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17.2: Ciclos de la materia en la biosfera - Biología

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17.2: Ciclos de la materia en la biosfera

¿Cómo fluye la materia en la biosfera?

La materia fluye dentro de la biosfera a través del reciclaje de organismos y ciclos bioquímicos. Los organismos simplemente transforman la materia y no la agotan, por lo que es posible que la materia circule en varios sistemas biológicos. Ejemplos de flujo de materia dentro de la biosfera incluyen el ciclo del agua y los ciclos de nutrientes.

El ciclo del agua contribuye al flujo de materia en la biosfera a través de su paso entre los organismos y el medio ambiente. Cuando el agua ingresa a las raíces de una planta, puede ser utilizada por la planta o pasar a otro organismo a través del consumo. La transpiración ocurre cuando el agua se evapora de las hojas de una planta y vuelve a entrar a la atmósfera, donde finalmente se condensa en lluvia y vuelve a caer a la tierra, continuando el ciclo.

El ciclo de los nutrientes incluye otros elementos y compuestos necesarios para la vida y posteriormente intercambiados por diversos organismos. Algunos ejemplos son el ciclo del nitrógeno, el ciclo del carbono y el ciclo del fósforo. El ciclo del nitrógeno ocurre cuando bacterias específicas transforman el nitrógeno atmosférico en una forma utilizable por otros organismos, como cuando el gas nitrógeno se convierte en amoníaco a través de la fijación de nitrógeno. Estas bacterias también pueden transformar el nitrógeno en nitratos o nitritos, que luego pueden formar la base de las proteínas. Los consumidores que se alimentan de los productores de proteínas luego transfieren este nutriente a otras capas de la biosfera. Los descomponedores transforman el material orgánico muerto nuevamente en amoníaco, donde se devuelve al suelo a medida que continúa el ciclo.


Crédito: Servicio Meteorológico Nacional de la NOAA

El agua está prácticamente en todas partes de la Tierra. Visto desde el espacio, una de las características más llamativas de nuestro planeta de origen es el agua, tanto en forma líquida como congelada, que cubre aproximadamente el 75% de la superficie de la Tierra. La evidencia geológica sugiere que es probable que hayan corrido grandes cantidades de agua en la Tierra durante los últimos 3.800 millones de años, la mayor parte de su existencia. Se cree que llegó inicialmente a la superficie de la Tierra a través de las emisiones de volcanes antiguos, el agua es una sustancia vital que distingue a la Tierra del resto de los planetas de nuestro sistema solar. En particular, el agua parece ser un ingrediente necesario para el desarrollo y la nutrición de la vida.

El agua es la única sustancia común que puede existir naturalmente como gas, líquido o sólido en el rango relativamente pequeño de temperaturas y presiones que se encuentran en la superficie de la Tierra. A veces, los tres estados incluso están presentes en el mismo momento y lugar, como esta erupción invernal de un géiser en el Parque Nacional de Yellowstone.

En total, el contenido de agua de la Tierra es de aproximadamente 1,39 mil millones de kilómetros cúbicos (331 millones de millas cúbicas), y la mayor parte, aproximadamente el 96,5%, se encuentra en los océanos del mundo. En cuanto al resto, aproximadamente el 1,7% se almacena en los casquetes polares, glaciares y nieve permanente, y otro 1,7% se almacena en aguas subterráneas, lagos, ríos, arroyos y suelo. Solo una milésima parte del 1% del agua de la Tierra existe como vapor de agua en la atmósfera.


Para las necesidades humanas, la cantidad de agua dulce en la Tierra, para beber y para la agricultura, es particularmente importante. El agua dulce existe en lagos, ríos, aguas subterráneas y está congelada como nieve y hielo. Las estimaciones del agua subterránea son particularmente difíciles de hacer y varían ampliamente. (El valor en la tabla anterior está cerca del extremo superior del rango). El agua subterránea puede constituir aproximadamente entre el 22 y el 30% del agua dulce, y el hielo (incluidos los casquetes polares, los glaciares, la nieve permanente, el hielo subterráneo y el permafrost) contabilizan para la mayor parte del 78 a 70% restante.

El agua subterránea se encuentra en dos capas del suelo ampliamente definidas, la "zona de aireación", donde los espacios en el suelo se llenan tanto con aire como con agua, y, más abajo, la "zona de saturación", donde los espacios están completamente llenos. con agua. El límite entre estas dos zonas se conoce como el nivel freático, que sube o baja a medida que cambia la cantidad de agua subterránea.

La cantidad de agua en la atmósfera en cualquier momento es de solo 12,900 kilómetros cúbicos, una fracción mínima del suministro total de agua de la Tierra: si lloviera por completo, la humedad atmosférica cubriría la superficie de la Tierra a una profundidad de solo 2,5 centímetros. Sin embargo, cada año circula mucha más agua (de hecho, unos 495.000 kilómetros cúbicos) a través de la Atmósfera. Es como si la cantidad total de agua en el aire fuera removida y repuesta casi 40 veces al año.

A pesar de su pequeña cantidad, este vapor de agua tiene una gran influencia en el planeta. El vapor de agua es un poderoso gas de efecto invernadero y es un importante impulsor del tiempo y el clima de la Tierra a medida que viaja alrededor del mundo, transportando el calor latente con él. El calor latente es el calor obtenido por las moléculas de agua a medida que pasan de líquido o sólido a vapor; el calor se libera cuando las moléculas se condensan de vapor a forma líquida o sólida, creando gotas de nubes y diversas formas de precipitación.

El vapor de agua, y con él la energía, es transportado por todo el mundo por los sistemas meteorológicos. Esta imagen de satélite muestra la distribución del vapor de agua en África y el Océano Atlántico. Las áreas blancas tienen altas concentraciones de vapor de agua, mientras que las regiones oscuras son relativamente secas. Las áreas blancas más brillantes son nubes tormentosas.

Visión general

El ciclo del agua, o hidrológico, describe el viaje del agua a medida que las moléculas de agua se abren camino desde la superficie de la Tierra a la Atmósfera y viceversa, en algunos casos hasta debajo de la superficie. Este gigantesco sistema, impulsado por la energía del Sol, es un intercambio continuo de humedad entre los océanos, la atmósfera y la tierra.

Las moléculas de agua pueden tomar una inmensa variedad de rutas y senderos ramificados que las conducen una y otra vez a través de las tres fases de hielo, agua líquida y vapor de agua. Por ejemplo, las moléculas de agua que una vez cayeron hace 100 años como lluvia en la casa de campo de sus bisabuelos en Iowa ahora podrían estar cayendo como nieve en su camino de entrada en California. El agua en el fondo del lago Superior puede eventualmente subir a la atmósfera y caer en forma de lluvia en Massachusetts. La escorrentía de la lluvia de Massachusetts puede drenar al Océano Atlántico y circular hacia el noreste hacia Islandia, destinada a convertirse en parte de un témpano de hielo marino o, después de la evaporación a la atmósfera y la precipitación en forma de nieve, en parte de un glaciar.

El agua se evapora, condensa y precipita continuamente y, a nivel mundial, la evaporación equivale aproximadamente a la precipitación. Debido a esta igualdad, la cantidad total de vapor de agua en la atmósfera permanece aproximadamente igual a lo largo del tiempo. Sin embargo, en los continentes, la precipitación excede rutinariamente a la evaporación y, a la inversa, en los océanos, la evaporación excede a la precipitación.

En el caso de los océanos, el exceso continuo de evaporación versus precipitación eventualmente dejaría los océanos vacíos si no se repongan con medios adicionales. No solo se están reponiendo, en gran parte a través de la escorrentía de las áreas terrestres, sino que durante los últimos 100 años, se han reabastecido en exceso: el nivel del mar en todo el mundo ha aumentado aproximadamente 17 centímetros en el transcurso del siglo XX. La principal fuente de este exceso de escorrentía de la tierra que contribuye al aumento del nivel del mar es el derretimiento del hielo terrestre, particularmente en Groenlandia y la Antártida.

El nivel del mar ha aumentado durante el último siglo, en parte debido a la expansión térmica del océano a medida que se calienta, y en parte debido al derretimiento de los glaciares y los casquetes polares. (Gráfico © 2010 Organización Australiana de Investigaciones y Científicas de la Commonwealth.)

El nivel del mar ha aumentado tanto por el calentamiento de los océanos, lo que hace que el agua se expanda y aumente de volumen, como porque ha entrado más agua en el océano que la cantidad que sale por evaporación u otros medios. Una causa principal del aumento de la masa de agua que ingresa al océano es el desprendimiento o el derretimiento del hielo terrestre (capas de hielo y glaciares). El hielo marino ya está en el océano, por lo que los aumentos o disminuciones en la cantidad anual de hielo marino no afectan significativamente el nivel del mar.

Los glaciares Blackfoot (izquierda) y Jackson (derecha), ambos en las montañas del Parque Nacional Glacier, se unieron a lo largo de sus márgenes en 1914, pero desde entonces se han retirado a circos alpinos separados. El derretimiento del hielo de los glaciares es uno de los principales factores que contribuyen al aumento del nivel del mar. [Fotografías de E. B. Stebinger, archivos del Parque Nacional Glacier (1911) y Lisa McKeon, USGS (2009).]

A lo largo del ciclo hidrológico, hay muchos caminos que puede seguir una molécula de agua. El agua en el fondo del lago Superior puede eventualmente subir a la atmósfera y caer en forma de lluvia en Massachusetts. La escorrentía de la lluvia de Massachusetts puede drenar al Océano Atlántico y circular hacia el noreste hacia Islandia, destinada a convertirse en parte de un témpano de hielo marino o, después de la evaporación a la atmósfera y la precipitación en forma de nieve, en parte de un glaciar.

Las moléculas de agua pueden tomar una inmensa variedad de rutas y senderos ramificados que las conducen una y otra vez a través de las tres fases de hielo, agua líquida y vapor de agua. Por ejemplo, las moléculas de agua que una vez cayeron hace 100 años como lluvia en la casa de campo de sus bisabuelos en Iowa ahora podrían estar cayendo como nieve en su camino de entrada en California.

Evaporación, transpiración, sublimación

Juntas, la evaporación, la transpiración y la sublimación, más las emisiones volcánicas, representan casi todo el vapor de agua en la Atmósfera que no se inserta a través de las actividades humanas. Los estudios muestran que la evaporación, el proceso por el cual el agua cambia de un líquido a un gas, de los océanos, mares y otros cuerpos de agua (lagos, ríos, arroyos) proporciona casi el 90% de la humedad en nuestra atmósfera. La mayor parte del 10% restante que se encuentra en la atmósfera es liberado por las plantas a través de la transpiración, donde las plantas toman agua a través de sus raíces y luego la liberan a través de pequeños poros en la parte inferior de sus hojas. Por ejemplo, un campo de maíz de 1 acre de tamaño puede transpirar hasta 4,000 galones de agua todos los días. Además, una porción muy pequeña de vapor de agua ingresa a la atmósfera a través de la sublimación, el proceso por el cual el agua cambia directamente de sólido (hielo o nieve) a gas. La reducción gradual de los bancos de nieve en los casos en que la temperatura permanece por debajo del punto de congelación es el resultado de la sublimación.

