la importancia de la metanogénesis y los humedales. - UAM-I

Calentamiento atmosf¶erico: la importancia de la
metanog¶enesis y los humedales
R . To r r e s A ., F. Gu t i¶e r r e z M. y F. Co n t r e r a s E .
L a b . E c o s is t e m a s Co s t e r o s . D e p t o . H id r o b io lo g ¶ ³a . D CB S . U A MI.
r t a @xa n u m .u a m .m x; fg m @xa n u m .u a m .m x; fc e @xa n u m .u a m .m x
Introducci¶
on
La atm¶
osfera es de vital importancia para el desarrollo de los seres vivos y en la regulaci¶on del clima
de la Tierra. Lo anterior es posible gracias a los gases que la componen y a la concentraci¶on en la que
se encuentran; no obstante lo anterior, dicha concentraci¶
on se ha incrementado en los u
¶ltimos a~
nos,
principalmente como resultado de las emisiones de
gases derivadas de las diferentes actividades antroprog¶enicas, lo cual ha provocado un aumento del
efecto invernadero que trae como consecuencia cambios de la temperatura atmosf¶erica y por ende modi¯caciones del patr¶on de climas de la Tierra. Entre
los gases cuya concentraci¶on est¶a cambiando, se encuentra el metano, el cual es liberado en grandes proporciones a partir de la actividad metanog¶enica existente principalmente en los llamados humedales, ya
sean naturales o arti¯ciales. En el caso de los humedales naturales destacan los pantanos y turberas; mientras que de los arti¯ciales, son particularmente importantes los campos arroceros relacionados con las actividades agr¶³colas. Con base en lo anterior, el presente trabajo es una revisi¶on de la importancia que tiene la metanog¶enesis que se produce
en los humedales sobre el calentamiento atmosf¶erico
y sus implicaciones futuras.
Aunado a la composici¶
on qu¶³mica, la atm¶
osfera est¶a
constitu¶³da por una serie de estratos gaseosos que
rodean a la Tierra:
>Qu¶
e es la atm¶
osfera?
La atm¶
osfera es una capa gaseosa que rodea a la
Tierra, est¶
a formada aproximadamente por 78%
de nitr¶
ogeno y 21% de ox¶³geno; el 1% restante es
bi¶
oxido de carbono, helio, arg¶on, kript¶on, metano y
azufre. Los gases traza presentes en la atm¶osfera, como el metano y el bi¶oxido de carbono, tienen dos
funciones, la primera es absorber el calor solar re°ejado por la super¯cie terrestre y la segunda, evitar los cambios extremos de temperatura. Adem¶
as
de la composici¶on gaseosa, la atm¶osfera tambi¶en contiene cantidades variables de agua (en forma de vapor, gotas o nieve), part¶³culas de s¶olidos y polvo, as¶³
como organismos vivos, entre ellos, bacterias, hongos y c¶elulas reproductoras como polen y esporas
(Garc¶³a, 1980).
4. Term¶
osfera, es la capa que se extiende hacia el
espacio exterior.
1. Trop¶
osfera, es el estrato inferior y se extiende aproximadamente 11 km a partir de la super¯cie terrestre, este estrato contiene los gases que permiten la vida en el planeta y controla el estado del tiempo o estado meteorol¶ogico,
el cual in°uye en el patr¶
on clim¶
atico. El estado meteorol¶
ogico abarca los patrones de precipitaci¶
on, temperatura, vientos (direcci¶
on y velocidad), presi¶
on barom¶etrica y humedad; mientras que el t¶ermino clima se re¯ere a un patr¶on
meteorol¶
ogico a largo plazo presente en una regi¶
on particular.
2. Estrat¶
osfera, se extiende aproximadamente 50
km por encima de la super¯cie terrestre; en ¶esta
se encuentra el ozono (O3 ) que act¶
ua como un
escudo protector contra la radiaci¶
on ultravioleta.
3. Mes¶
osfera, se localiza desde la estrat¶
osfera hasta
90 km arriba de la Tierra y,
>C¶
omo contribuye la atm¶
osfera a mantener el
clima de la Tierra?
La Tierra recibe la radiaci¶
on procedente del Sol, gran
parte de esta radiaci¶
on es re°ejada al espacio exterior debido a la presencia en la atm¶
osfera de vapor de agua, part¶³culas y ozono. La cantidad de luz
que es re°ejada por la Tierra, depende de las caracter¶³sticas de color de las zonas en donde inciden los
rayos solares, teniendose que en las super¯cies claras, como los desiertos y casquetes polares, se re°eja una gran cantidad de luz fuera de la Tierra; por
el contrario, en los bosques y oc¶eanos productivos al
19
20
ser super¯cies obscuras re°ejan menos la luz, reteniendo la mayor parte de ¶esta. La radiaci¶on absorbida es entonces transformada en calor, el cual produce un incremento de la temperatura; eventualmente dicho calor ser¶a emitido de nuevo al espacio exterior. La capacidad de la super¯cie terrestre para
irradiar calor se conoce como emisi¶on y es igual a la
cantidad de radiaci¶on solar que es absorbida, transformada posteriormente en calor y emitida de nuevo al espacio.
