Ciclo del carbono Modelos de materia orgánica Secuestro de ...rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/36056/2/Tema Carbono.pdf · Ciclo del carbono Modelos de materia orgánica Secuestro

Ciclo del carbonoModelos de materia orgánica

Secuestro de carbonoSecuestro de carbono

200

250

300

350

400

450

20

25

30

35

40

45

PN

me

dia

(g

C m

-2añ

o-1

)

PN

Glo

bal

(G

t C a

ño

-1)

0

50

100

150

0

5

10

15

Mar abierto Zonas costeras Zonas de afloramiento

PN

me

dia

(g

C m

PN

Glo

bal

(G

t C a

ño

http://earthobservatory.nasa.gov/GlobalMaps/view.php?d1=MY1DMM_CHLORA

Hojas: 300-900 mg clorofila m-2

400

600

800

1000

1200

1400

PPN (g C m-2

año-1

)

0

200

Bosqu

e tro

pical

húm

edo

Bosqu

e tro

pical

seco

Bosqu

e tem

plado

Bosqu

e bor

eal Sab

anas

Estepa

tem

plada Des

ierto Tundr

aHum

edale

s Cultivo

s

Rocas

y hie

loPPN (g C m

c. 51 Gt C añoAGUA SUPERFICIAL

AGUA PROFUNDA

BO

MB

A B

LAN

DA

DE

CA

RB

ON

O

7,4 Gt C año

0,157 Gt C año

<0,126 Gt C año

AGUA PROFUNDA

SEDIMENTOS

BO

MB

A B

LAN

DA

DE

CA

RB

ON

O

5,3 Gt CaCO3 año-1

AGUA SUPERFICIAL

BO

MB

A D

UR

A D

E C

AR

BO

NO

3,2 Gt CaCO3 año-1

SEDIMENTOS <4.500 m

BO

MB

A D

UR

A D

E C

AR

BO

NO

respiración tejidos fotosintéticos, fotorespiración

fotosíntesis bruta

fotosíntesis neta

desfronde

respiración tejidos no fotosintéticos

mortalidad raíces (finas)

micorrizas, exudados, etc.

producción neta

232

CARBONO ≈ MATERIA ORGÁNICA/2

PRODUCCIÓN PRIMARIA NETA DEL ECOSISTEMA

223

2032Abies amabilis 180 años; g m-2 año-1

46810121416

BIOMASA (kg C m-2)

46810121416PRODUCCIÓN (kg C m -2

Bio

mas

a

Pro

ducc

ión

Net

a

024

B. Tro

pical

húmed

o

B. Tro

pical

seco

B. Tem

plado B. B

orea

l Saban

asEs

tepa Des

ierto

Tund

ra Humed

ales Cult

ivos

Rocas

Hiel

o

BIOMASA (kg C m

024

-2 año -1)

400

600

800

1000

1200

1400

PPN (g C m-2

año-1

)

0

200

400

Bosqu

e tro

pical

húm

edo

Bosqu

e tro

pical

seco

Bosqu

e tem

plado

Bosqu

e bor

eal Sab

anas

Estepa

tem

plada Des

ierto Tundr

aHum

edale

s Cultivo

s

Rocas

y hie

loPPN (g C m

60

80

100

120

140

160

180B

IOM

AS

A (

Gt)

BIOMASA TOTAL=559 Gt C

PRODUCCIÓN NETA TOTAL=60 Gt C año-1

(48-63 Gt C año-1)

TMRC=9,3 años

0

20

40

60

B. Tro

pical

húmed

o

B. Tro

pical

seco

B. Tem

plado

B. Bor

eal

Saban

asEs

tepa

Desier

toTu

ndra

Humed

ales

Cultivo

sRoc

as H

ielo

BIO

MA

SA

(G

t)

3

51.15 PPN total

HERBIVORÍA

INCENDIOS

COV

50.85

(Gt C año-1)

DESCOMPOSICIÓN

AkdtdA ∗−=

tkAAe

A

Attkt ∗−=

⇒= ∗−

00

ln

Dinámica de la descomposición de la MO La pérdida de peso (A) es directamente proporcional al peso remanente. LA pendiente de esta relación kes la tasa de descomposición

Integrando entre Ao-At y to-tt resulta...

)(lnln oot ttkAA −=−

AA 00

2/10

02ln tk

A

A

∗=

kt 693.02/1 =

La vida media corresponde al tiempo necesario para que se descomponga la mitad del substrato (Ao/2)

Además recuerda que 1/k

corresponde al tiempo de residencia si el sistema está en equilibrio

Calcula la tasa de descomposición de un compost si al cabo de 1 año queda en el suelo el 30% del peso original

¿Cuál es la vida media del compost?