Condensación y precipitación

Después de que el agua ingresa a la atmósfera inferior, las corrientes de aire ascendentes la llevan hacia arriba, a menudo hacia la atmósfera, donde el aire ascendente se enfría. En aire enfriado, es más probable que el vapor de agua se condense de gas a líquido para formar gotas de nubes. Las gotas de nubes pueden crecer y producir precipitaciones (incluidas lluvia, nieve, aguanieve, lluvia helada y granizo), que es el mecanismo principal para transportar agua desde la atmósfera de regreso a la superficie de la Tierra.

Cuando la precipitación cae sobre la superficie terrestre, sigue varias rutas en sus trayectorias posteriores. Parte de ella se evapora, regresando a la atmósfera, parte se filtra al suelo como humedad del suelo o agua subterránea y parte se escurre a ríos y arroyos. Casi toda el agua finalmente fluye hacia los océanos u otros cuerpos de agua, donde el ciclo continúa. En diferentes etapas del ciclo, parte del agua es interceptada por humanos u otras formas de vida para beber, lavar, regar y una gran variedad de otros usos.

Aumento del nivel del mar

El nivel del mar ha aumentado durante el último siglo, en parte debido a la expansión térmica del océano a medida que se calienta, lo que hace que el agua se expanda y aumente de volumen, y en parte debido al derretimiento de los glaciares y las capas de hielo porque ha entrado más agua en el océano. que la cantidad que lo deja por evaporación u otros medios. (Gráfico © 2010 Organización Australiana de Investigaciones y Científicas de la Commonwealth.)

Derretimiento de la nieve y el hielo

Una causa principal del aumento de la masa de agua que ingresa al océano es el desprendimiento o el derretimiento del hielo terrestre (capas de hielo y glaciares). El hielo marino ya está en el océano, por lo que los aumentos o disminuciones en la cantidad anual de hielo marino no afectan significativamente el nivel del mar.

Crédito: Observatorio de la Tierra de la NASA


Ciclos biológicos

repetición rítmica de fenómenos biológicos en asociaciones de organismos (poblaciones, biocenosis), que sirve como adaptación a cambios cíclicos en sus condiciones de existencia. Los ciclos biológicos están incluidos en el concepto más general de ritmos biológicos, que incluye todos los fenómenos biológicos repetidos rítmicamente. Los ciclos biológicos pueden ser diarios, estacionales (anuales) o en intervalos de muchos años.

Los ciclos biológicos de veinticuatro horas se expresan en fluctuaciones regulares en los fenómenos fisiológicos y el comportamiento de los animales durante el transcurso de un día de 24 horas. En su base se encuentran los mecanismos automáticos que se corrigen por los efectos de factores externos: variaciones de 24 horas de iluminación, temperatura, humedad, etc.

En la base de los ciclos biológicos estacionales se encuentran los cambios metabólicos que en los animales están regulados por hormonas. En varias estaciones, la condición y el comportamiento de los organismos dentro de una población o una biocenosis cambian: puede ocurrir acumulación o consumo de sustancias de reserva, desprendimiento de capas externas (muda), reproducción, migración animal, hibernación y otros fenómenos estacionales que comienzan o terminan. Al estar en un grado considerable automatizados, estos fenómenos se corrigen por influencias externas (condiciones climáticas, reservas de alimentos, etc.).

Los ciclos biológicos que duran muchos años están condicionados por variaciones cíclicas del clima y otras condiciones de existencia (en conexión con cambios en la actividad solar y otros factores cósmicos y planetarios). Tales ciclos biológicos ocurren en poblaciones y biocenosis y se expresan en fluctuaciones en la reproducción y el número de ciertas especies, en el reasentamiento de poblaciones en nuevos lugares o en la extinción de partes de poblaciones. Estos fenómenos son el resultado final de cambios cíclicos en poblaciones y biocenosis y de fluctuaciones en sus condiciones de existencia, principalmente climáticas.


Primavera 2022

PRIMAVERA 2022 CORE-UA 305 001, Ciencias de la vida: Orígenes humanos
Prof. TBA (Antropología)
Este curso proporciona una introducción completa al campo de la antropología biológica y explora la historia evolutiva de nuestro linaje. Los temas incluyen, entre otros, la genética, el comportamiento, la osteología, la paleoantropología, la bioarqueología y la medicina forense de primates humanos y no humanos. Se hace especial hincapié en la variación biológica humana moderna y el registro fósil humano. Al hacerlo, reconstruiremos el comportamiento (locomotor, social, sexual y cultural) de nuestros antepasados ​​y parientes cercanos utilizando análogos modernos, incluidos los humanos modernos, nuestros parientes vivos más cercanos, los grandes simios y otros primates y animales no primates. Este curso comienza con una revisión de la biología celular y molecular y la teoría evolutiva en general, luego establece nuestro lugar en la naturaleza y el tiempo geológico, y termina con una incursión detallada en los orígenes humanos modernos, incluidos fósiles, artefactos y comportamientos culturales inferidos. Además, exploraremos la variación humana moderna, incluidas discusiones sobre temas como raza, genética y sexualidad.

PRIMAVERA 2022 CORE-UA 306, Ciencias de la vida: Cerebro y comportamiento
Prof. TBA (Ciencias Neuronales)
La relación del cerebro con el comportamiento, comenzando con los elementos básicos que forman el sistema nervioso y cómo las señales eléctricas y químicas del cerebro actúan para afectar el comportamiento. Usando esta base, examinamos cómo el cerebro aprende y cómo crea nuevos comportamientos, junto con los mecanismos cerebrales que están involucrados en la experiencia sensorial, el movimiento, el hambre y la sed, los comportamientos sexuales, la experiencia de las emociones, la percepción y la cognición, la memoria y la plasticidad del cerebro. Otros temas clave incluyen si ciertos trastornos del comportamiento como la esquizofrenia y el trastorno bipolar pueden explicarse por cambios en la función del cerebro y cómo las drogas pueden alterar el comportamiento y la función del cerebro.

Nota: en algunos laboratorios se requiere la manipulación de animales y tejido cerebral animal.

PRIMAVERA 2022 CORE-UA 310, Ciencias de la vida: moléculas de la vida
Prof. Jordan (plan de estudios básico universitario) [Silaba]
Nuestras vidas están cada vez más influenciadas por la disponibilidad de nuevos productos farmacéuticos, que van desde los que reducen el colesterol hasta los que influyen en el comportamiento. Examinamos la química y la biología de las biomoléculas que forman la maquinaria molecular de la célula. Crítico para la función de tales biomoléculas es su estructura tridimensional que las dota de una función específica. Esta información proporciona la base científica para comprender la acción de los fármacos y cómo se diseñan los nuevos fármacos. Comenzando con los principios de enlace químico, estructura molecular y propiedades ácido-base que gobiernan la estructura y función de las biomoléculas, aplicamos estos principios para estudiar las variedades de arquitectura de proteínas y cómo las proteínas sirven como enzimas para facilitar las reacciones bioquímicas. Concluimos con un estudio de genética molecular y cómo la información reciente del Proyecto Genoma Humano está estimulando nuevos enfoques para diagnosticar enfermedades y diseñar tratamientos farmacológicos.

Nota: Este es el curso No disponible a estudiantes que hayan completado CORE-UA 210.

PRIMAVERA 2022 CORE-UA 311, Ciencias de la vida: lecciones de la biosfera
Prof. TBA (Biología)
Proporciona una base de conocimiento sobre cómo funciona la biosfera de la Tierra. Esto incluye las mayores ideas y descubrimientos sobre biología a escala global: la escala en la que vivimos. Este conocimiento es especialmente crucial hoy en día porque los humanos estamos perturbando muchos sistemas dentro de la biosfera. Exploramos cuatro temas principales: (1) Evolución de la vida: ¿Cómo llegó la vida a ser lo que es hoy? (2) Diversidad de la vida: ¿Qué es la vida hoy a escala global? (3) Ciclos de la materia: ¿Cómo interactúan la vida y el medio ambiente no vivo? (4) The Human Guild: ¿Cómo están cambiando los humanos la biosfera y cómo podríamos considerar nuestro futuro dentro de la biosfera? Los experimentos de laboratorio se complementan con una exploración en el Museo Americano de Historia Natural.


Ejemplos de ciclo biogeoquímico

El ciclo del agua

El ciclo biogeoquímico del agua, o el ciclo hidrologico describe la forma en que el agua (dióxido de hidrógeno o H2O) se distribuye y recicla en todos los sistemas de la Tierra.

Todos los organismos vivos, sin excepción, necesitan agua para sobrevivir y crecer, lo que la convierte en una de las sustancias más importantes de la Tierra. En organismos complejos se utiliza para disolver vitaminas y nutrientes minerales. Luego se usa para transportar estas sustancias, así como hormonas, anticuerpos, oxígeno y otras sustancias alrededor y fuera del cuerpo. También ayuda en las reacciones enzimáticas y químicas necesarias para el metabolismo y se utiliza para regular la temperatura.

A nivel geográfico, el ciclo biogeoquímico del agua es responsable de los patrones climáticos. La temperatura, la cantidad y el movimiento del agua afectan todos los sistemas climáticos.A medida que el agua en sus diversas formas (vapor, líquido y hielo) interactúa con su entorno, altera la temperatura y la presión de la atmósfera, creando viento, lluvia y corrientes, y es responsable de cambiar la estructura de la tierra y la roca a través de meteorización.

Aunque no hay un comienzo real para el ciclo del agua, el 97% del agua del mundo se almacena en los océanos, por lo que este es un lugar lógico para comenzar.

Del agua del océano, una proporción muy pequeña se congela cuando llega a los polos y se almacena como hielo dentro de los glaciares.

Parte del agua superficial es calentada por el sol y evaporación tiene lugar. En este proceso, el agua líquida se convierte en vapor de agua y se eleva a la atmósfera. A medida que sube el agua, se enfría y condensación ocurre. Esto hace que el agua se almacene en la atmósfera en forma de nubes.

A medida que las nubes se mueven alrededor de la atmósfera terrestre, chocan y crecen. Eventualmente, las gotas de agua crecen lo suficiente como para que sean lo suficientemente pesadas como para caer precipitación (lluvia) o como nieve, dependiendo de las condiciones ambientales.

La mayor parte de la nieve que cae se almacena como capas de hielo o se derrite para formar arroyos y ríos.

Parte del agua que llega al suelo se ve afectada por la gravedad y regresa al océano a través de escorrentía superficial. Además, parte de esta agua se une a los arroyos y ríos de agua dulce, que eventualmente conducen a los océanos, o puede almacenarse en lagos y embalses. Esta agua dulce puede ser consumida por animales, que hacen circular el agua a través de sus cuerpos.

Gran parte del agua que cae en forma de lluvia penetra en el suelo a través de infiltración. Aquí se infiltra profundamente en la roca y forma enormes almacenes llamados acuíferos o permanece relativamente cerca de la superficie como flujo de agua subterránea.

El agua subterránea es absorbida por las raíces de las plantas y se utiliza para fotosíntesis. Luego, el agua se libera a la atmósfera a través de evapotranspiración o se consume cuando se comen las plantas.

Parte del agua subterránea emerge de manantiales y cuerpos de agua superficiales, y finalmente regresa al océano.