Precisamente los efectos combinados de la re°exi¶
on
de luz y la emisi¶on de calor contribuyen a mantener la temperatura de la Tierra que en promedio
es de 15± C. Esta temperatura tambi¶en se mantiene gracias a la concentraci¶on de los gases que existen en la atm¶
osfera, principalmente bi¶oxido de carbono (CO2 ) y metano (CH4 ), los cuales atrapan el
calor emitido por la Tierra, contribuyendo a su calentamiento, lo cual se conoce como el \efecto de invernadero" (Fig. 1). El metano es un gas importante
que contribuye al calentamiento atmosf¶erico y aunque su concentraci¶on en la atm¶osfera es considerablemente m¶
as baja (1.7 ppm) que la del bi¶oxido de
carbono (345 ppm), presenta una mayor absorbancia por el espectro infrarojo de la luz, por lo cual
como mol¶ecula, es 30 veces m¶as efectivo en absorber el calor durante el efecto invernadero en comparaci¶
on con el CO2 (Tyler, 1991). Por dicha raz¶
on,
el metano es el segundo gas en importancia, despu¶es del CO2 , involucrado con el efecto invernadero; contribuye aproximadamente con el 25% del calentamiento atmosf¶erico.
El efecto de invernadero forma parte del sistema de
regulaci¶
on t¶ermica de la Tierra y permite el desarrollo de la vida. No obstante lo anterior, el balance re°exi¶
on-emisi¶on-efecto invernadero, se est¶
a alterando, observ¶andose un incremento de la concentraci¶
on de los gases atm¶osfericos que contribuyen al
efecto invernadero, lo que ha provocado un aumento de la temperatura terrestre. La cantidad de los
gases atmosf¶ericos se ha modi¯cado como resultado de cuatro procesos:
1. Combusti¶
on de combustibles f¶osiles que da como resultado la producci¶on de CO2 , ¶oxidos de
nitr¶
ogeno y ozono.
2. Tala y quema de bosques, actividades que liberan CO2 .
3. Degradaci¶
on de materia org¶anica, principalmente bajo condiciones anaerobias, y que conduce a la liberaci¶on de CO2 y CH4 .
4. Actividad digestiva de rumiantes (vacas, ovejas)
y termitas que liberan CH4 .
ContactoS 43, 19{31 (2002)
Es precisamente, el proceso de mineralizaci¶
on anaerobia conocido como metanog¶enesis, el que es particularmente importante y que es dominante en ambientes an¶
oxicos caracterizados por altas tasas de depositaci¶
on de material org¶
anico. La contribuci¶
on de
tales ecosistemas al ciclo atmosf¶erico del metano depende del contacto directo y abierto que tengan con
el aire. La mayor parte del metano atmosf¶erico,
aproximadamente el 90%, se origina de los ecosistemas donde la actividad metanog¶enica se localiza
un metro por arriba de la super¯cie terrestre (como la actividad de los rumiantes) y un metro debajo de la misma (como los humedales, entre ellos pantanos y campos arroceros) (Vogels, 1979).
>Qu¶
e son los humedales?
Los humedales son componentes importantes de la
bi¶
osfera y juegan un papel importante en el balance geoqu¶³mico del carbono, nitr¶
ogeno y azufre. Los
humedales comprenden diversos ambientes tanto naturales como arti¯ciales, generalmente localizados
en ¶
areas con un drenaje de¯ciente que se caracterizan por estar permanente o temporalmente inundados por aguas dulces, estuarinas (salobres) o salinas; incluyen adem¶
as las regiones marinas que no excedan de los 6 m de profundidad con respecto al nivel medio de las mareas bajas. La de¯nici¶
on anterior
abarca diferentes ecosistemas como tundras, turberas, algunas bah¶³as, lagunas costeras, estuarios, esteros, bajos lodosos, barras y bajos de arena, manglares, praderas de pastos marinos, arrecifes de coral, pantanos estuarinos y dulceacu¶³colas de pastizales emergentes o de macro¯tas °otantes libres o enraizadas al fondo, r¶³os, marismas, bosques pantanosos, selvas bajas inundables, lagos y lagunas de agua
dulce, oasis, cenotes y lagunas hipersalinas.
Las turberas son ecosistemas cuya vegetaci¶
on dominante son especies del g¶enero Sphagnum, generalmente su aporte de agua es de origen pluvial por lo
que su salinidad es baja. Las tundras son semejantes a las turberas, pero generalmente son ricas en
sales minerales y pueden tener un pH ¶
acido, neutro o alcalino (Westermann, 1993). Estos humedales son caracter¶³sticos de zonas con climas fr¶³os.
Las bah¶³as son ambientes marinos con pocos o nulos aportes de agua dulce, su vegetaci¶
on dominante son las macroalgas (Bah¶³as de Huatulco, Oax.).
