Baja Atmósfera

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Emisiones de la biosfera

Las emisiones a la atmósfera no se refieren solo a gases de efecto invernadero, sino también a otros compuestos químicos. Muchos de ellos son compuestos orgánicos, y la biosfera (árboles, plancton del océano y otras plantas) emite mayores cantidades globalmente.

El carbono es un elemento muy importante para la vida. Los compuestos químicos que están formados por carbono, hidrógeno, a menudo oxígeno y algunas veces otros elementos (nitrógeno, fósforo y azufre) se llaman compuestos orgánicos. Los humanos liberamos muchos de estos compuestos como disolventes, en la combustión de los coches y en algunos procesos químicos industriales (refinerías, centrales térmicas…). Es difícil de creer que los humanos no seamos los principales emisores, aunque vivamos en ciudades o pueblos; a escala global hay regiones forestales poco pobladas y sabanas, así como océanos, donde las emisiones naturales son dominantes.

¿Qué emite la biosfera?

Cuando caminas en un bosque o en una pradera tienes la sensación de estar oliendo distintos gases orgánicos que emiten los árboles, la hierba o las flores. En todo el mundo se emiten más de mil millones de toneladas anualmente. Entre estos compuestos se encuentran enormes cantidades de isopreno (alrededor de 500 millones de toneladas cada año) y monoterpenos (130 millones t/año). Los humanos por su parte producen cerca de 200 millones de toneladas de compuestos orgánicos cada año (sin incluir el metano). El olor de las hojas de los pinos corresponde a la emisión de un monoterpeno.

Estas sustancias formadas por las plantas son liberadas a través de las hojas y particularmente de las acículas si estas reaccionan al estrés (sequías, calor, lesiones,… ) aunque también en condiciones normales. Aproximadamente 200 millones de t/año de metano provienen de fuentes naturales. Sin embargo el hombre contribuye con los campos de arroz y los rebaños de manera exagerada. Debemos tener en cuenta también que el 71% de la superficie de la Tierra está cubierta por océanos, en los cuales hay muchos organismos vivos (algas,…).Por eso aquí también se dan procesos químicos y se liberan gases orgánicos al aire, por ejemplo, 45 millones t/año de dimetilsulfuro (DMS). Este compuesto orgánico de sulfuro es oxidado a ácido sulfúrico en el aire y conduce a la formación de nubes marinas.

Para entender el sistema climático y los procesos en nuestra atmósfera no solo debemos observar los cambios de las emisiones de los humanos, sino que también hay que ver cómo contribuyen las plantas a los ciclos globales y qué cambios sufren estas contribuciones. Nos centraremos en tres ejemplos distintos para entender la importancia de las emisiones de los humanos y las plantas.

2. El árbol como fuente de compuestos orgánicos (N.C. Hewitt; Elmar Uherek)
El isopreno (alrededor de 500 Millones de t/año) y los monoterpenos (alrededor de 130 t/año)son compuestos orgánicos importantes, que son liberados en grandes cantidades por árboles y plantas. Además de éstos las plantas producen muchos otros compuestos químicos.
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Los Monoterpenos

Los monoterpenos son responsables del olor de muchas plantas, por ejemplo el olor de las acículas en el bosque o el olor afrutado de los limones y las naranjas. Los monoterpenos son compuestos orgánicos formados por átomos de carbono, hidrógeno y algunas veces oxígeno. Tienen nombres que suenan muy bien como limonina o pinina. Los producen los árboles y otras plantas, y se liberan en mayor cantidad con los primeros rayos de sol de la mañana en días cálidos. Cuando hay exceso de calor o falta de agua, o cuando las plantas sufren agresiones, la producción de monoterpenos aumenta.

4. A la izquierda puedes ver la estructura química de un monoterpeno, beta-pinina (izquierda), y de uno de los compuestos orgánicos naturales más importantes, el isopreno (derecha). Ambos compuestos son insaturados, es decir, tienen dobles enlaces C=C, señalados por un círculo rojo. Para simplificar las moléculas orgánicas complicadas, los químicos no dibujan los átomos de carbono e hidrógeno. El isopreno está representado de las dos formas, sin átomos de C y H (arriba), y con átomos de C y H (abajo).

Las emisiones de las plantas reaccionan en la atmósfera

Una vez que se liberan a la atmósfera, los terpenos reaccionan con moléculas oxidantes (por ejemplo el OH o el ozono). Los productos son compuestos de otro tipo, los cuales pueden condensarse en el aire y formar partículas, o hacer crecer partículas que ya existían. Esas partículas, llamadas aerosoles, están flotando en el aire y son necesarias para que se formen las nubes. Como las distintas composiciones químicas en los aerosoles conducen a diferentes procesos en la formación de las nubes, las emisiones de plantas y de industrias pueden tener una gran influencia en la formación de nubes. La formación de aerosoles puede ser visible: a veces se puede ver una neblina azul sobre los bosques (imagen 3), y nosotros podremos simularlo en el laboratorio con acículas de pino (imagen 5).

Óxido nitroso N₂O

El nitrógeno es un importante elemento para la vida. Forma parte de biomoléculas como las proteinas, los aminoácidos, el ADN o moléculas portadoras de energía que juegan un papel clave en todos los organismos. Las plantas toman el nitrógeno del nitrato y el amonio del suelo, y las bacterias contribuyen a hacerlo disponible en esta forma mediante procesos de fijación de nitrógeno del aire. Pero las bacterias también descomponen el nitrato formando óxido nitroso, que es gaseoso y se libera al aire. Como el óxido nitroso es muy estable y no se destruye en la troposfera, constituye la fuente más importante de nitrógeno para la estratosfera. Allí, participa en reacciones que reducen el agujero de ozono, y finalmente vuelve al suelo en forma de ácido nítrico. Las emisiones de óxidos de nitrógeno han aumentado por el incremento de la fertilización en la agricultura. Al año se emiten alrededor de 15 Millones de toneladas en todo el mundo.

Dimetil sulfuro

La formación de nubes sobre los océanos se debe a las pequeñas partículas invisibles de ácido sulfúrico y agua. Pero, ¿de donde viene el ácido sulfúrico? Los compuestos de sulfuro son muy importantes especialmente en el metabolismo de la biosfera marina, ya que el sulfato está disponible en todas partes en los océanos. Las algas necesitan compuestos especiales de sulfuro, por ejemplo para la regulación de su presión de turgencia (presión del agua en su interior) y la degradación de sus hojas al compuesto orgánico de azufre dimetil sulfuro, un gas que se emite al aire. Allí, se oxida formando dióxido de azufre y finalmente ácido sulfúrico, que se necesita para la formación de las nubes.
En el tema "Los Océanos", en la unidad 3 de Bases podrás encontrar más detalles sobre la importancia del fitoplancton en el mar.

Los ejemplos dan una idea del complejo modo en que las emisiones de la biosfera están interrelacionadas con los procesos climáticos

Páginas relacionadas:

El papel de los gases de azufre del fitoplancton se explica en:
Oceanos - Bases - Unidad 3 - Gases de azufre (en inglés)

Sobre esta página:

autor: Dr. Elmar Uherek - MPI for chemistry, Mainz
corrección pedagógica: Michael Seesing - Uni Duisburg - 02-07-2003
1. supervisor científico: Prof. Jürgen Kesselmeier - MPI for chemistry, Mainz - 15-07-2003
2. supervisor científico: Dr. Pascal Guyon - MPI for chemistry, Mainz - 10-05-2004
última modificación: 15-06-2004