El ciclo del carbono

Como componente principal de los compuestos biológicos, el carbono se puede encontrar en todos los seres vivos, así como en muchos seres no vivos como los minerales, la atmósfera, los océanos y el interior de la tierra.

Aunque el carbono es un componente esencial para la vida, solo debido a un equilibrio específico de componentes y condiciones atmosféricos, la vida, tal como la conocemos, puede existir. Por lo tanto, es importante que se mantenga un equilibrio entre la cantidad de carbono almacenado en los sumideros y la cantidad que se emite de diversas fuentes.

Aunque todos los ciclos biogeoquímicos del carbono están vinculados, es más sencillo visualizarlos utilizando dos sistemas.

Ciclos biogeoquímicos rápidos del carbono

En este ciclo carbono inorgánico, que está presente en la atmósfera como CO2, es capturado por autótrofos. Suelen ser organismos fotosintetizadores como plantas, bacterias y algas.

Durante la fotosíntesis, el carbono se convierte en compuestos orgánicos como la glucosa, que se almacenan dentro de los cuerpos de estos organismos. Este carbono puede almacenarse durante muchos cientos de años dentro de los cuerpos de las plantas en áreas como las selvas tropicales.

Cuando los compuestos orgánicos son consumidos por heterótrofos, se pasan por el Red alimentaria, donde se descomponen en sustancias útiles utilizando respiración celular. La respiración celular produce CO2, que se libera de nuevo a la atmósfera.

El océano es el segundo sumidero de carbono más grande. Además del carbono inorgánico disuelto que se almacena en profundidad, la capa superficial contiene grandes cantidades de carbono disuelto que se intercambia rápidamente con la atmósfera.

Ciclos biogeoquímicos de carbono a largo plazo

El almacenamiento a largo plazo de carbono se produce durante miles o millones de años y es importante para mantener estables los niveles de carbono atmosférico.

Cuando un organismo muere, el carbono almacenado dentro de su cuerpo se descompone en CO2 y otras sustancias orgánicas por descomponedores. Si bien parte de este carbono se libera a la atmósfera, una gran parte permanece secuestrada dentro del suelo. A través de este proceso, los suelos se convierten en importantes depósitos de almacenamiento de carbono.

El sumidero de carbono más grande es el litosfera (las rocas de la tierra). Gran parte del carbono de la tierra se almacenó dentro de las rocas cuando se formó la tierra, sin embargo, también se cicla continuamente a través del ciclo biogeoquímico de la biosfera. Carbonato de calcio (CaCO3), que forma las conchas de los organismos marinos, forma piedra caliza cuando se acumula en el fondo del océano. Este es uno de los reservorios de carbono más grandes del mundo.

Los combustibles fósiles también contienen enormes cantidades de carbono que se forman a partir de los restos de plantas y animales que vivieron hace millones de años. Bajo condiciones específicas, el carbono dentro de sus cuerpos fue presurizado y "cocinado" para formar hidrocarburos. Hoy esto se encuentra en forma de petróleo crudo, carbón y gas natural.

Impactos humanos en el ciclo biogeoquímico del carbono

Los seres humanos están teniendo un impacto drástico en el ciclo natural del carbono en la atmósfera y en los océanos.

Los combustibles fósiles, que han almacenado grandes cantidades de carbono durante millones de años, se están quemando a un ritmo demasiado rápido como para devolverlo a los sumideros de carbono. En cambio, se libera a la atmósfera en forma de dióxido de carbono y metano (CO), lo que evita que el calor escape a la atmósfera, lo que da como resultado la efecto invernadero.

Además, entre otras prácticas disruptivas, la deforestación está liberando carbono almacenado dentro de la materia vegetal y está reduciendo el número de plantas disponibles para capturarlo. Esto es especialmente cierto en las selvas tropicales y las turberas.

La interferencia antinatural con este delicado ciclo biogeoquímico por parte de los humanos podría tener graves consecuencias para nuestro planeta.


Ejemplos del ciclo del carbono

El ciclo del carbono consta de muchos sistemas paralelos que pueden absorber o liberar carbono. Juntos, estos sistemas funcionan para mantener el ciclo del carbono de la Tierra, y posteriormente su clima y biosfera, relativamente estables. A continuación se muestran algunos ejemplos de partes de los ecosistemas de la Tierra que pueden absorber carbono, convertir el carbono en materia viva o liberar carbono a la atmósfera.

Atmósfera

Un depósito importante de carbono es el dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra. El carbono forma una molécula gaseosa estable en combinación con dos átomos de oxígeno. En la naturaleza, este gas es liberado por la actividad volcánica y por la respiración de los animales que unen moléculas de carbono de los alimentos que ingieren a moléculas de oxígeno antes de exhalarlo.

El dióxido de carbono puede ser eliminado de la atmósfera por las plantas, que toman el carbono atmosférico y lo convierten en azúcares, proteínas, lípidos y otras moléculas esenciales para la vida. También se puede eliminar de la atmósfera por absorción en el océano, cuyas moléculas de agua pueden unirse con el dióxido de carbono para formar ácido carbónico.

Litosfera

La corteza terrestre # 8217 - llamada "litosfera" de la palabra griega "litho" para "piedra" y "esfera" para globo # 8211 también puede liberar dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra. Este gas puede ser creado por reacciones químicas en la corteza y el manto de la Tierra.

La actividad volcánica puede resultar en liberaciones naturales de dióxido de carbono. Algunos científicos creen que la actividad volcánica generalizada puede ser la culpable del calentamiento de la Tierra que causó la extinción del Pérmico.

Si bien la corteza terrestre puede agregar carbono a la atmósfera, también puede eliminarlo. Los movimientos de la corteza terrestre pueden enterrar sustancias químicas que contienen carbono, como plantas y animales muertos, en las profundidades del subsuelo, donde su carbono no puede volver a escapar a la atmósfera. Durante millones de años, estos depósitos subterráneos de materia orgánica se licúan y se convierten en carbón, petróleo y gasolina. En los últimos años, los seres humanos han comenzado a liberar gran parte de este carbono secuestrado a la atmósfera al quemar estos materiales para alimentar automóviles, centrales eléctricas y otros equipos humanos.

Biosfera

Entre los seres vivos, algunos eliminan el carbono de la atmósfera, mientras que otros lo liberan. Los participantes más notables de este sistema son las plantas y los animales.

Las plantas eliminan el carbono de la atmósfera. No hacen esto como un acto de caridad. El carbono atmosférico es en realidad el "alimento" que las plantas utilizan para producir azúcares, proteínas, lípidos y otras moléculas esenciales para la vida. Las plantas usan la energía de la luz solar, recolectada a través de la fotosíntesis, para construir estos compuestos orgánicos a partir del dióxido de carbono y otros oligoelementos. De hecho, el término "fotosíntesis" proviene de las palabras griegas "foto" para "luz" y "síntesis" para "juntar".

En un conjunto de reacciones químicas elegantemente equilibradas, los animales comen plantas (y otros animales) y vuelven a separar estas moléculas sintetizadas. Los animales obtienen su combustible de la energía química que las plantas han almacenado en los enlaces entre los átomos de carbono y otros átomos durante la fotosíntesis. Para hacer eso, las células animales disuelven moléculas complejas como azúcares, grasas y proteínas hasta llegar a unidades de un solo carbono: moléculas de dióxido de carbono, que se producen al reaccionar moléculas de alimentos que contienen carbono con oxígeno del aire.

Océanos

Los océanos de la Tierra tienen la capacidad de absorber y liberar dióxido de carbono. Cuando el dióxido de carbono de la atmósfera entra en contacto con el agua del océano, puede reaccionar con las moléculas de agua para formar ácido carbónico, una forma líquida disuelta de carbono.

Cuando hay más ácido carbónico en el océano en comparación con el dióxido de carbono en la atmósfera, algo de ácido carbónico puede liberarse a la atmósfera en forma de dióxido de carbono. Por otro lado, cuando hay más dióxido de carbono en la atmósfera, más dióxido de carbono se convertirá en ácido carbónico y aumentarán los niveles de acidez del océano.

Algunos científicos han expresado su preocupación por el aumento de la acidez en algunas partes del océano, posiblemente como resultado del aumento de dióxido de carbono en la atmósfera debido a la actividad humana. Aunque estos cambios en la acidez del océano pueden parecer pequeños para los estándares humanos, muchos tipos de vida marina dependen de reacciones químicas que necesitan un nivel de acidez muy específico para sobrevivir. De hecho, la acidificación de los océanos actualmente está matando a muchas comunidades de arrecifes de coral.


Ciclos del carbono y flujo de energía a través de los ecosistemas y la biosfera

En esta actividad de análisis y discusión, los estudiantes aprenden por qué la biosfera requiere una entrada continua de energía, pero no necesita una entrada de átomos de carbono. Los estudiantes analizan cómo el proceso de fotosíntesis ilustra los principios generales de conservación de la materia y la segunda Ley de la Termodinámica.

Luego, los estudiantes analizan cómo los ciclos del carbono y el flujo de energía a través de los ecosistemas son el resultado de la fotosíntesis, la biosíntesis, la respiración celular y las relaciones tróficas en las redes tróficas. Por lo tanto, los estudiantes aprenden cómo los fenómenos ecológicos importantes son el resultado de procesos a nivel molecular, celular y orgánico.

El folleto del estudiante está disponible en los dos primeros archivos adjuntos y como Documento de Google diseñado para su uso en la educación a distancia y instrucción en línea. Las Notas para el maestro, disponibles en los dos últimos archivos adjuntos, brindan sugerencias de instrucción e información de antecedentes y explican cómo esta actividad está alineada con los Estándares de Ciencias de la Próxima Generación.


Póster Ciclo del carbono

Trabajando en grupos, los estudiantes pueden crear ilustraciones simples de cómo fluye el carbono entre la biosfera, la hidrosfera, la atmósfera y la litosfera. Utilice los materiales proporcionados para contar la historia de cómo la actividad humana puede contribuir al cambio climático global.

  1. ilustrar los flujos de carbono que se producen entre la biosfera, la hidrosfera, la atmósfera y la litosfera.
  2. Ilustrar y explicar cómo los humanos alteran los flujos de carbono entre las cuatro esferas.
  3. Identificar las alteraciones humanas de los flujos de carbono que contribuyen al cambio climático global.
  • cartel o papel de carnicero
  • cartulina en cuatro colores diferentes para representar las diferentes esferas (sugerimos azul para representar la hidrosfera, verde para representar la biosfera, amarillo para representar la atmósfera y marrón para representar la litosfera)
  • cinta adhesiva
  • tijeras
  • lápices de colores, crayones o marcadores
  • Flechas de flujo de carbono
  • Flechas de alteración humana
  • Cartel del ciclo del carbono Tarjetas de alteración humana
  • Cartel del ciclo del carbono Alteración humana Respuestas
  1. Reúna los suministros, cortando papel de póster para cada grupo de cuatro.
  2. Dibuja la clave de color en la pizarra para las 4 esferas.
  3. Imprime y corta flechas y tarjetas de alteración.

Discuta el significado de las palabras “biosfera, litosfera, hidrosfera y atmósfera”. Sugerimos guiar a los estudiantes en la disección de las palabras: Bio significa vida, lito significa roca, hidro significa agua y atmos es el griego para vapor. Esfera se refiere a una parte o partes del planeta.