Las lagunas costeras son ecosistemas costeros, separados del mar por alg¶
un tipo de barrera y comunicadas con el mismo a trav¶es de una o varias
bocas que pueden ser permanentes ef¶³meras (Laguna de Alvarado-Camaronera, Ver.). Los estuarios
son cuerpos semi-cerrados donde existe una mezcla
de agua dulce con agua marina (agua salobre) como sucede en la desembocadura de los r¶³os. Un estero es un canal de mareas que comunica o comu-
Calentamiento atmosf¶erico. . . R. Torres, F. Guti¶errez y F. Contreras.
F ig . 1 . Re la c i¶o n de lo s pro c e so s de re °e x i¶o n, e misi¶o n y e fe c to inv e rna de ro e n e l c a le nta mie nto a tmo sf¶e ric o .
21
22
nicaba una laguna costera con el mar, r¶³o, otra laguna o marisma y frecuentemente se encuentran rodeados por manglar.
Los bajos lodosos son comunes en las lagunas costeras y quedan expuestos al aire durante las mareas
bajas, siendo importantes como ¶areas de alimentaci¶
on para las aves. Las barras y bajos de arena generalmente se depositan frente a las bocas de comunicaci¶
on de las lagunas, formando las playas de las barreras (Pen¶³nsula de Lucenilla, Sin.).
El ecosistema de manglar se localiza en las regiones
tropicales y subtropicales, est¶a constitu¶³do por vegetaci¶
on arb¶
orea en la zona de mareas, por lo cual pueden crecer a diferentes salinidades; las principales especies son Rhizophora mangle, Avicennia germinans
y Laguncularia racemosa. En M¶exico, los manglares mejor desarrollados se encuentran en la Laguna de T¶erminos (Campeche) y Chantuto-Panzacola
(Chiapas). Las praderas de pastos marinos, llamadas tambi¶en \ceibadales" son plantas con °ores
que habitan en zonas marinas y lagunas costeras,
como las especies Thalassia testudinum y Zoostera
marina.
Las barreras de coral se caracterizan por su elevada
productividad y biodiversidad de corales, esponjas,
crust¶
aceos, moluscos y peces (Fig. 2 y 2a). Su productividad se encuentra asociada a la relaci¶on simbi¶
otica que se establece entre los corales y unas algas unicelulares llamadas zooxantelas. Los pantanos estuarinos se encuentran representados por Spartina sp. en la zona de mareas y Typha sp. en los tulares; pueden ser un refugio invernal importante para diversas aves migratorias (Pantano Chiricahueto, Sin.). Los pantanos dulceacu¶³colas se caracterizan por tener como vegetaci¶on dominante el popal (Thalia geniculata), asimismo presentan vegetaci¶
on libre °otadora como el lirio acu¶atico (Eichhornia crassipes) y macro¯tas enraizadas al fondo de hojas °otantes como los nen¶
ufares (Nynphaea sp.), un
ejemplo son los Pantanos de Centla en Tabasco. Las
marismas son llanuras de suelos salinos que se inundan durante la ¶epoca de lluvias o cuando se presentan las mareas m¶as altas del a~
no, presentan praderas de Salicornia sp. y Batis sp., con ¶arboles o matorrales aislados de mangle negro (Marismas de Huizache, Sin.). Los bosques pantanosos comprenden asociaciones forestales en suelos inundados por aguas
estuarinas o dulces, como los bosques de camichines (Ficus sp.) y de ahuehuetes (Taxodium mucronatum) (Flores-Verdugo, 2001).
Los oasis se ubican en las zonas ¶aridas (Sonora),
mientras que los cenotes s¶olo est¶an en planicies de
suelos calc¶
areos (Yucat¶an y Quintana Roo). Las lagunas hipersalinas est¶an en aquellas zonas donde la
ContactoS 43, 19{31 (2002)
evaporaci¶
on es superior a la precipitaci¶
on (Guerrero Negro, BCS.). Aunado a lo anterior, se encuentran los humedales creados por el hombre tales como arrozales, presas, lagos arti¯ciales, chinampas,
norias, pozos y lagunas de oxidaci¶
on.
Los humedales presentan una °ora y fauna caracter¶³sticos como los manati¶es; son de los ecosistemas m¶
as productivos de la bi¶
osfera y tienen altas
tasas de sedimentaci¶
on de material org¶
anico. Aunque la super¯cie mundial ocupada por los humedales es m¶³nima (3%), del 15 al 30% de la reserva de
carbono se encuentra ah¶³ y son los responsables del
21% de las emisiones de CH4 a la atm¶
osfera (Bobbink y de Caluwe, 2000).
Metanog¶
enesis y bacterias metan¶
ogenas.
La remineralizaci¶
on de la biomasa producida por los
diferentes organismos que se desarrollan en los distintos humedales, se realiza en dos medios ambientes: el aer¶
obico y el anaer¶
obico. En el medio aer¶
obico
se efect¶
uan las primeras transformaciones de la materia org¶
anica tanto disuelta como particulada en
CO2 y biomasa, mediante el metabolismo de la respiraci¶
on aerobia; siendo este proceso muy e¯ciente para la producci¶
on de energ¶³a y por lo tanto para el reciclamiento del carbono (Lehninger, 1980).
