MODELADO Y SIMULACION CICLO DEL CARBONO EN CONSECUENCIA EL CALENTAMIENTO GLOBAL

Cristian Orlando Blanco Espinosa1 Diana Carolina Baquero Arias1

1Decanatura de Ingenierías y AdministraciónEscuela de Ingeniería Informática

Simulación y ModelizaciónUniversidad Pontificia Bolivariana, Bucaramanga

Cobe156,baquerito_16,@hotmail.com

Resumen:

Los cambios en los ecosistemas forestales, la dramática transformación de la diversidad de especies, así como el significado de la vegetación para el clima global, han sido los generadores de los estudios realizados entorno a todos factores que alimentan este nuevo suceso que pone en riesgo el planeta.En este proyecto se lograr predecir por medio de la modelización y la simulación que nos espera en unos cuantos años, teniendo como base los factores y su porcentaje de alteración en la atmosfera que es la principal afectada, causando así diferentes resultados para la vida de la tierra.

Abstract:

The changes in forest ecosystems, the dramatic transformation of species diversity, as well as the meaning of vegetation for the global climate, have been the generators of studies conducted around all factors fueling this new event which threatens the planet. This project will bring to predict through modeling and simulation that awaits us in a few years, based factors

and the rate of change in the atmosphere which is the main affected, thus causing different outcomes for the life of the land.

1. Introducción:

El carbono a medida que el tiempo transcurre se va incrementando en la atmosfera transformando se en dióxido de carbono, metano y otros gases. Al mismo tiempo, se elimina mediante las plantas, los océanos y de otras maneras. Éste es el ciclo del carbono. El equilibrio en el ciclo es esencial para determinar el clima terrestre.Una vez es determinado el clima empezamos a jugar alrededor de este, observando las diferentes situaciones que se viven por los drásticos cambio del clima. El Aumento de la temperatura de la Tierra debido al uso de combustibles fósiles y a otros procesos industriales que llevan a una acumulación de gases invernadero (dióxido de carbono, metano, óxido nitroso y clorofluorocarbonos) en la atmósfera. Desde 1896 se sabe que el dióxido de carbono ayuda a impedir que los rayos infrarrojos escapen al espacio, lo que hace que se mantenga una temperatura relativamente cálida de nuestro planeta (efecto invernadero). La

cuestión es si los crecientes niveles de dióxido de carbono registrados a lo largo del último siglo llevarán a un aumento de la temperatura global [1].químicos y físicos que desplazan el carbono.

¿Cómo trabaja?

Ciclo del Carbono(proceso en la tierra)

El resto del artículo se estructura de la siguiente forma, en la sección 2 se realizará un descripción del fenómeno a simular, En la sección 3 se mostrara el diagrama causal, En la sección 4 se mostrara el diagrama de forrester, En la sección 5 se presentaran las ecuaciones resultantes del fenómeno modelado, en la sección 6 el comportamiento del fenómeno en diferentes escenarios de simulación y para finalizar en la sección 7 las conclusiones del fenómeno modelado y simulado.

2 . Descripción del fenómeno

Los átomos de carbono se intercambian permanentemente entre los organismos vivos y muertos, la atmósfera, los océanos, las rocas y el suelo. Cada vez que exhalamos aire, liberamos CO2 de nuestros pulmones a la atmósfera, que contiene átomos de carbono de las plantas y animales que comemos. Los átomos de carbono que hoy están en nuestros cuerpos anteriormente podrían haber estado en distintas plantas y animales, quizás hasta en dinosaurios y otras criaturas que se extinguieron. La distribución de carbono entre la atmósfera, los organismos, la tierra y los océanos ha cambiado con el transcurso del tiempo. Hace aproximadamente 550 millones de años la concentración de CO2 en la atmósfera era de 7.000 partes por millón, más de 18 veces lo que es hoy [2].El ciclo del carbono es una combinación de muchos procesos biológicos,

Imagen1. La imagen muestra algunos de los procesos por los cuales el carbono se desplaza entre los organismos vivos y muertos, la atmósfera, los océanos, las rocas y el suelo [2].

*Carbono presente en la tierra

La mayor parte del carbono de tierra se encuentra en compuestos en sedimentos y rocas sedimentarias.