  • La biosfera está compuesta por las partes del planeta que contienen vida.
  • La litosfera está compuesta por las partes del planeta que contienen rocas y sedimentos.
  • La hidrosfera está compuesta por las partes del planeta con agua.
  • La atmósfera está compuesta por las partes del planeta con vapor o gases.

Enseña el ciclo del carbono. Sugerimos utilizar el Juego de roles del ciclo del carbono actividad, pero también funcionará un formato de conferencia.

  1. Divida a los estudiantes en grupos de cuatro y distribuya papel de póster a cada uno. Explique que su tarea será trabajar juntos para diseñar un póster del ciclo del carbono que ilustre cómo se mueve el carbono entre las cuatro esferas diferentes.
  2. Haga que cada grupo ayude a recortar y etiquetar las esferas.
    • Entregue a cada grupo cuatro hojas de cartulina, cada una de un color diferente. Haciendo referencia a su clave de color, dígales a los estudiantes que cada hoja de papel representará una de las cuatro esferas: biosfera, atmósfera, hidrosfera y litosfera.
    • Haga que cada alumno elija una hoja de papel y corte un círculo grande. Luego, haga que los estudiantes escriban el nombre de la esfera en su círculo y dibujen algo que represente esa esfera (por ejemplo, hojas, nubes, gotas, montañas).
  3. Haga que cada grupo cree un diagrama pegando las esferas y las flechas en el cartel de tal manera que explique cómo fluye el carbono a través de las cuatro esferas.
    • Entregue a cada grupo de estudiantes un conjunto de 9 flechas de flujo de carbono, pero aún no distribuya las flechas de alteración humana. Dígales a los estudiantes que estas flechas muestran cómo el carbono se mueve de una esfera a otra.
    • Si es necesario, repase parte del vocabulario de las flechas con los estudiantes.
    • Diga a los estudiantes que su tarea es colocar las flechas entre las esferas correspondientes. Enfatice que las flechas deben estar orientadas en la dirección apropiada en sus carteles.

Consejo del profesor: Verifique la comprensión mirando los carteles a medida que funcionan y guíe a los estudiantes según corresponda. Concéntrese en que expliquen su razonamiento, refiriéndose a experiencias previas, como con el Juego de roles del ciclo del carbono.

  1. Una vez que los estudiantes hayan terminado de conectar sus esferas con las flechas, reúna a todos como clase para comparar sus sistemas y explicar su pensamiento. Puede hacer un diagrama en la pizarra (ver ejemplo) si ayuda a aclarar malentendidos.
  2. Discuta cómo estos carteles modelan el sistema y qué ideas pueden estar claras o faltar en este diagrama (por ejemplo, el carbono a veces es un sólido, líquido o gas, la cantidad de carbono que se mueve a través de cada flecha no se expresa).

Límite de evaluación: Si está trabajando para alcanzar las expectativas de rendimiento 5-LS2-1 o MS-LS2-3 o HS-LS2-5 con respecto a Desarrollar un modelo para describir el movimiento de la materia entre las partes vivas y no vivas de un ecosistema., recuerda que los estudiantes son no Se espera que demuestre comprensión del movimiento molecular o que describa el proceso mediante reacciones químicas.

Límite de evaluación: Si está trabajando para alcanzar las expectativas de rendimiento 5-ESS2-1 o MS-ESS2-1 o HS-ESS2-6 con respecto a Desarrollar un modelo para describir las formas en que interactúan la geosfera, la biosfera, la hidrosfera y / o la atmósfera., recuerde que los estudiantes de quinto grado solo necesitan explicar las interacciones de dos sistemas a la vez. El énfasis para la escuela intermedia está en el proceso geológico del ciclo de las rocas, y el énfasis en la escuela secundaria está en cómo los ciclos biogeoquímicos que incluyen el ciclo del carbono a través del océano, la atmósfera, el suelo y la biosfera (incluidos los humanos), proporcionan la base. para organismos vivos.

  1. Dale a cada grupo un Tarjeta de alteración humana. Reparta el Hojas de flechas de alteración humana y diga a los estudiantes que recorten la flecha y escriban su alteración humana específica en la flecha.
  2. Pida a los estudiantes que coloquen la flecha de alteración humana en su póster para reflejar cómo la alteración movería el carbono de una esfera a otra. Algunos de estos son complicados, así que diga a los estudiantes que está bien si no saben la respuesta con certeza porque la revisarán como clase.
  3. Haga que cada grupo presente su alteración humana y cómo creen que impacta el ciclo del carbono al resto de la clase. Utilizar el Respuesta de alteración humanas para verificar el trabajo de los estudiantes y guiar a la clase en la discusión.
  4. Después de que cada grupo presente, asegúrese de discutir cómo el impacto inicial de una alteración humana en el ciclo del carbono podría ser un flujo de una esfera a otra, representada por la flecha grande, pero que ese flujo inicial podría causar otros movimientos en el ciclo. también. Después de todo, es un ciclo del carbono lo que se mueve hacia una esfera eventualmente se moverá hacia otras esferas. Enfatice que el ciclo se mueve a diferentes velocidades y que algunos movimientos entre esferas ocurren relativamente rápido, mientras que otros toman mucho tiempo.
  5. Aproveche esta oportunidad para decirles a sus estudiantes que los científicos aún están estudiando el ciclo del carbono y no comprenden completamente cómo funcionan todos los detalles. Por ejemplo, a medida que los seres humanos liberan más carbono a la atmósfera, los océanos absorben parte de él, pero los científicos no están seguros de cuánto carbono absorbe el océano de la atmósfera.
  6. Discuta cuáles de estas alteraciones humanas tienen impactos en el clima (todas). Seis de ellos arrojan carbono a la atmósfera, donde es un componente de los gases de efecto invernadero y altera el clima al absorber y volver a irradiar calor. Uno de ellos toma carbono de la atmósfera y lo introduce en el crecimiento de los árboles y otro toma carbono de la litosfera, pero en lugar de liberarlo a la atmósfera, se inyecta de nuevo en la litosfera. Estas dos últimas alteraciones, plantar árboles y capturar las emisiones de carbono y almacenarlas bajo tierra, son ejemplos de las formas en que los seres humanos intentan luchar contra el cambio climático y reducir las emisiones de carbono.

Analice las siguientes preguntas con sus alumnos:

  • ¿Están los humanos agregando más carbono al ciclo del carbono?No, los humanos están cambiando la cantidad de carbono en ciertas esferas, pero no están cambiando la cantidad total de carbono en la planta.
  • ¿Qué están haciendo los humanos para cambiar el ciclo del carbono?Quema de combustibles fósiles, cría de ganado, cultivo de arroz, deforestación, fabricación de cemento.
  • ¿Por qué son un problema estas alteraciones humanas del ciclo del carbono?Están aumentando la cantidad de dióxido de carbono y metano en la atmósfera, ambos gases de efecto invernadero. Un aumento de los gases de efecto invernadero conduce al cambio climático global, que tiene muchos efectos, incluido el aumento del nivel del mar, el aumento de las temperaturas, el aumento de las tormentas, los cambios en las precipitaciones, la extinción de organismos ...
  • ¿Qué pueden hacer los humanos para disminuir la cantidad de carbono que se libera a la atmósfera?Queme menos combustibles fósiles conduciendo menos, use el transporte público, compre alimentos locales, apague las luces, plante árboles, apoye las fuentes de energía renovable como la eólica y la solar, capture carbono en las plantas de energía y almacénelo bajo tierra.

carbón: un elemento que se puede encontrar en todos los seres vivos

difusión: mezcla de partículas de líquido, gases o sólidos de un lugar a otro (de mayor concentración a menor concentración)

atmósfera: los gases que rodean la Tierra

biosfera: las partes de la tierra, el mar y la atmósfera en las que existe la vida

hidrosfera: toda el agua de la Tierra, incluida el agua superficial (agua en océanos, lagos y ríos), agua subterránea (agua en el suelo y debajo de la superficie de la tierra), capa de nieve, hielo y agua en la atmósfera, incluido el vapor de agua

litosfera: capa exterior rocosa de la Tierra

Plantas y sus procesos

fotosíntesis: el proceso por el cual las plantas usan dióxido de carbono y energía del sol para producir azúcar.

respiración: los procesos por los cuales las células vegetales y animales descomponen el azúcar, lo que da como resultado dióxido de carbono

erosión: Desgaste y movimiento de rocas y sedimentos, a menudo por el agua, el viento, los glaciares y las olas.

sedimento: material, como piedras o arena, depositado por el agua, el viento o los glaciares

sedimentación: el proceso de depositar sedimentos y formar rocas sedimentarias

meteorización: procesos por los cuales las rocas expuestas al clima cambian y se descomponen

Ciclo del carbono

El carbono es un elemento extremadamente común en la tierra y se puede encontrar en las cuatro esferas principales del planeta: biosfera, atmósfera, hidrosfera y litosfera. El carbono forma parte de las partes vivas y no vivas del planeta, como componente de organismos, gases atmosféricos, agua y rocas. El carbono contenido en cualquiera de las esferas del planeta no permanece allí para siempre. En cambio, se mueve de una esfera a otra en un proceso continuo conocido como ciclo del carbono. El ciclo del carbono es extremadamente importante en la tierra, ya que influye en procesos vitales cruciales como la fotosíntesis y la respiración, contribuye a la formación de combustibles fósiles e impacta el clima terrestre.

Además de las adiciones relativamente pequeñas de carbono de los meteoritos, la cantidad de carbono en el planeta es estable. Pero, la cantidad de carbono en cualquier esfera del planeta puede aumentar o disminuir dependiendo de las fluctuaciones del ciclo del carbono. El ciclo se puede pensar en términos de reservorios (lugares donde se almacena el carbono) y flujos (el movimiento entre reservorios). La atmósfera, la biosfera, la hidrosfera y la litosfera son los reservorios y los procesos por los cuales el carbono se mueve de un reservorio a otro son los flujos. Aunque el carbono es extremadamente común en la tierra, el carbono puro no es común. Por el contrario, el carbono suele estar unido a otros elementos de los compuestos. Por lo tanto, cuando el carbono se mueve o cicla, generalmente lo hace dentro de compuestos, como el dióxido de carbono y el metano.

Los muchos procesos que mueven el carbono de un lugar a otro ocurren en diferentes escalas de tiempo. Algunos de ellos ocurren en escalas de tiempo cortas, como la fotosíntesis, que mueve el carbono de la atmósfera a la biosfera a medida que las plantas extraen dióxido de carbono de la atmósfera. Algunos procesos del ciclo del carbono ocurren en escalas de tiempo mucho más largas. Por ejemplo, en el océano, los organismos con esqueletos y conchas de carbonato de calcio mueren y algunos de sus restos, los que no se descomponen, se hunden hacia el fondo del océano. Al llegar al fondo del océano, el carbono que estaba almacenado en sus cuerpos se convierte en parte del sedimento rico en carbono y finalmente se transporta, a través del movimiento de la placa tectónica, a las zonas de subducción donde se convierte en roca metamórfica. Estos dos ejemplos muestran la extrema variedad de procesos que tienen lugar en el ciclo del carbono.