Como resultado de la degradaci¶
on biol¶
ogica
aer¶
obica, en el sistema se propicia una demanda de ox¶³geno que supera al aporte del
mismo,
cre¶
andose
condiciones
generalmente anaer¶
obicas. Cuando el ox¶³geno se ha agotado, los microorganismos aer¶
obicos estrictos cesan de crecer y bajo estas circunstancias, la descomposici¶
on del carbono org¶
anico contin¶
ua a trav¶es
de los microorganismos anaer¶
obicos.
Con base en su bioqu¶³mica especializada, los microorganismos anaer¶
obicos llevan a cabo los procesos de fermentaci¶
on, desnitri¯caci¶
on, reducci¶
on de manganeso, reducci¶
on de hierro, sulfatorreducci¶
on y metanog¶enesis (Fig. 3). La metanog¶enesis es la u
¶ltima fase de la degradaci¶
on anaerobia de la materia org¶
anica y representa una fracci¶
on importante en el °ujo de carbono en los habitats
anaerobios.
El proceso de la metanog¶enesis es efectuado por las bacterias metan¶
ogenas. Se sabe en general, que las bacterias que participan en dicho proceso poseen las propiedades de los anaer¶
obicos estrictos y se encuentran en n¶
umeros elevados donde los valores de Eh son iguales o inferiores a -200
mV. Las bacterias metan¶
ogenas abarcan un grupo morfol¶
ogicamente diverso, contiene bacilos cortos o largos, cocos y varios arreglos de estas formas b¶
asicas en largas cadenas o agregados. Todos
Calentamiento atmosf¶erico. . . R. Torres, F. Guti¶errez y F. Contreras.
F ig . 2 . D iv e rso s tipo s de hume da le s: a ) Ba h¶ ³a , b) La g una C o ste ra , c ) Este ro .
23
24
ContactoS 43, 19{31 (2002)
F ig . 2 a . D iv e rso s tipo s de hume da le s: a )Ba jo lo do so b)M a ng la re s y c ) Ba rre ra s de C o ra l.
Calentamiento atmosf¶erico. . . R. Torres, F. Guti¶errez y F. Contreras.
los miembros poseen dos cofactores u
¶nicos, el factor 420 (F420) y el ¶acido 2-mercaptoetanosulf¶
onico
(coenzima M o CoM) (Mah y Smith, 1981). Taxon¶
omicamente se han propuesto los siguientes g¶eneros, agrupados en cinco ¶ordenes: Methanobacterium, Methanothermobacter, Methanobrevibacter,Methanosphaera, Methanothermus, Methanococcus, Methanothermococcus, Methanocaldococcus, Methanoignis, Methanomicrobium, Methanogenium, Methanoplanus, Methanoculleus, Methanofollis, Methanocorpusculum, Methanospirillum, Methanolobus, Methanococcoides, Methanohalophilus,
Methanohalobium,
Methanosarcina, Methanosalsus y Methanosaeta (Boone et al., 1993)
Las bacterias metan¶ogenas representan un grupo de
procariontes u
¶nico debido a que producen un hidrocarburo, el metano, como principal producto de
su metabolismo a partir de la reducci¶on del CO2
con hidr¶
ogeno molecular, o bien, a partir de otros
substratos org¶anicos simples como formiato, metanol, metilaminas o acetato (Phelps y Zeikus, 1985):
4H2 + CO2
4CH3 OH
4CH3 N H3+ + 2H2 O
CH3 COO¡ + H +
¡!
¡!
¡!
¡!
CH4 + 2H2 O
3CH4 + CO2 + 2H2 O
3CH4 + CO2 + 4N H4+
CH4 + CO2
(Vogels et al., 1988)
Las bacterias metan¶ogenas se distribuyen ampliamente en los ambientes acu¶aticos: estanques, marismas, pantanos, lagos y oce¶anos (trincheras y cordilleras mesoc¶eanicas), en estos habitats acu¶aticos la liberaci¶
on de burbujas a partir del estrato sedimentario generalmente indica la presencia de la actividad metanog¶enica; otros h¶abitats metanog¶enicos incluyen el tracto intestinal del hombre y los animales,
los digestores de aguas de desecho y las tierras cultivadas (Mah, 1982).
La metanog¶enesis es un proceso que se utiliza usualmente para el tratamiento de diferentes desechos
t¶
oxicos, org¶anicos, agr¶³colas e industriales. Finalmente, el gas metano tiene enormes ventajas como combustible ya sea para uso dom¶estico, en automotores y en procesos criog¶enicos (Yen y Tang,
1977). La producci¶on de metano a partir de la
actividad microbiana metanog¶enica es un proceso
econ¶
omicamente m¶as competitivo que la generaci¶
on
de metano derivada de los combustibles f¶
osiles, cuyo costo se ha incrementado notablemente en los
u
¶ltimos a~
nos.
25
Ciclo del metano.
