcico, van cayendo hacia las profundidades —como una especie de nieve marina— restando continuamente carbono a la zona superficial del océano. Eso hace que disminuya la presión del dióxido de carbono (pCO2 ) del agua superficial y que, para paliarlo, el mar absorba CO2 de arriba, del aire, por lo que la concentración atmosférica de CO2 disminuye cuando aumenta la productividad biológica marina.

Durante la caída hacia las profundidades, casi toda la materia orgánica blanda —que se calcula es de unas 16 PgC al año—es engullida y oxidada por bacterias y microbios heterotróficos, que también respiran y exhalan CO2 . Así pues, la exportación de carbono orgánico desde la zona eufótica hacia las profundidades del océano, que se suele llamar “bombeo biológico” seguida de la “remineralización” del carbono orgánico (reconversión de Corg a C disuelto en forma de CO2) hace que exista en la vertical un gradiente en la concentración del CO2 disuelto en el agua (DIC, dissolved inorganic carbon), la cual aumenta con la profundidad.

De todas maneras, saliéndose del circuito, una pequeña cantidad de la materia orgánica que llega al fondo queda definitivamente enterrada. Es del orden de unas 0,05 PgC/año (menos de una milésima parte de la producción fotosintética) y pasa a formar parte de las rocas sedimentarias. En estado concentrado puede formar depósitos de hidrocarburos gaseosos (metano) o líquidos (petróleo) que rellenan los poros de rocas esponjosas, como las areniscas, o pueden impregnar de carbono orgánico otros sedimentos minerales, como las arcillas.

Se llama kerógeno a este carbono orgánico que no sedimenta de forma compacta sino que únicamente impregna de carbono otros sedimentos. El kerógeno de las rocas en su conjunto contiene más carbono que todos los yacimientos de carbón y petróleo juntos, pero se encuentra muy esparcido, impregnando diversos tipos de rocas: pizarras, esquistos bituminosos, calizas carbonosas, etc., cuya explotación como combustible es mucho más difícil.

El “bombeo biológico" depende primordialmente de la actividad fitoplanctónica, y ésta, a su vez, depende la mayor o menor abundancia de nutrientes en superficie, especialmente de tres de ellos: nitratos, fosfatos y hierro. Se ha solido pensar que el nutriente limitante más importante es este último: el hierro. En este sentido, hoy en día se comprueba que cerca de los continentes la concentración de hierro en el agua marina es normalmente la adecuada para procurar el desarrollo del fitoplancton, pero en algunas zonas, especialmente en el centro y sur del Pacífico, la falta de hierro parece ser un factor biolimitante, ya que nitratos y fosfatos sobran, incluso en los períodos más productivos. Esto significaría que, con más hierro, esas zonas podrían producir más plancton.

De hecho, se han realizado experimentos de fertilización con hierro en algunas zonas oceánicas, pensando que quizás algún día ese pueda ser el método para acelerar la actividad fitoplanctónica y secuestrar el CO2 arrojado a la atmósfera por la quema de combustibles fósiles. Los resultados no han resultado tan positivos como se esperaba en un principio.

Enterramiento de carbono orgánico

En los continentes, la descompensación entre la oxidación y la fotosíntesis de la materia orgánica ocurre cuando parte de la vegetación muerta, en vez de descomponerse, es arrastrada por las aguas y enterrada en el fondo de marismas, de lagos o de llanuras deltaicas. De esta manera, el carbono orgánico queda aislado del oxígeno atmosférico, no se oxida y se fosiliza. El carbono queda allí ahogado, sin poder ser respirado, sin poder oxidarse, en definitiva, sin que pueda efectuarse por completo su restitución al aire. Parte de él en forma de hidratos de carbono e hidrocarburos como la hulla.

En la actualidad el enterramiento del carbono orgánico es muy ineficiente: solamente 0,05 PgC/año de un total de más de 100 PgC/año producido en la fotosíntesis acaba en las rocas sedimentarias. La producción neta de oxígeno debida a este proceso es también muy pequeña. Ya que por cada átomo de C enterrado, con un peso atómico de 12, queda suelta una molécula de O2, con un peso atómico de 32, la producciópn neta de oxígeno al año es 0,05 x (32/12) = 0,13 Pg, cantidad pequeña si la comparamos con el oxígeno existente en la atmósfera, 1.100.000 Pg.

En épocas pasadas los ritmos de enterramiento han podido ser superiores, lo que explica, por ejemplo, que algunos yacimientos de carbón superan a veces los 5.000 metros de espesor.

Las condiciones topográficas ideales para la formación de estos depósitos son, aparte de una vegetación abundante y de ciclo rápido, la existencia de cuencas colectoras someras y de hundimiento lento y progresivo, en donde vayan a reunirse grandes cantidades de materia vegetal, y en donde penetre muy poco material erosivo que no sea orgánico. De esta forma, en un largo y complicado proceso bioquímico de transformación, en el que también intervienen bacterias, se van formando ácidos orgánicos y carbono. En el curso de la carbonización, se desprenden, por vía químicofísica, agua, metano y grupos hidroxilo, y se va formando, desde la turba inicial, un carbón cada vez más puro.

nota: Pg (Petagramo) = Gt (Gigatonelada) = mil millones de toneladas