En general, el ciclo del carbono a corto plazo abarca la fotosíntesis y la respiración. En tierra, hay un flujo de carbono de la atmósfera a las plantas con fotosíntesis y luego un flujo de regreso a la atmósfera con respiración y descomposición de plantas y animales. Para las plantas acuáticas, la fotosíntesis implica tomar dióxido de carbono disuelto en el agua que las rodea y la respiración y la descomposición devuelven el dióxido de carbono al agua. Además de moverse entre las plantas y la atmósfera o el agua, el dióxido de carbono también se mueve constantemente entre la atmósfera y el agua a través de la difusión. El ciclo del carbono a largo plazo abarca más procesos litosféricos. Implica la meteorización y la erosión de rocas que contienen carbono, la acumulación de material vegetal y animal rico en carbono en los sedimentos y el lento movimiento de esos sedimentos a través del ciclo de las rocas.

El ciclo completo del carbono se compone de flujos aún más específicos entre la atmósfera, la biosfera, la hidrosfera y la litosfera que los que se analizan aquí. Aunque hay detalles más específicos involucrados en el complicado ciclo del carbono de la tierra, esta versión destaca algunos de los componentes más importantes y enseñará a los estudiantes el concepto general de que el carbono es limitado y se mueve a través de las diferentes esferas del planeta. Para obtener información más detallada sobre el ciclo del carbono, investigue los recursos y las referencias que se enumeran al final del plan de la lección.

Alteraciones humanas

Hay fluctuaciones naturales en el ciclo del carbono, pero los seres humanos han estado cambiando los flujos de carbono en la tierra a un ritmo antinatural. Los principales cambios inducidos por el hombre en el ciclo del carbono dan como resultado un aumento del dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4) en la atmósfera. La mayor fuente de este cambio es la quema de combustibles fósiles, pero otras acciones como la deforestación, la fabricación de cemento, la ganadería y el cultivo de arroz también contribuyen a este cambio en el ciclo del carbono.

Los seres humanos utilizan combustibles fósiles como el petróleo, el carbón y el gas natural para una variedad de propósitos, entre ellos, alimentar nuestros vehículos, producir electricidad, calentar y enfriar nuestros edificios y producir bienes como los plásticos. Los combustibles fósiles se forman durante millones de años a partir de material vegetal y animal enterrado que sufre cambios drásticos debido a la temperatura y las presiones en profundidad. En general, el carbón se deriva de material vegetal terrestre, mientras que el petróleo y el gas natural se obtienen principalmente de plantas y animales marinos microscópicos. Cuando quemamos estos combustibles fósiles, tomamos el carbono que ha estado almacenado bajo tierra durante mucho tiempo y lo ponemos en la atmósfera.

La deforestación provoca la liberación de carbono a la atmósfera por varias razones. Primero, los árboles que se cortan a menudo se queman, lo que inmediatamente libera a la atmósfera el carbono almacenado en los árboles. En segundo lugar, la deforestación afecta tanto a la temperatura como a la estabilidad del suelo. Dado que los suelos contienen una cantidad significativa de carbono, los cambios que afectan el suelo pueden afectar el carbono almacenado en el suelo. La deforestación resulta en una mayor erosión del suelo porque los árboles ya no están allí para estabilizar el suelo. El suelo erosionado y el carbono que contiene a menudo terminan en ríos y arroyos y, finalmente, en los océanos, llevando el carbono de la tierra a la hidrosfera. Los suelos de las áreas deforestadas no solo se erosionan por la falta de árboles, sino que a menudo también se cultivan para la agricultura. La labranza voltea el suelo, liberando a la atmósfera gas de dióxido de carbono contenido en el suelo. Después de la deforestación, la temperatura del suelo aumenta porque el suelo ya no está cubierto por follaje. Un aumento en la temperatura del suelo hace que aumente la tasa de descomposición bacteriana, lo que resulta en una mayor liberación de carbono a la atmósfera.

El proceso de fabricación de cemento libera dióxido de carbono a la atmósfera. Para hacer cemento, el carbonato de calcio se calienta en un horno para producir cal y dióxido de carbono. La cal se incorpora con otros materiales para hacer el cemento, pero el dióxido de carbono se libera a la atmósfera. En los Estados Unidos, este proceso libera aproximadamente de 7 a 10 millones de toneladas métricas de carbono por año. Aunque no es uno de los principales contribuyentes a las emisiones de dióxido de carbono, la fabricación de cemento sigue siendo una fuente importante y creciente de emisiones de carbono en todo el mundo.

La ganadería y el cultivo de arroz liberan gas metano a la atmósfera. Los arrozales inundados se consideran uno de los mayores emisores de metano. Cuando los arrozales se inundan, la materia orgánica bajo el agua se descompone y se libera metano. Esto también ocurre en los humedales naturales. La ganadería también contribuye significativamente a las emisiones de metano. Los eructos y la flatulencia del ganado liberan metano porque las bacterias en las tripas de los animales descomponen los alimentos y convierten parte de ellos en gas metano. Tanto el cultivo de ganado como el de arroz están aumentando en todo el mundo y, por lo tanto, estas fuentes de gases de efecto invernadero se están volviendo cada vez más preocupantes. Las emisiones de metano también son especialmente preocupantes porque el metano es un gas de efecto invernadero mucho más fuerte que el dióxido de carbono, lo que significa que cada molécula de metano calienta la tierra sustancialmente más que cada molécula de dióxido de carbono.

Cambio climático

Debido a que el dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4) son gases de efecto invernadero que ayudan a controlar la temperatura del planeta, los aumentos inducidos por el hombre en los niveles de carbono atmosférico están provocando una serie de cambios climáticos en nuestro planeta. Estos cambios incluyen aumentos de temperatura, aumento del nivel del mar, cambios en los patrones de lluvia, aumento de tormentas y extinción de organismos. La comprensión del ciclo del carbono es especialmente importante en este momento de la historia humana debido a las alteraciones dramáticas y consecuentes que estamos haciendo en el ciclo.

Actualmente, las personas están tomando muchas acciones diferentes para intentar frenar el cambio climático. Están intentando tanto reducir la cantidad de carbono que se emite a la atmósfera como sacar el carbono de la atmósfera y almacenarlo en otro lugar. Algunas de las formas de disminuir la cantidad de carbono emitido a la atmósfera incluyen conducir menos, usar aparatos energéticamente eficientes, cambiar a energía solar y eólica, y capturar carbono de plantas de energía y otras fuentes estacionarias y bombearlo bajo tierra para su almacenamiento. Esto se denomina captura y almacenamiento de carbono o secuestro de carbono y la gente ha estado utilizando esta técnica en los campos petroleros durante mucho tiempo. Actualmente, los científicos están investigando métodos de captura y almacenamiento de carbono para tratar de determinar si esta técnica se puede utilizar a gran escala para ayudar a frenar el cambio climático. La mitigación del cambio climático al eliminar realmente el carbono de la atmósfera se puede lograr con varios métodos diferentes. Simplemente plantar más árboles elimina el carbono de la atmósfera, porque las plantas toman carbono de la atmósfera para realizar la fotosíntesis. Otros métodos para sacar el dióxido de carbono de la atmósfera incluyen capturar dióxido de carbono y convertirlo de nuevo en combustible utilizable. Este es un tema de investigación en curso y, aunque actualmente hay muchas opciones viables para reducir la cantidad de carbono en la atmósfera, el futuro también puede tener otras posibilidades.


Contenido

El proyecto Biosphere 2 fue lanzado en 1984 por el empresario y filántropo Ed Bass y el ecologista de sistemas John P. Allen, y Bass proporcionó 150 millones de dólares en fondos hasta 1991. [8] Bass y Allen se conocieron en la década de 1970 en Synergia Ranch, un comunidad de contracultura dirigida por Allen, quien defendió el concepto de "Nave espacial Tierra" de Buckminster Fuller y exploró la idea de las biosferas como refugio de desastres como la guerra nuclear. [8] Varios otros ex miembros de Synergia Ranch también se unieron al proyecto Biosphere 2. [8]

La construcción se llevó a cabo entre 1987 y 1991 por Space Biosphere Ventures, una empresa conjunta cuyos principales funcionarios fueron John P. Allen, inventor y presidente ejecutivo Margaret Augustine, CEO Marie Harding, vicepresidente de finanzas Abigail Alling, vicepresidente de investigación Mark Nelson , director de aplicaciones espaciales y ambientales, William F. Dempster, director de ingeniería de sistemas, y Norberto Alvarez-Romo, vicepresidente de control de la misión. [ cita necesaria ]

Fue nombrada "Biosfera 2" porque estaba destinada a ser la segunda biosfera completamente autosuficiente, después de la Tierra misma ("Biosfera 1").

La instalación de vidrio y estructura espacial está ubicada en Oracle, Arizona, en la base de las montañas de Santa Catalina, a unos 50 minutos al norte de Tucson. Su elevación es de alrededor de 4.000 pies (1.200 m) sobre el nivel del mar. [9]

La estructura física sobre el suelo de Biosphere 2 estaba hecha de tubos de acero y marcos de acero y vidrio de alto rendimiento. El marco y los materiales del acristalamiento fueron diseñados y fabricados según las especificaciones por una empresa dirigida por un socio de Buckminster Fuller, Peter Jon Pearce (Pearce Structures, Inc.). [10] [11] Los sellos y estructuras de las ventanas debían diseñarse para que fueran casi perfectamente herméticos, de modo que el intercambio de aire fuera extremadamente bajo, lo que permitía rastrear cambios sutiles a lo largo del tiempo. Los métodos de sellado hermético patentados, desarrollados por Pearce y William Dempster, lograron una tasa de fugas de menos del 10% por año. Sin un cierre tan estricto, es posible que no se hubiera observado la lenta disminución de oxígeno que se produjo a una tasa de menos de 1 ⁄ 4% por mes durante el primer experimento de cierre de dos años. [12] [13]

Durante el día, el calor del sol hizo que el aire del interior se expandiera y durante la noche se enfriara y contrajera. Para evitar tener que lidiar con las enormes fuerzas que crearía mantener un volumen constante, la estructura tenía grandes diafragmas mantenidos en cúpulas llamadas "pulmones" o estructuras de volumen variable. [14]

Dado que abrir una ventana no era una opción, la estructura también requería un sistema sofisticado para regular las temperaturas dentro de los parámetros deseados, que variaban para las diferentes áreas biómicas. Aunque la refrigeración era la mayor necesidad energética, la calefacción tenía que suministrarse en invierno y las tuberías de circuito cerrado y los controladores de aire eran partes clave del sistema energético. Un centro de energía en el lugar proporcionó electricidad y agua caliente y enfriada, empleando gas natural y generadores de respaldo, enfriadores de amoníaco y torres de enfriamiento de agua. [15]

La primera misión cerrada duró del 26 de septiembre de 1991 al 26 de septiembre de 1993. La tripulación estaba formada por el médico e investigador Roy Walford, Jane Poynter, Taber MacCallum, Mark Nelson, Sally Silverstone, Abigail Alling, Mark Van Thillo y Linda Leigh. [dieciséis]