En la ¯gura 4, se ilustra el ciclo del metano. Como se observa, ¶este es producido por las bacterias
metan¶
ogenas durante las u
¶ltimas fases de la degradaci¶
on anaer¶
obica de la materia org¶
anica efectuada principalmente en los sedimentos de los ecosistemas acu¶
aticos. La producci¶
on in situ del gas metano tiene un efecto considerable sobre la estabilidad sedimentaria, directamente por el atrapamiento de burbujas de gas en los sedimentos no consolidados e indirectamente por la iniciaci¶
on de ciertas caracter¶³sticas diagen¶eticas como la cementaci¶on
de carbonatos y la formaci¶
on de n¶
odulos (Whelan,
1974).
Adem¶
as de contribuir a las caracter¶³sticas diagen¶eticas de los sedimentos, una fracci¶
on del metano que se genera, aproximadamente del 10 al 30%,
es utilizado como fuente de energ¶³a por las bacterias metano-oxidantes, convirtiendolo a CO2 (Higgins et al., 1981; Lidstrom, 1983). Esta oxidaci¶
on del metano por bacterias metanotrofas es un proceso estrictamente aer¶
obico y requiere de una temperatura ¶
optima entre 25 y
37± C.
Una cantidad considerable de metano de origen
biog¶enico que no es consumido por los microorganismos metanotrofos en algunos habitats como humedales naturales, tierras de cultivo y arrozales, alcanza la atm¶
osfera al difundirse fuera de los sedimentos antes de ser oxidado o al ser transportado directamente a la atm¶
osfera como burbujas. Otros mecanismos por medio de los cuales el metano puede escapar de los ambientes anaer¶
obicos incluyen el sistema
vascular de las plantas que act¶
ua como un conductor, observ¶
andose que las plantas del arroz son conductores importantes (Tyler, 1991); este mismo proceso se presenta en las tierras de cultivo. Se han
efectuado una serie de trabajos para tratar de evaluar las contribuciones de diferentes tipos de humedales, as¶³ como de otros ambientes a las emisiones
de metano (Tablas 1 y 2; Fig. 5).
Como se observa, las principales contribuciones al
metano atmosf¶erico se derivan principalmente de
los habitats metanog¶enicos presentes en los humedales naturales (21%) y campos arroceros (20%);
otras fuentes incluyen al ganado (15%), la quema
de biomasa (10%), el gas natural (8.7%), las termitas (7.4%), los rellenos sanitarios (7.4%) y los
oc¶eanos (2%); se debe mencionar que la entrada de
CH4 a la atm¶
osfera a partir de los oc¶eanos presenta un claro ciclo estacional en el hemisferio sur mientras que en el hemisferio norte este comportamiento
no es tan evidente. Asimismo, el aporte proveniente de la actividad de las termitas a¶
un est¶
a en con-
26
ContactoS 43, 19{31 (2002)
F ig . 3 . M e c a nismo s de mine ra liz a c i¶o n de la ma te ria o rg ¶a nic a e n lo s hume da le s (We ste rma nn, 1 9 9 3 ).
F ig . 4 . C ic lo de l me ta no (V o g e ls, 1 9 7 9 ).
Calentamiento atmosf¶erico. . . R. Torres, F. Guti¶errez y F. Contreras.
27
T a bla 1 . Emisio ne s de me ta no pro c e de nte s de div e rso s hume da le s.
Humedal
Turbera en Siberia del W
Tundra en Siberia
Delta del Danubio
Humedales en Jap¶on
Humedales en Estados Unidos
El Pantanal (R¶³o Amazonas)
Emisi¶
on de CH4
21.1 mg CH4 /m2 /hr
50 mg CH4 /m2 /d¶³a
10-70 kg CH4 /ha/a~
no
28 mg CH4 /m2 /hr
2.4 mg CH4 /m2 /hr
1.8 Ton CH4 /a~
no
Autor
Matthews et al., 2000
Samarkin et al., 2000
Kamp et al., 2000
Kamp et al., 2000
Kamp et al., 2000
Erftemeijer et al., 2000
F ig . 5 . C o ntribuc i¶o n de div e rso s a mbie nte s me ta no g ¶e nic o s a l me ta no a tmo sf¶e ric o (V o g e ls, 1 9 7 9 ).
28
ContactoS 43, 19{31 (2002)
T a bla 2 . Emisio ne s de me ta no a pa rtir de dife re nte s
a mbie nte s (T y le r, 1 9 9 1 ).
Fuente
Biog¶enica
Ganader¶³a
Termitas
Campos arroceros
Humedales naturales
Tierras cultivadas
Oc¶eanos
Total biog¶enico
No biog¶enica
Minas de carb¶on
Gas natura
Industria
Quema de biomasa
Hidratos de metano
Volcanes
Autom¶
oviles
Total no biog¶enico
TOTAL
T a bla 3 . Re te nc i¶o n e stima da de ra dia c i¶o n infra rro ja po r
lo s div e rso s g a se s a tmo sf¶e ric o s e n e l a n
~ o 2 0 5 0 (M ille ro ,
1 9 9 6 )
Emisi¶on de
CH4 (1012 g/a~
no)
Gas
80-100
25-150
70-120
120-200
5-70
1-20
300-710
CO2
CH4
O3
N2 O
CF C ¡ 11
CF C ¡ 12
Total
10-35
l10-30
l10-45
10-40
2-4
0.5
0.5
201-441
355-870
troversia, ya que unos autores proponen valores bajos y otros altos (Zimmermann et al., 1982).