1_2,13,0ln3,0

3,0;1

−−⋅− =−=⇒=⇒=

==

añokeeAA

AAt

ktk

o

t

o

t

o

añoskt _58,02,1693,0693,0

2/1 ===

k puede mostrar valores de

0,001 año-1 sistemas boreales

>1 año-1 pluvisilva

0,08-0,7 año-1 mediterráneo

TASA DE DESCOMPOSICIÓN = k

Condiciones climáticas Minerales del suelo

Calidad del substrato

Factores que controlan la descomposición de la MO: clima

Factores que controlan la descomposición de la MO: calidad del substrato

LÁBIL RECALCITRANTE

glucosa lignina

Energía en enlaces

Complejidad molecular

Organización 3-D

Tamaño

Factores que controlan la descomposición de la MO: calidad del substrato

Factores que controlan la descomposición de la MO: interacción con minerales

C estructural

(3 a)

C metabòlico

(0,5 a)

Residuo orgánico

C activo

(1,5 a)

CO2

CO2L/N

Factores que controlan la descomposición de la MO: interacción con minerales

(1,5 a)

C lento

(25 a)

C pasivo

(1.000 a)CO2

CO2

CO2

CO2

20304050607080

DENSIDAD DE C EDÁFICO (kg C m-2)

01020 B. Tro

pical

B. Tem

plado

B. Bor

eal

Mator

rales

, etc.

Saban

asPr

ader

a

Tund

ra y

alpin

o

Desier

to ar

busti

vo

Desier

to ex

tremo Cult

ivado

Panta

nos y

mar

jales

DENSIDAD DE C EDÁFICO (kg C m

¿Po

r q

ué

es

tan

ele

vad

a la

de

nsi

dad

de

C e

n s

ue

los

de

hu

me

dal

es?

100

150

200

250

300

ACUMULACIÓN DE C EDÁFICO (Gt C)TO

TAL=

14

56

Gt

C

050 B. Tro

pical

B. Tem

plado

B. Bor

eal

Mator

rales

, etc

. Saban

asPr

ader

a

Tund

ra y

alpino

Desier

to ar

busti

vo

Desier

to ex

tremo Cult

ivado

Panta

nos

y mar

jales

ACUMULACIÓN DE C EDÁFICO (Gt C

Canvis socio-econòmics

Modificacions biològiques

Canvis en l’ús de la terra

Modificacions químiques

Es tracta d’una qüestió complexa – amb interaccions humans � natura

Composició i funcionament de la biosfera

CAUSES I CONSEQÜÈNCIES DEL CANVI GLOBAL

1. Què entenem per canvi global?

2. Quines conseqüències tenen aquests canvis?

3. Quines conseqüències tindran en el futur?

4. Com afecten aquests canvis al funcionament de la biosfera?4. Com afecten aquests canvis al funcionament de la biosfera?

5. Què es pot fer per a atenuar-los?

Mauna Loa (Hawai’i)

La concentració de CO2 atmosfèric actual és la més alta dels últims 500.000 anys


Efecte relatiu

Contribució

%

CO2 X1 60

CH4 X20 15-30

N2O X200 5

O3 X1800 8

CFC-11 X4000 4

Altres compostos també han vist modificada la seua concentració a l’atmosfera

CFC-11 X4000 4

CFC-12 x6000 8


2224

)( orcatalitzadOH

OHOCHOCH +→+

Età

Hexà

Isoprè

Acetilè

Terpens

Toluè

Benzè

223

2222

OCOOCO

HOOHCOOOHOCH

+→+++→++… i altres

hidrocarburs


Creixement demogràficexponencial

Major intensitat d’ús del territori


Vegetació Natural iPlantacions Forestals

1990: 1 9452000: 1 803

Altres usos del territori

1990: 2 8192000: 2 943

Árees tropicals

Árees no tropicals

142

18

Canvis d’ús del territori

Vegetació Natural iPlantacions Forestals

1990: 1 8632000: 1 879

Árees no tropicalsAltres usos del territori

1990: 6 2802000: 6 252

4

33

Dades en milions d’hectàrees


5,5(0,5) + 1,6(1,0) = 3,2(0,2) + 2,0(0,8) + 1,9

combustibles fòssils canvis ús del sòl

BALANÇ DE CARBONI ORIGINAT PER ACTIVITAT HUMANA

L’ús de combustibles fòssils + deforestació suposen la majoria de les 7 Gt de C

7.000.000.000.000 kg de Carboni emesos anualment!!

5,5(0,5) + 1,6(1,0) = 3,2(0,2) + 2,0(0,8) + 1,9

acumulació atm absorció oceans embornal (desconegut?)