El sistema agrícola produjo el 83% de la dieta total, que incluyó cultivos de banano, papaya, camote, remolacha, maní, frijoles lablab y caupí, arroz y trigo. [17] [18] Especialmente durante el primer año, los ocho habitantes reportaron hambre continua. Los cálculos indicaron que la granja de Biosphere 2 se encontraba entre las de mayor producción del mundo "superando en más de cinco veces la de las comunidades agrarias más eficientes de Indonesia, el sur de China y Bangladesh". [19]

Consumieron la misma dieta baja en calorías y rica en nutrientes que Roy Walford había estudiado en su investigación sobre cómo prolongar la vida útil a través de la dieta. [20] Los marcadores médicos indicaron que la salud de la tripulación durante los dos años fue excelente. Mostraron la misma mejora en los índices de salud, como la reducción del colesterol en sangre, la presión arterial y la mejora del sistema inmunológico. Perdieron un promedio del 16% de su peso corporal antes de la entrada antes de estabilizarse y recuperar algo de peso durante su segundo año. [21] Estudios posteriores mostraron que el metabolismo de los biosferianos se volvió más eficiente para extraer nutrientes de sus alimentos como una adaptación a la dieta baja en calorías y alta en nutrientes. [22] "La salud general de las tripulaciones de biosferianos dentro de Biosfera 2 confirma que el diseño original de los sistemas de tecnosfera de Biosfera 2 evitó la acumulación de toxinas, y las tecnologías biorregenerativas y los sistemas de vida dentro de Biosfera 2 mantuvieron un ambiente saludable". [23]

Algunos de los animales domésticos que se incluyeron en el área agrícola durante la primera misión fueron: cuatro cabras pigmeas africanas y un macho cabrío 35 gallinas y tres gallos (una mezcla de aves de la selva de la India (Gallus gallus), Gallo sedoso japonés y un híbrido de estos) dos cerdas y un jabalí cerdos enanos Ossabaw y peces tilapia cultivados en un sistema de estanques de arroz y azolla que se originó hace milenios en China. [24]

Se puso en práctica una estrategia de "empaquetado de especies" para asegurar que las redes tróficas y la función ecológica pudieran mantenerse si algunas especies no sobrevivían. El área del desierto de niebla se volvió más chaparral debido a la condensación del marco espacial. La sabana estaba activa estacionalmente, su biomasa fue cortada y almacenada por la tripulación como parte de su gestión del dióxido de carbono. Las especies pioneras de la selva tropical crecieron rápidamente, pero los árboles allí y en la sabana sufrieron etiolación y debilidad causada por la falta de madera de estrés, normalmente creada en respuesta a los vientos en condiciones naturales. Los corales se reprodujeron en el área del océano y la tripulación ayudó a mantener la salud del sistema oceánico recolectando a mano las algas de los corales, manipulando el carbonato de calcio y los niveles de pH para evitar que el océano se vuelva demasiado ácido e instalando un skimmer de proteínas mejorado para complementar el lavador de césped de algas. sistema instalado originalmente para eliminar el exceso de nutrientes. [25] El área de manglares se desarrolló rápidamente pero con menos sotobosque que un humedal típico posiblemente debido a la reducción de los niveles de luz. [26] Sin embargo, se consideró que era un análogo exitoso al área de los Everglades de Florida, donde se recolectaron los manglares y las plantas de los pantanos. [27]

La biosfera 2, debido a su pequeño tamaño y amortiguadores, y la concentración de materiales orgánicos y vida, tuvo mayores fluctuaciones y ciclos biogeoquímicos más rápidos que los que se encuentran en la biosfera de la Tierra. [28] La mayoría de las especies de vertebrados introducidas y prácticamente todos los insectos polinizadores murieron, aunque hubo reproducción de plantas y animales. [29] Florecieron las plagas de insectos, como las cucarachas. Muchos insectos se habían incluido en mezclas de especies originales en los biomas, pero una especie de hormiga vagabunda invasora a nivel mundial, Paratrechina longicornis, involuntariamente encerrado, había llegado a dominar a otras especies de hormigas. [30] La sucesión ecológica planificada en la selva tropical y las estrategias para proteger el área de la luz solar incidente y los aerosoles de sal del océano funcionaron bien, y persistió una cantidad sorprendente de la biodiversidad original. [31] La biosfera 2 en su desarrollo ecológico temprano se comparó con la ecología de una isla. [32]

Dinámica de grupo: psicología, conflicto y cooperación Editar

Gran parte de la evidencia de grupos humanos aislados proviene de estudios psicológicos de científicos que hibernan en estaciones de investigación antárticas. [33] El estudio de este fenómeno es la "psicología del entorno confinado" (cf. psicología ambiental), y según Jane Poynter [34] [35] se sabía que era un desafío y, a menudo, las tripulaciones se dividían en facciones. [36]

Antes de la mitad de la primera misión de cierre, el grupo se había dividido en dos facciones y, según Poynter, las personas que habían sido amigas íntimas se habían convertido en enemigos implacables, apenas hablando. [37] Otros señalan que la tripulación continuó trabajando en equipo para lograr los objetivos del experimento, conscientes de que cualquier acción que dañara la Biosfera 2 podría poner en peligro su propia salud. Esto contrasta con otras expediciones en las que las fricciones internas pueden llevar a un sabotaje inconsciente entre ellos y la misión en general. Toda la tripulación sintió un vínculo muy fuerte y visceral con su mundo viviente. [38] Mantuvieron la calidad del aire y del agua, la dinámica atmosférica y la salud de los sistemas de vida constantemente en su atención de una manera muy visceral y profunda. Esta íntima "conexión metabólica" permitió a la tripulación discernir y responder incluso a cambios sutiles en los sistemas vivos. [39] (Alling et al., 2002 Alling y Nelson, 1993). "La apreciación del valor de la interconexión e interdependencia de la biosfera fue apreciada como una belleza cotidiana y una realidad desafiante", [38] Walford reconoció más tarde "No me gustan algunos de ellos, pero éramos un gran equipo. Eso fue la naturaleza del faccionalismo. Pero a pesar de eso, manejamos la maldita cosa y cooperamos totalmente ". [40]

Las facciones dentro de la burbuja se formaron a partir de una ruptura y una lucha de poder entre los socios de empresas conjuntas sobre cómo debería proceder la ciencia, como biosféricos o como estudios de ecosistemas especializados (percibidos como reduccionistas). La facción que incluía a Poynter estaba convencida de que se debería priorizar el aumento de la investigación sobre el grado de cierre. La otra facción respaldó la gestión del proyecto y los objetivos generales de la misión. El 14 de febrero dimitió una parte del Comité Asesor Científico (SAC). [41] Tiempo La revista escribió: "Ahora, el barniz de credibilidad, ya magullado por acusaciones de datos propensos a la manipulación, escondites secretos de alimentos y suministros de contrabando, se ha resquebrajado. El experimento de dos años de autosuficiencia está empezando a parecerse menos a la ciencia y más a un truco de 150 millones de dólares ". [42] De hecho, la SAC se disolvió porque se había desviado de su mandato de revisar y mejorar la investigación científica y se involucró en la promoción de cambios en la gestión. La mayoría de los miembros del SAC optaron por permanecer como consultores de Biosphere 2. Se implementaron las recomendaciones del SAC en su informe, incluido un nuevo Director de Investigación [Dr. Jack Corliss], lo que permite la importación / exportación de muestras científicas y equipos a través de las esclusas de aire de las instalaciones para aumentar la investigación y reducir la mano de obra de la tripulación, y generar un programa de investigación formal. Unos sesenta y cuatro proyectos se incluyeron en el programa de investigación que Walford y Alling encabezaron el desarrollo. [43]

Sin duda, la falta de oxígeno y la dieta rica en nutrientes y restringida en calorías [44] contribuyeron a la baja moral. [45] La facción Alling temía que el grupo Poynter estuviera dispuesto a ir tan lejos como para importar alimentos, si eso significaba hacerlos más aptos para llevar a cabo proyectos de investigación. Consideraron que sería un fracaso del proyecto por definición.

En noviembre de 1992, los biosferianos hambrientos comenzaron a comer semillas que no se habían cultivado dentro de la Biosfera 2. [46] Poynter informó de esto a Chris Helms, director de relaciones públicas de la empresa. Margret Augustine, directora ejecutiva de Space Biospheres Ventures, la despidió de inmediato y le dijo que saliera de la biosfera. Sin embargo, esta orden nunca se llevó a cabo. Poynter escribe [47] que simplemente decidió quedarse quieta, razonando correctamente que la orden no se podía hacer cumplir sin terminar efectivamente el cierre.

Los grupos aislados tienden a otorgar mayor importancia a la dinámica de grupo y las fluctuaciones emocionales personales comunes en todos los grupos. Algunos informes de los equipos de la estación polar exageraron los problemas psicológicos. [48] ​​Entonces, aunque algunos del primer equipo de cierre pensaron que estaban deprimidos, el examen psicológico de los biosferianos no mostró depresión y encajaba en el perfil de explorador / aventurero, con pruebas muy similares a las de los astronautas en hombres y mujeres. [49] Uno de los psicólogos señaló: "Si estuviera perdido en el Amazonas y estuviera buscando un guía para salir y con el que sobrevivir, entonces [la tripulación biosferiana] sería la mejor opción". [50]

Desafíos Editar

Entre los problemas y errores de cálculo encontrados en la primera misión se encuentran la condensación inesperada que hace que el "desierto" sea demasiado húmedo, las explosiones de población de hormigas de invernadero y cucarachas, las glorias de la mañana que crecen en exceso en el área de la selva tropical, bloquean otras plantas y menos luz solar (40-50% del exterior luz) entrando en la instalación de lo que se anticipó originalmente. Los biosferianos intervinieron para controlar las plantas invasoras cuando fue necesario para preservar la biodiversidad, funcionando como "depredadores clave". Además, la construcción en sí era un desafío, por ejemplo, era difícil manipular los cuerpos de agua para tener olas y cambios de marea. [51] [52] Los ingenieros idearon soluciones innovadoras para complementar las funciones naturales que la biosfera de la Tierra realiza normalmente, p. Ej. bombas de vacío para crear suaves olas en el océano sin poner en peligro la biota marina, sofisticados sistemas de calefacción y refrigeración. Toda la tecnología fue seleccionada para minimizar la desgasificación y la descarga de sustancias nocivas que podrían dañar la vida de Biosphere 2. [53] [54]

Hubo controversia cuando el público se enteró de que el proyecto había permitido que un miembro lesionado se fuera y regresara con nuevo material adentro. El equipo afirmó que los únicos suministros nuevos que trajeron fueron bolsas de plástico, pero otros los acusaron de llevar comida y otros artículos. Más críticas surgieron cuando se supo que, de igual manera, el proyecto inyectó oxígeno en enero de 1993 para compensar una falla en el equilibrio del sistema que resultó en una disminución constante de la cantidad de oxígeno. [55] Algunos pensaron que estas críticas ignoraban que Biosfera 2 era un experimento en el que ocurriría lo inesperado, que se sumaba al conocimiento de cómo se desarrollan e interactúan las ecologías complejas, no una demostración en la que todo se sabía de antemano. [56] H.T. Odum señaló: "El proceso de gestión durante 1992-1993 utilizando datos para desarrollar la teoría, probarla con simulación y aplicar acciones correctivas estaba en la mejor tradición científica. Sin embargo, algunos periodistas crucificaron la gestión en la prensa pública, tratando el proyecto como si Fue un concurso olímpico para ver cuánto se podía hacer sin abrir las puertas ”. [57]