Es evidente que de las actividades antropog¶enicas,
la agricultura (principalmente campos arroceros) representa una fracci¶on signi¯cativa de la porci¶
on
biog¶enica relacionada con las emisiones de metano
a la atm¶
osfera. Una fuente de metano que generalmente hab¶³a sido subestimada es el escape de metano de tuber¶³as defectuosas que transportan gas natural, proceso se ha detectado sucede principalmente en Europa Oriental debido al bajo mantenimiento que se les da a las mismas (Libes, 1992).
Por u
¶ltimo, cabe mencionar que el metano que se
produce en los sedimentos con profundidades superiores a los 10 m, como las grandes trincheras
oce¶
anicas, no alcanza la atm¶osfera, saturando estas
regiones con metano y dando como resultado la formaci¶
on de hidratos de metano (Fig. 6) que son estables a una presi¶on superior a las 26 atm, equivalente a una columna de agua de 260 m.
Calentamiento atmosf¶
erico
y efecto invernadero.
El metano producido a partir de la actividad metan¶
ogenica, as¶³ como el que se genera por actividades humanas, eventualmente alcanza la estrat¶
osfera,
estim¶
andose que su tiempo de vida medio en esta zona es de 7 a 11 a~
nos (Pearman y Fraser, 1988); durante dicho per¶³odo puede experimentar una serie de
Niveles en el
2050
440-660 ppm
2.1-4.0 ppm
15-50% m¶
as
350-450 ppb
0.7-3.0 ppb
2.0-4.8 ppb
¢Q
0.9-3.2
0.2-0.9
0.2-0.6
0.1-0.3
0.23-0.7
0.6-1.4
2.2-7.2
reacciones qu¶³micas con los otros compuestos presentes en la atm¶
osfera, as¶³ por ejemplo reacciona con los
radicales libres, principalmente el hidroxil, formando metilo (CH3 ); el cual participa en una serie de
reacciones qu¶³micas complejas que dan como resultado tanto la producci¶
on como la destrucci¶
on de la capa de ozono. En otros procesos, el metano reacciona con el radical cloruro, el compuesto formado destruye la capa de ozono. Por otro lado, el metano
tambi¶en puede ser oxidado en la estrat¶
osfera conduciendo a la formaci¶
on de nubes de hielo a una altura aproximada de 85 km (Thomas et al., 1989). Por
u
¶ltimo, participa en el llamado efecto de invernadero (Karl y Tilbrook, 1994).
Se ha determinado que la concentraci¶
on del metano en la atm¶
osfera fue relativamente constante desde 1600 a 1850, con un valor aproximado de 0.8
ppm; no obstante, ¶esta se fue incrementando hasta alcanzar el valor actual de 1.7 ppm y aparentemente la concentraci¶
on sigue increment¶
andose en un
1% al a~
no. El aumento en la cantidad de metano atmosf¶erico en los u
¶ltimos 150 a~
nos sugiere un fuerte
impacto derivado de las actividades humanas. Aunado al incremento de las emisiones de metano, la
composici¶
on conjunta de los otros gases que componen la atm¶
osfera (CO2 ; CO; SO2 ) reduce la capacidad oxidante de la atm¶
osfera, permitiendo que
el metano permanezca m¶
as tiempo en el aire, aumentando el impacto en el efecto de invernadero
(Talaue, 2001).
Diversos investigadores han tratado de estimar el
efecto a largo plazo de la adici¶
on de metano y otros
gases invernadero a la atm¶
osfera; los resultados de
dichas estimaciones para el a~
no 2050 se encuentran
en la tabla 3:
Asimismo se ha intentado estimar el efecto del incremento en la concentraci¶
on de gases traza sobre la
temperatura ambiental en el presente siglo. Los incrementos en temperatura estimados, asumiendo di-
Calentamiento atmosf¶erico. . . R. Torres, F. Guti¶errez y F. Contreras.
T a bla 4 . A ume nto e stima do e n la te mpe ra tura de bido a lo s inc re me nto s e n la c o nc e ntra c i¶o n de lo s g a se s a tmo sf¶e ric o s (M ille ro , 1 9 9 6 ).
Gas
CO2
H2 O
O3
N2 O
N H3
HN O3
CH4
SO2
CFCs
Cambio Total
Estimaci¶on de
incremento en la
concentraci¶on
2
2
0.75
2
2
2
2
2
20
Cambio de
temperatura
(± C)
2.6
0.65
-0.4
0.65
0.12
0.08
0.26
0.02
0.65
4.63
versos incrementos en los gases, se presentan en la
tabla 4; con base en ¶esta se observa que aunque el
CO2 contribuye con el 75% del incremento, otros gases son importantes y lo ser¶an m¶as en el futuro (Millero, 1996).