700 x







El CO2 actúa com a pantalla de la radiació IR de baixa energia


La concentració de CO2 ha variat paral·lelament a la temperatura en 400.000 anys


?

La temperatura mitjana de la terra ha incrementat 0,6 ºC per any els últims 100 anys


També hi ha alteracions de la química atmosfèrica que ‘refreden’


La distribució de l’increment de temperatura no és homogènia


Les tendències de la temperatura a Espanya són paregudes


Anomalies absolutes de la temperatura mitjana anual del periode 1961-1990 en el NE de la Península (a partir de Brunet et al. 2001).

La tendència de les precipitacions és més diversa perquè depén de factors locals


A bona part del País Valencià ha plogut cada colp menys entre 1960-1990


(De Luís et al., 2001)







Sis possibles ‘escenaris’ del Panel Internacional pel Canvi Climàtic IPCC


La majoria dels models prediuen un increment de temperatura més o menys acusat


IMAGE-2 (Leemans, 1996)


1990 2050

SUITABLE AVAILABLE SUITABLE AVAILABLE

NORTH

AMERICA 10.2 6.1 11.7 7.9

LATIN

AMERICA 11.1 6.2 14.3 6.5

EUROPE 3.9 1.3 4.2 1.4

FORMER S. 11.5 8.5 14.1 9.6

106 km2

IMAGE-2 (Leemans, 1996)

FORMER S.

UNION 11.5 8.5 14.1 9.6

AFRICA 4.5 2.5 6.3 0.2

INDIA 0.9 0.5 1.3 0.0

SE ASIA 3.2 1.3 3.6 0.5

XINA 4.5 1.9 5.5 0.2


La distribució de l’increment de temperatura no serà homogènia

Variacions en la temperatura mitjana anual 2071-2100 respecte 1961-1990(increment 1,2-4,5 ºC)


Canvis en la temperatura mitjana estacional a la Península Ibèrica entre 2071-2100 respecte 1960-1990, d’acord amb les simulacions resultants de dos escenaris d’emisions A2 y B2


El grau de certesa sobre la tendència de les precipitacions és baix


Variacions en la precipitació mitjana anual 2071-2100 respecte 1961-1990

Canvis en la precipitació estacional a la Península Ibèrica entre 2071-2100 respecte 1960-1990, d’acord amb les simulacions resultants de dos escenaris d’emisions A2 y B2


més pluja

menys pluja







5,5(0,5) + 1,6(1,0) = 3,2(0,2) + 2,0(0,8) + 1,9

combustibles fòssils ús del sòl


BALANÇ DE CARBONI ORIGINAT PER ACTIVITAT HUMANA


reforestació (HN↑) fertilització CO2, N,...

0,5(0,5) + 1,4(1,5)

4. Com afecten aquests canvis al funcionament de la biosfera?

Fins 0,5 Gt de C segrestades cada any gràcies a reforestacions a Hemisferi Nord


La fertilització amb CO2 permet incrementar la producció vegetal...


[ ][ ]

⋅+= pCOPPNp 2ln1 β

reforestación (HN↑) fertilización CO2, N,...

0,5(0,5) + 1,4(1,5)

[ ]

⋅+=oCOPPNo 2

2ln1 β


3,1360720

ln43,01 =

⋅+=PPNo

PPNp

se ha sugerido valores de β de 1-2!!

∆PPN 30%!!

¿En cuánto incrementaría la PPN con una β de 0,43 y duplicación de concentración de CO2?

1.50

0.50

0.75

1.00

1.25

1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

Ca/Co

PP

Na

/PP

No

0,2<β>0,5


La contaminació aboca a l’atmosfera milions de tones de fertilitzants nitrogenats


REGION N INPUT (Tg N y-1)

C STORAGE (Gt C y-1) REF.

30-60º N

21

<0.7

Kohlmaier et al. [1988]

reforestació (HN↑) fertilització CO2, N,...

0,5(0,5) + 1,4(1,5)

La fertilització amb N també ha permés un increment de la producció vegetal

30-60º N

Earth

N Hemisphere

Earth

Earth (crops excluded)

Temperate-boreal forests

N. America & Europe

21

13

30

50

7

18

<0.7

<0.7-2.0

<1.0

2-6

0.2-1.2

0.6-0.9

Kohlmaier et al. [1988]

Schindler & Bayley [1993]

Hudson et al. [1994]

Galloway et al. [1994]

Townsend et al. [1994]

Melillo [1996]


El casquet de gel a l’Artic ha anat desapareixent gradualment


Extensió del casquet polar àrtic 1979-2003 (NASA)


I de manera semblant bona part dels glaciars dels hemisferis N i S


El nivell del mar ha estat incrementant i probablement ho farà al llarg del S. XXI