El oxígeno dentro de la instalación, que comenzó en el 20,9%, cayó a un ritmo constante y después de 16 meses bajó al 14,5%. Esto es equivalente a la disponibilidad de oxígeno a una altura de 4.080 metros (13.390 pies). [58] Dado que algunos biosferianos comenzaban a tener síntomas como apnea del sueño y fatiga, Walford y el equipo médico decidieron aumentar el oxígeno con inyecciones en enero y agosto de 1993. La disminución de oxígeno y la respuesta mínima de la tripulación indicaron que los cambios en la presión del aire son lo que desencadena las respuestas de adaptación humana. Estos estudios mejoraron el programa de investigación biomédica. [59]

Gestión de CO
2 niveles fue un desafío particular y una fuente de controversia con respecto a la supuesta tergiversación del proyecto Biosfera 2 al público. La fluctuación diaria de la dinámica del dióxido de carbono fue típicamente de 600 ppm debido a la fuerte reducción durante las horas de luz solar por la fotosíntesis de las plantas, seguida de un aumento similar durante la noche cuando dominaba la respiración del sistema. Como era de esperar, también hubo una fuerte firma estacional para CO
2 niveles, con niveles en invierno de hasta 4.000–4.500 ppm y niveles en verano cercanos a 1.000 ppm. La tripulación trabajó para gestionar el CO
2 encendiendo ocasionalmente un CO
2 depurador, activando y desactivando el desierto y la sabana a través del control del agua de riego, cortando y almacenando biomasa para secuestrar carbono y utilizando todas las áreas potenciales de plantación con especies de rápido crecimiento para aumentar la fotosíntesis del sistema. [60] En noviembre de 1991, los informes de investigación en La voz del pueblo alegó que la tripulación había instalado secretamente el CO
2, y afirmó que esto violaba el objetivo anunciado de Biosphere 2 de reciclar todos los materiales de forma natural. [61] Otros señalaron que no había nada secreto sobre el dispositivo de dióxido de carbono y constituía otro sistema técnico que aumentaba los procesos ecológicos. El precipitador de carbono podría revertir las reacciones químicas y así liberar el dióxido de carbono almacenado en años posteriores cuando la instalación podría necesitar carbono adicional. [60]

Muchos sospecharon que la caída de oxígeno se debió a microbios en el suelo. [ cita necesaria ] Los suelos fueron seleccionados para tener suficiente carbono para que las plantas de los ecosistemas crezcan desde la infancia hasta la madurez, un aumento de la masa vegetal de quizás 20 toneladas cortas (18.000 kg). [62] La tasa de liberación de ese carbono del suelo como dióxido de carbono por la respiración de los microbios del suelo era una incógnita que el experimento de Biosfera 2 estaba diseñado para revelar. Investigaciones posteriores mostraron que los suelos agrícolas de Biosphere 2 habían alcanzado una proporción más estable de carbono y nitrógeno, reduciendo la tasa de CO
2, para 1998. [63]

La tasa de respiración fue más rápida que la fotosíntesis (posiblemente en parte debido a la relativamente baja penetración de luz a través de la estructura vidriada y al hecho de que la Biosfera 2 comenzó con una biomasa vegetal pequeña pero en rápido aumento), lo que resultó en una lenta disminución de oxígeno. Un misterio acompañó a la disminución de oxígeno: el correspondiente aumento de dióxido de carbono no apareció. Esto ocultó el proceso subyacente hasta que una investigación de Jeff Severinghaus y Wallace Broecker del Observatorio Terrestre Lamont Doherty de la Universidad de Columbia, utilizando un análisis isotópico, mostró que el dióxido de carbono estaba reaccionando con el hormigón expuesto dentro de la Biosfera 2 para formar carbonato de calcio en un proceso llamado carbonatación, secuestrando así ambos carbono. y oxigeno. [64]

Después de la primera misión de Biosphere 2, se llevaron a cabo una amplia investigación y mejoras del sistema, incluido el sellado del hormigón para evitar la absorción de dióxido de carbono.

La segunda misión comenzó el 6 de marzo de 1994, con una duración anunciada de diez meses. La tripulación estuvo integrada por Norberto Alvarez-Romo (Capitán), John Druitt, Matt Finn, Pascale Maslin, Charlotte Godfrey, Rodrigo Romo y Tilak Mahato. La segunda tripulación logró la suficiencia total en la producción de alimentos. [7]

El 1 de abril de 1994, una disputa severa dentro del equipo de administración llevó a la destitución de la administración en el sitio por parte de alguaciles federales que cumplían una orden de restricción, y el financiero Ed Bass contrató a Steve Bannon, entonces gerente de banca de inversión de Bannon & amp Co. equipo de Beverly Hills, California, para ejecutar Space Biospheres Ventures. El proyecto se puso en suspensión de pagos y se instaló un equipo de gestión externo para que el receptor cambiara el proyecto que se tambaleaba. El motivo de la disputa fue triple. La mala gestión de la misión había provocado una publicidad terrible, mala gestión financiera y falta de investigación. Gente [ ¿Quién? ] presunta mala gestión financiera grave del proyecto, lo que provocó una pérdida de $ 25 millones en el año fiscal 1992. [65] Algunos miembros de la tripulación y el personal estaban preocupados por Bannon, que había investigado previamente sobrecostos en el sitio donde volaron dos ex tripulantes de Biosphere 2 regresó a Arizona para protestar por la contratación e irrumpió en el complejo para advertir a los miembros actuales de la tripulación que Bannon y la nueva administración pondrían en peligro su seguridad. [66]

A las 3 am del 5 de abril de 1994, Abigail Alling y Mark Van Thillo, miembros del primer equipo, presuntamente destrozaron el proyecto desde el exterior, [67] abriendo una puerta de doble esclusa y tres salidas de emergencia de una sola puerta, dejándolas abiertas durante aproximadamente 15 minutos. También se rompieron cinco cristales. Alling le dijo más tarde al Chicago Tribune que ella "consideraba que la Biosfera estaba en un estado de emergencia. De ninguna manera fue un sabotaje. Era mi responsabilidad". [68] Aproximadamente el 10% del aire de la Biosfera se intercambió con el exterior durante este tiempo, según la analista de sistemas Donella Meadows, quien recibió una comunicación de Alling diciendo que ella y Van Thillo juzgaban que era su deber ético dar a los que estaban dentro la opción de continuar con el experimento humano drásticamente cambiado o irse, ya que no sabían qué se le había dicho a la tripulación sobre la nueva situación. “El 1 de abril de 1994, aproximadamente a las 10 de la mañana. Llegaron limusinas al sitio de la biosfera. con dos banqueros de inversión contratados por el Sr. Bass. Llegaron con una orden de alejamiento temporal para hacerse cargo del control directo del proyecto. Con ellos iban 6-8 policías contratados por la organización Bass. Inmediatamente cambiaron las cerraduras de las oficinas. Se cambiaron todos los sistemas de comunicación (teléfonos y códigos de acceso) y se nos impidió recibir datos sobre seguridad, operaciones e investigación de Biosfera 2. "Alling enfatizó varias veces en su carta que los" banqueros "que repentinamente tomaron el control "No sabía nada técnica o científicamente, y poco sobre la tripulación biosferiana". [69]

Cuatro días después, el capitán Norberto Álvarez-Romo (para entonces casado con la directora ejecutiva de Biosphere 2, Margaret Augustine) abandonó precipitadamente la Biosfera por una "emergencia familiar" después de la suspensión de su esposa. [68] Fue reemplazado por Bernd Zabel, quien había sido nominado como capitán de la primera misión pero que fue reemplazado en el último minuto. Dos meses después, Matt Smith reemplazó a Matt Finn. [ cita necesaria ]

La empresa de propiedad y gestión Space Biospheres Ventures se disolvió el 1 de junio de 1994. Esto dejó la gestión científica y comercial de la misión al equipo de reestructuración provisional, que había sido contratado por el socio financiero Decisions Investment Co. [58]

La misión 2 terminó prematuramente el 6 de septiembre de 1994. No ha surgido más ciencia del sistema total de la Biosfera 2, ya que la Universidad de Columbia cambió la instalación de un sistema ecológico cerrado a un sistema de "flujo continuo" en el que el CO
2 podrían manipularse a los niveles deseados. [58]

Steve Bannon dejó Biosphere 2 después de dos años, pero su partida estuvo marcada por una demanda civil de "abuso de proceso" presentada contra Space Biosphere Ventures por los ex miembros de la tripulación que habían irrumpido. [70] Principales gerentes de Biosphere 2 desde la fundación original El grupo declaró tanto el comportamiento abusivo de Bannon como de otros, y que el objetivo real de los banqueros era destruir el experimento. [71] Durante un juicio en 1996, Bannon testificó que había llamado a una de las demandantes, Abigail Alling, una "joven egocéntrica, engañada" y una "tonta". [72] También testificó que cuando la mujer presentó una denuncia de cinco páginas en la que se describían los problemas de seguridad en el lugar, prometió hacerla pasar "por la garganta". Bannon atribuyó esto a "resentimientos y sueños rotos". [73] Al final del juicio, el tribunal falló a favor de los demandantes y ordenó a Space Biosphere Ventures pagarles 600.000 dólares, pero también ordenó a los demandantes pagar a la empresa 40.089 dólares por los daños que habían causado. [66]

Un número especial de la revista Ecological Engineering editado por Marino y Howard T. Odum se publicó en 1999 como "Biosphere 2: Research Past and Present" representa el conjunto más completo de artículos recopilados y hallazgos de Biosphere 2. [74] La gama de artículos desde modelos calibrados que describen el metabolismo del sistema, el equilibrio hidrológico y el calor y la humedad, hasta artículos que describen el desarrollo de la selva tropical, los manglares, el océano y el sistema agronómico en este entorno rico en dióxido de carbono. [75] [76] Aunque varias disertaciones y muchos artículos científicos utilizaron datos de los primeros experimentos de cierre en Biosfera 2, muchos de los datos originales nunca han sido analizados y no están disponibles o se han perdido, tal vez debido a políticas científicas y luchas internas. [23] [43]

La historiadora de la ciencia Rebecca Redier ha afirmado que debido a que los creadores de Biosphere 2 fueron percibidos como ajenos a la ciencia académica, el proyecto fue analizado pero poco entendido en los medios, y que este escrutinio cesó después de que la Universidad de Columbia asumiera la dirección, porque se asumió que lo eran " apropiados "científicos. [40]