El incremento en la temperatura es probable que se
vea ampli¯cado por una retroalimentaci¶on positiva
causada por el aumento en la temperatura de los sedimentos. Tal calentamiento liberar¶³a grandes cantidades de metano gracias al derretimiento de los
complejos de metano y agua denominados clatratos, que son estructuras en forma de jaula formados por mol¶eculas de agua, que act¶
uan atrapando en
su interior al metano y que se presentan en los sedimentos de zonas fr¶³as (Fig. 6). Estos clatratos contienen su¯ciente metano como para causar un incremento de 1 a 2± C en las temperaturas promedio de la Tierra (Libes, 1992).
Existen diferentes factores que afectan el sistema
clim¶
atico, no obstante, muchos cient¶³¯cos opinan que
las emisiones de gases CH4 y CO2 , principalmente provenientes de las actividades antropog¶enicas y
de los humedales podr¶³an ser un factor clave que
provoca el aumento de la temperatura y el cambio clim¶
atico global. Al aumentar la temperatura de
la atm¶
osfera se produce un incremento en las cantidades de vapor de agua y una mayor actividad atmosf¶erica. Lo anterior podr¶³a tener diversas consecuencias, entre ellas:
² Mayor actividad del ciclo hidrol¶ogico, cambiando la distribuci¶on de la precipitaci¶on, aumentando las inundaciones y las sequ¶³as; asimismo, algunos lugares ser¶an m¶as secos y otros
m¶
as h¶
umedos. Por ejemplo, se prevee que el SE
29
de Asia ser¶
a m¶
as h¶
umedo, mientras que algunas regiones de Norteam¶erica y Asia ser¶an m¶as
secas.
² Cambios de los patrones clim¶
aticos que afectar¶³an los sistemas agr¶³colas, ya que alterar¶³an
los ciclos de siembra y cultivo en funci¶
on de la
disponibilidad de agua; incluso las plantas y cereales que en el presente se desarrollan bien en
zonas templadas tendr¶³an que volverse m¶as resistentes al calor.
² Alteraci¶
on de los ecosistemas terrestres, cambiando h¶
abitats y la migraci¶
on de especies
(EPOMEX, 1998).
² P¶erdida de la biodiversidad, particularmente las
especies tropicales que son altamente sensibles
a los cambios en los patrones de temperatura y
humedad (Masera, 1992).
² Al incrementarse la temperatura de la Tierra, se
acelerar¶
a la fusi¶
on de los casquetes polares, adicionando m¶
as agua a los oc¶eanos, por lo que el
nivel de ¶estos aumentar¶³a. Algunos investigadores han predicho un incremento de 5 a 7 m del
nivel del mar para el a~
no 2050 que podr¶³a ocasionar que algunas ciudades como Nueva Orleans, Holanda y Bangladesh, que est¶
an por debajo del nivel medio del mar, se inunden.
Comentarios Finales
Los humedales, ya sea naturales o arti¯ciales, son la
principal fuente emisora de metano a la atm¶osfera;
pero al mismo tiempo son trampas e¯cientes de carbono. Los humedales al atrapar m¶
as carbono reducen la emisi¶
on de metano; sin embargo, en la medida que desaparezcan, llegar¶
an a ser una fuente mayor de metano a la atm¶
osfera, el cual actuar¶a como gas invernadero. Con base en lo anterior se considera que la conservaci¶
on y restauraci¶
on de los humedales, sobre todo los campos agr¶³colas y arroceros, dar¶
a la oportunidad de fomentar las trampas
de carbono que podr¶³an regular la emisi¶
on de gases
invernadero como el metano.
La reducci¶
on de las emisiones de los gases invernadero es un aspecto fundamental contemplado por
la Comunidad Cient¶³¯ca Internacional, ya que de
continuar aumentando ¶estas hacia la atm¶
osfera, se
producir¶
a un incremento de la temperatura super¯cial del planeta que tendr¶
a consecuencias desastrosas
para todos.
Bibliograf¶³a
1. Bobbink & H. De Caluwe, 2000. Emission of
greenhouse gases from peaty fen soils: e®ects of
30
ContactoS 43, 19{31 (2002)
F ig . 6 . H idra to s de c a rbo no o c la tra to s (Libe s, 1 9 9 2 )
water table and nitrate. Millennium Wetland
¶ enement du mmill¶enaire sur les terres
Event Ev¶
humides. Memorias. Qu¶ebec, Canada. 165 p.
2. Boone, D. R., Whitman, W. B. & P. Rouviere. 1993. Diversity and Taxonomy of Methanogens. In: J. G. Ferry (Ed.). Methanogenesis. Ecology, Physiology, Biochemistry and Genetics. Chapman & Hall. USA. 35-80
3. Erftemeijer, P. L. A., M. J. Silvius & I. N. Suryadiputra. 2000. Mangroves swamps of Irian
¶ enement
Jaya. Millennium Wetland Event Ev¶
du mmill¶enaire sur les terres humides. Memorias. Qu¶ebec, Canada. 426 p.