Els canvis climàtics suposen canvis en la distribució dels organismes i ecosistemes



Es probable que la distribució del pioc salvatge (Otis tarda) es vegi disminuida


zones desaparició

Linepithema humile Mayr

Per contra es poden expandir espècies noves com la formiga argentina


zones d’expansió

zones de reducció

zones potencials

zones detectada

Fig 2.1 CC ESpaña eco terrestres

També s’estan produïnt canvis en la fenologia de les plantes i els cicles dels animals


Les conseqüències de tots aquests canvis són difícils de predir


Cal tenir en compte que els canvis no sempre són graduals

Scheffer & Carpenter (2003)


May 17, 2003 North of San Francisco Peaks, AZ Neil Cobb, NAU


September 20, 2003 North of San Francisco Peaks, AZ(4 months later) Neil Cobb, NAU


La producció agrícola també es veurà afectada


A Espanya, alguns rius han vist disminiuit el seu cabal, com el Guadalentín


Aportacions anuals del riu Guadalentín (Múrcia) a la presa de Puentes (MMA, 1998)

A la nostra regió les expectatives són que cada colp els rius porten menys aigua


I les situacions de manca d’aigua cada colp seran més freqüents

Previsió de situacions d’estrés hídric (<1700 m3 aigua/persona/any) a Europa al 2080


Schröter et al., 2005

Les pertorbacions climàtiques també s’han vist incrementades


La salud humana es pot veure afectada directament pels canvis climàtics


Morts a França atribuides a l’onada de calor a l’estiu de 2003

O indirectament, com a conseqüència dels patogens








La comunitat internacional ha dut a terme recerca sobre el CG des de fa 3 dècades

5. Què es pot fer per atenuar-los?

NORMATIVA ONU

• Conferencia de las Naciones Unidas sobre Medio Ambiente y Desarrollo (RIO´92): Declaración de Río sobre Medio Ambiente y Desarrollo

• Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático • Protocolo de Kioto• Acuerdo Político de Buenos Aires• Acuerdo Político de Bonn• Acuerdos de Marrakech• Montreal 12/2005

NORMATIVA EUROPEA

Aquesta informació ha permés desenvolupar normatives pel control del CO2 i altres

NORMATIVA EUROPEA

93/389/CEE, 1999/296/CE, 2004/280/CE, , Directiva 2003/87/CE, , Directiva 2001/81/CE, Directiva 2001/80/CE, Directiva 96/61/CE, Decisión del Consejo 2002/358/CE, Propuesta de Reglamento del Parlamento Europeo y del Consejo

ALTRES DOCUMENTS

• COM/2003/0492 final: Comunicación de la Comisión al Consejo y al Parlamento Europeo sobre políticas y medidas de la UE para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero: Hacia un Programa Europeo sobre el Cambio Climático (PECC)

• Libro Verde sobre el comercio de los derechos de emisión de gases de efecto invernadero en la Unión Europea (presentado por la Comisión).


Això ha obligat als països a avaluar la seua producció de gasos hivernacle i eventualment prendre mesures per a atenuar-la


Segons el protocol de Kioto, Espanya haurà de reduir les seues emisions


• El clima està canviant, més enllà de la variabilitat ‘habitual’

• Probablement l’activitat humana és responsable de bona part d’aquest canvi

• Les conseqüències en la biosfera i en el benestar de les persones poden ser enormes.

• El CG no ha de ser una condició sino una justificació més per a millorar l’ús dels

REPASSANT...

• El CG no ha de ser una condició sino una justificació més per a millorar l’ús dels recursos (energia i aigua, entre altres)

• És necessari el desenvolupament tecnològic per a millorar l’eficiència en l’ús dels recursos i mitigar els efectes de les pertorbacions naturals

• Ministerio del Medio Ambiente (2005). Impactos del cambioclimático en España.

• European Environmental Agency (2004). Impacts of Europe'schanging climate. An indicator-based assessment.

• Leemans, L. & Van Vliet, A. (2004). Extreme weather: does nature

keep up?. WWF and Wageningen Univ.

• Gitay, H., Suarez, A., Watson, R.T., Dokken, D.J. (2002). Cambio

climático y biodiversidad. IPCC.

• www.mma.es/oecc/impactos.htm• www.mma.es/oecc/impactos.htm• http://www.globallandproject.org• www.grida.no/• www.eea.eu.eu• www.igbp.net• www.ipcc.ch• www.nasa.gov

per a més informació...

Documents

Ciclo del carbono Modelos de materia orgánica Secuestro de ...rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/36056/2/Tema Carbono.pdf · Ciclo del carbono Modelos de materia orgánica Secuestro