Alabanza y crítica Editar

Una opinión de la Biosfera 2 fue que era "el proyecto científico más emocionante que se ha llevado a cabo en los Estados Unidos desde que el presidente John F. Kennedy nos lanzó hacia la luna". [77] Otros lo llamaron "tonterías de la Nueva Era disfrazadas de ciencia". [78] John Allen y Roy Walford tenían credenciales convencionales. John Allen tenía un título en Ingeniería Metalúrgica y Minera de la Escuela de Minas de Colorado y un MBA de la Escuela de Negocios de Harvard. [24] [79] Roy Walford recibió su doctorado en medicina de la Universidad de Chicago y enseñó en UCLA como profesor de patología durante 35 años. Mark Nelson obtuvo su Ph.D. en 1998 con el profesor H.T. Odum en ingeniería ecológica sigue desarrollando los humedales artificiales utilizados para tratar y reciclar las aguas residuales en la Biosfera 2, [80] para la protección de los arrecifes de coral a lo largo de la costa de Yucatán, donde se recolectaron los corales. [81] Linda Leigh obtuvo su doctorado con una disertación sobre la biodiversidad y la selva tropical de la Biosfera 2 trabajando con Odum. [82] Abigail Alling, Mark van Thillo y Sally Silverstone ayudaron a iniciar la Biosphere Foundation, donde trabajaron en la conservación de arrecifes de coral y marinos y sistemas agrícolas sostenibles. [83] Jane Poynter y Taber MacCallum cofundaron Paragon Space Development Corporation, que ha estudiado el primer sistema mini-cerrado y el primer ciclo de vida animal completo en el espacio y ha ayudado a establecer récords mundiales en descensos de gran altitud. [84]

Cuestionando las credenciales de los participantes (a pesar de la contribución en la fase de preparación de Biosphere 2 de científicos de primer nivel mundial y entre otros de la Academia de Ciencias de Rusia), Marc Cooper escribió que "el grupo que construyó, concibió y dirige el proyecto Biosphere no es un grupo de investigadores de alta tecnología a la vanguardia de la ciencia, sino una camarilla de artistas de teatro reciclados que evolucionaron a partir de un culto a la personalidad autoritario, y decididamente no científico ". [85] Se refería al Synergia Ranch en Nuevo México, donde de hecho muchos de los biosferianos practicaban teatro bajo el liderazgo de John Allen, y comenzaron a desarrollar las ideas detrás de Biosphere 2. [86] También fundaron el Instituto de Ecotecnia [87] ] y comenzó proyectos de campo innovadores en biomas desafiantes para avanzar en la integración saludable de tecnologías humanas y el medio ambiente, donde muchos de los candidatos biosferianos adquirieron experiencia en la operación de proyectos complejos en tiempo real. [88] [89]

Uno de sus propios consultores científicos fue crítico anteriormente. El Dr. Ghillean Prance, director del Real Jardín Botánico de Kew, diseñó el bioma de la selva tropical dentro de la Biosfera.Aunque más tarde cambió de opinión, reconociendo el alcance único de este experimento y contribuyó a su éxito como consultor, en una entrevista de 1983 (8 años antes del inicio del experimento), Prance dijo: "Me atrajo el Instituto de Ecotecnia porque se estaban recortando los fondos para la investigación y el instituto parecía tener mucho dinero que estaba dispuesto a gastar libremente. Junto con otros, fui mal utilizado. Su interés por la ciencia no es genuino. Parece que tienen algún tipo de agenda secreta, parecen estar guiados por algún tipo de sistema religioso o filosófico ". Prance continuó en la entrevista del periódico de 1991 para decir "son visionarios. Y tal vez para cumplir su visión se han convertido en algo como una secta. Pero no son una secta, per se. Estoy interesado en los sistemas de restauración ecológica. Y creo que todo tipo de cosas". de las cosas científicas pueden surgir de este experimento, mucho más allá del objetivo espacial. Cuando vinieron a mí con este nuevo proyecto, parecían tan bien organizados, tan inspirados, que simplemente decidí olvidar el pasado. No debes reprimir su pasado ellos." [90]

Poynter en sus memorias refuta la crítica de que debido a que algunos miembros del equipo creativo de Biosphere 2 no eran científicos acreditados, los resultados del esfuerzo no son válidos. "Algunos reporteros lanzaron acusaciones de que no éramos científicos. Aparentemente, debido a que muchos de los gerentes de SBV no eran científicos titulados, esto puso en duda la validez total del proyecto, a pesar de que algunos de los mejores científicos del mundo estaban trabajando enérgicamente en el diseño del proyecto y La crítica no fue justa. Desde que dejé Biosphere 2, he dirigido una pequeña empresa durante diez años que envió experimentos en el transbordador y la estación espacial, y está diseñando sistemas de soporte vital para el transbordador de reemplazo y la futura base lunar. no tengo un título, ni siquiera un MBA de Harvard, como lo tenía John [Allen]. Contrato a científicos e ingenieros de alto nivel. La credibilidad de nuestra empresa no se pone en duda debido a mis credenciales: se nos juzga por la calidad de nuestro trabajo " . [91] H.T. Odum señaló que los inconformistas y los forasteros a menudo han contribuido al desarrollo de la ciencia: "Muchos científicos consideraban que el manejo original de Biosfera 2 no estaba capacitado por falta de títulos científicos, a pesar de que habían participado en un programa de estudios preparatorios durante una década, interactuando con la comunidad internacional de científicos, incluidos los rusos involucrados con sistemas cerrados. La historia de la ciencia tiene muchos ejemplos donde personas con antecedentes atípicos abren la ciencia en nuevas direcciones, en este caso implementando la organización del mesocosmo y la ingeniería ecológica con nuevas hipótesis ". [92]

El Comité Asesor Científico de la Biosfera 2, presidido por Tom Lovejoy de la Institución Smithsonian, en su informe de agosto de 1992 informó: "El comité está de acuerdo en que la concepción y construcción de la Biosfera 2 fueron actos de visión y coraje. La escala de Biosfera 2 es única y la Biosfera 2 ya está proporcionando resultados científicos inesperados que no son posibles por otros medios (en particular, la disminución inesperada y documentada de los niveles de oxígeno atmosférico). La Biosfera 2 hará importantes contribuciones científicas en los campos del ciclo biogeoquímico, la ecología de los sistemas ecológicos cerrados, y ecología de la restauración ". La Universidad de Columbia reunió a científicos externos para evaluar el potencial de la instalación después de que asumieron la dirección, y concluyó lo siguiente: "Un grupo de científicos de clase mundial se reunió y decidió que la instalación de Biosphere 2 es un laboratorio excepcional para abordar cuestiones críticas relativas a la futuro de la Tierra y su medio ambiente ". [93]

La investigación en curso después del encerramiento inicial ha producido resultados positivos para la comprensión ecológica actual. Mark Nelson escribe: "Varios años de investigación sobre el océano de la Biosfera 2 demostraron los devastadores impactos del CO atmosférico elevado2 [. ] se estudió el arrecife de coral a 200 ppm, 350 ppm, 700 ppm y 1200 ppm de CO2. Los corales crecieron dos veces más rápido en los niveles más bajos [. ] en comparación con los niveles de 350 ppm en la atmósfera terrestre de la década de 1990. [. ] A 1200 ppm, el crecimiento de los corales se redujo en un 90 por ciento ". Frank Press, ex secretario de la Academia Nacional de Ciencias, describió la interacción como" la primera confirmación experimental inequívoca del impacto humano en el planeta ". [94]

En diciembre de 1995, los propietarios de Biosphere 2 transfirieron la administración a la Universidad de Columbia en la ciudad de Nueva York. [95] Columbia dirigió Biosphere 2 como un sitio de investigación y campus hasta 2003. [96] Posteriormente, la administración volvió a los propietarios.

En 1996, la Universidad de Columbia cambió la estructura prácticamente hermética y materialmente cerrada diseñada para la investigación de sistemas cerrados a un sistema de "flujo continuo" y detuvo la investigación de sistemas cerrados. Manipularon los niveles de dióxido de carbono para la investigación del calentamiento global e inyectaron las cantidades deseadas de dióxido de carbono, ventilando según fuera necesario. [97] Durante el mandato de Columbia, los estudiantes de Columbia y otros colegios y universidades a menudo pasaban un semestre en el sitio. [98]

La investigación durante el mandato de Columbia demostró los devastadores impactos en los arrecifes de coral por el elevado CO atmosférico
2 y la acidificación que resultará del continuo cambio climático global. [99] Frank Press, ex presidente de la Academia Nacional de Ciencias, describió estas interacciones entre la atmósfera y el océano, aprovechando el mesocosmo oceánico altamente controlable de la Biosfera 2, como la "primera confirmación experimental inequívoca del impacto humano en el planeta". . [100]

Los estudios en los biomas terrestres de la Biosfera 2 mostraron que se alcanzó un punto de saturación con niveles elevados de CO
2 más allá de los cuales no pueden absorber más. Los autores de los estudios señalaron que las diferencias notables entre los biomas de la selva tropical y del desierto de la Biosfera 2 en las respuestas de todo su sistema "ilustran la importancia de la investigación experimental a gran escala en el estudio de cuestiones complejas del cambio global". [101]

En enero de 2005, Decisions Investments Corporation, propietaria de Biosphere 2, anunció que el campus de 1.600 acres (650 ha) del proyecto estaba a la venta. Preferían encontrar un uso de investigación para el complejo, pero no excluían a compradores con diferentes intenciones, como grandes universidades, iglesias, complejos turísticos y spas. [102] En junio de 2007, el sitio se vendió por $ 50 millones a CDO Ranching & amp Development, se planearon 1.500 casas y un hotel resort, pero la estructura principal aún estaba disponible para investigación y uso educativo. [103]

El 26 de junio de 2007, la Universidad de Arizona anunció que se haría cargo de la investigación en Biosphere 2. El anuncio puso fin a los temores de que la estructura fuera demolida. Los funcionarios de la universidad dijeron que los obsequios privados y las subvenciones les permitieron cubrir los costos de investigación y operación durante tres años con la posibilidad de extender el financiamiento por diez años. [104] Se extendió por diez años y ahora está involucrado en proyectos de investigación que incluyen investigaciones sobre el ciclo del agua terrestre y cómo se relaciona con la ecología, la ciencia atmosférica, la geoquímica del suelo y el cambio climático. En junio de 2011, la universidad anunció que asumiría la propiedad total de Biosphere 2 a partir del 1 de julio. [105]

CDO Ranching & amp Development donó el terreno, los edificios Biosphere y varios otros edificios administrativos y de apoyo. En 2011, la Philecology Foundation (una fundación de investigación sin fines de lucro fundada por Ed Bass) prometió 20 millones de dólares para la ciencia y las operaciones en curso. [105] En 2017, Bass donó otros $ 30 millones a la Universidad de Arizona en apoyo de Biosphere 2, dotando dos puestos académicos y estableciendo el "Fondo de Dotación para la Investigación Biosférica de Filecología". [106]

Los campamentos de ciencias también se llevan a cabo en las instalaciones. Estos han incluido un "campamento espacial" de una semana para estudiantes universitarios y campamentos nocturnos para estudiantes de la escuela. [107] [108]

Hay muchos proyectos de investigación a pequeña escala en Biosphere 2, así como varios proyectos de investigación a gran escala que incluyen:


Ver el vídeo: CICLOS DE LA MATERIA (Julio 2022).


Comentarios:

  1. Searbhreathach

    Es simplemente un tema inigualable.

  2. Harris

    Soy definitivo, lo siento, pero todo no se acerca. ¿Hay otras variantes?

  3. Jocheved

    Entre nosotros hablando, no lo hice.

  4. Gabrian

    Felicitaciones, creo que esta es una idea brillante.



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