4. EPOMEX. 1998. Las modi¯caciones antr¶
opicas
sobre el efecto de invernadero y sus consecuencias ambientales. Centro de Ecolog¶³a, Pesquer¶³as y Oceanograf¶³a del Golfo de M¶exico. 9
(2): 1-2
5. Flores-Verdugo, F. J. 2001. Procesos ecol¶
ogicos
en humedales. En: Abarca-Herzig (Eds.). Manual para el Manejo y Conservaci¶
on de los
a
Humedales en M¶exico. 2 . Edici¶on. INESEMARNAP, Arizona Game and Fish Department, North American Wetland Conservation
Council y U. S. Fish and Wildlife Service. 1-17
6. Garc¶
³a, M. E. 1980. Apuntes de Climatolog¶³a.
a
3 . Edici¶
on. M¶exico. 153 p.
7. Higgins, I. J., D. J. Best, R. C. Hammond &
D. Scott. 1981. Methane-oxidizing micreoorganisms. Microbiol. Rev. 45(4): 556-590
8. Kamp, T., U. Wild & J. C. Munch. 2000.
Trace gas °uxes and global warming from a
restored peatland. Millennium Wetland Event
¶ enement du mmill¶enaire sur les terres humiEv¶
des. Memorias. Qu¶ebec, Canada. 294 p.
9. Karl, D. M. & B. D. Tilbrook. 1994. Production and transport of methane in oceanic particulate organic matter. Nature. 368: 732-734
10. Lehninger, A. L. 1980. Bioqu¶³mica. Segunda
edici¶
on. Ed. Omega. Barcelona, Espa~
na. 1117
p.
11. Libes,
S. M. 1992.
duction
to
marine
John Wiley and Sons.
734 p.
An introbiogeochemistry.
New York.
12. Lidstrom, M. E. 1983. Methane consumption
in Framvaren, an anoxic marine fjord. Limnol.
Oceanogr. 28(6): 1247-1251
Calentamiento atmosf¶erico. . . R. Torres, F. Guti¶errez y F. Contreras.
13. Mah, R. A. 1982. Methanogenesis and methanogenic partnerships. Phil. Trans. R. Soc.
Lond. B. 297: 599-616
14. Masera, C. O. 1992. Emisiones de gases de invernadero en Latinoam¶erica. Situaci¶on actual y
escenarios a largo plazo. Ciencia. 43: 35-40
15. Mattews, e., e. b. walter & v. gauci. 2000.
Wetlands and the global methane cycle: current
role and future outlook. Millennium Wetland
¶ enement du mmill¶enaire sur les terres
Event Ev¶
humides. Memorias. Qu¶ebec, Canada. 236 p.
16. Millero, F. J. 1996. Chemical Oceanography.
2nd . CRC Press. Boca Raton, Fl. 469 p.
17. Pearman, G. I. & P. J. Fraser. 1988. Sources of
incresed methane. Nature. 332: 489-490
18. Phelps. T. J. & J. G. Zeikus. 1985. E®ect
of fall turnover on terminal carbon metabolism
in Lake Mendota sediments. Appl. Environ.
Microbiol. 50:1285-1291
19. Samarkin, V., D. Wagner & E. M. Pfeiffer. 2000. Methane biogeochemistry and microbial processes in Siberian tundra wet¶ enement
lands. Millennium Wetland Event Ev¶
du mmill¶enaire sur les terres humides. Memorias. Qu¶ebec, Canada. 294 p.
20. Talaue-McManus, L. 2001. Global change in the
coastal zone: the case of South-east Asia. LandOcean Interactions in the Coastal Zone. Loicz
Newsletter. 20: 1-4
31
21. Tyler, S. C. 1991. The global methane budget.
In: J. E. Rogers & W. B. Whitman (Eds.). Microbial production and consumption of greehouse gases: methane, nitrogen oxides and halomethanes. American Society for Microbiology.
7-38
22. Vogels, G. D., J. T. Keltjens & C. Van Der
Drift. 1988. Biochemistry of methane production. En: Alexander J. B. Zehnder (Ed.). Biology of Anaerobic Microorganisms. John Wiley and Sons. U.S.A. 707-770
23. Vogels, G. D. 1979. The global cycle of methane.
Antonie van Leeuwenhoek. 45:347-352
24. Westermann, P. 1993. Wetland and swamp
microbiology. In: T. Edgcumbe Ford (Ed.).
Aquatic Microbiology. An ecological approach.
Blackwell Scienti¯c Publications. USA. 215-238
25. Whelan, T. 1974. Methane and carbon dioxide in coastal marsh sediments. In: I. R. Kaplan
(ed.). Natural Gases in Marine Sediments. Plenum Press. 47-61
26. Yen, T. F. and J. I. S. Tang. 1977. Chemical aspects of marine sediments. In: T. F. Yen (ed.).
Chemistry of Marine Sediments. 1-38
27. Zimmermann, P. R., J. P. Greeenberg, S. O.
Wandiga & P. J. Crutzen. 1982. Termites:
a potentially large source of atmospheric methane, carbon doixide and molecular hydrogen.
Science. 218: 563-565
cs