Sedimentos submarinos y rocas sedimentarias

80000000

Agua del océano, conchas y organismos

40000

Combustible fósil(petróleo, gas y carbón)

4000

Material orgánico del suelo 1500Atmosfera 825

Plantas terrestres 580

Desde años atrás los humanos estamos acelerando los efectos del calentamiento global, interrumpiendo el ciclo del carbono y saturándolo. El dióxido de carbono explica más del 60% del “efecto invernadero reforzado1”. El hombre quema carbón, petróleo y gas natural a una velocidad muchísimo mayor a las que se crearon estos recursos.

1Efecto invernadero: fenómeno por el cual determinados gases, que son componentes de una atmósfera planetaria, retienen parte de la energía que el suelo emite por haber sido calentado por la radiación solar.

En ese proceso, el carbono almacenado en los combustibles se libera en la atmósfera y perturba el ciclo del carbono, de un sistema con miles de años de antigüedad y totalmente equilibrado a través del cual se produce un intercambio de carbono con el aire, los océanos y la vegetación terrestre. En la actualidad, los niveles atmosféricos de dióxido de carbono están aumentando más de un 10% cada 20 años.El empleo de combustibles fósiles está elevando los niveles atmosféricos de carbono, con lo que se perturba un equilibrio conseguido desde tiempo inmemorial.Cierto grado de cambio climático es ahora inevitable, debido a las emisiones pasadas y actuales. El clima no responde de inmediato a los cambios externos, pero después de 150 años de industrialización, el calentamiento atmosférico ha ganado impulso, y continuará repercutiendo en los sistemas naturales de la Tierra durante centenares de años, aun cuando se reduzcan las emisiones de gases de efecto invernadero y deje de aumentar su concentración en la atmósfera.

Imagen2. La grafica muestra un Aumento significativo del incremento dióxido de carbono CO2. [3]

3. Diagrama Causal o Influencias.

Un diagrama de influencia o causal nos permite modelar un sistema de forma grafica. Lo primero es identificar todas las componentes que ejercen alguna influencia en el funcionamiento del sistema. después se identifica la manera en que interactúan estas componentes. El diagrama de influencia sirve para modelar sistemas en que la variación o introducción de un elemento afecta sobre la cantidad o presencia de otro elemento,

Imagen3. Diagrama de influencias del ciclo del carbono

Variables en el estudio:

*Carbono total en la atmosfera.*Carbono en biosfera terrestre*Carbono por la respiración de los seres vivos.*Carbono en la superficie terrestre.*Carbono usado en el proceso de la fotosíntesis*Carbono por la quema de combustibles fósiles.*Carbono por la desforestación de los bosques.*Carbono debido a la descomposición de los seres muertos.

4. Diagrama de Forrester

Un diagrama de forrester o de niveles, esta compuesto por tres grupos:

1. Variables de Niveles : Se pueden definir como aquella variable que guarda los cambios del sistema, denominados también como de estado.2. Variables de Flujo: Aquellas variables que provocan los cambios de una variable de estado o nivel.3. Variables Auxiliares:Me permiten calcular instantáneamente las variables de flujo u otras variables.

Variable auxiliar:Aquella que permite transformar una variable de entrada y de salida, por una operación matemática

Variable Exógena:Es aquella que afecta el sistema, pero que no es afectada por este.

Retardo:Permite simular las diferencias de tiempo que hay entre una causa y un efecto.

Parámetro: Valores que no cambian a través del tiempo siempre permanecen iguales

No linealidad: Valor inicial:

Variables de Estudio:

CAtm: NivelCBiosT: Nivel

CRSerV : FlujoCSuperT: NivelCSerDesM: FlujoCQFosil: FlujoCDfores: FlujoCFotos: Flujo Imagen4. Diagrama de Forrester del ciclo del carbono

CAtm: Carbono total en la atmosfera.CBiosT: Carbono en biosfera terrestre.CRSerV: Carbono por la respiración de los seres vivos.CSuperT: carbono en la superficie terrestre.CSerDesM: Carbono debido a la descomposición de los seres muertos.CQFosil: Carbono por la quema de combustibles fósiles.CDfores: Carbono por la desforestación de los bosques.CFotos: Carbono usado en el proceso de la fotosíntesis

En el proceso del ciclo del carbono se encontró 3 factores importantes que lo forman, los cuales se establecieron como niveles, ya que estas son las que a través del tiempo van almacenando los cambios que tiene este proceso.Las demás variables son flujos, los cuales van cambiando a través del tiempo modificando mis variables de nivel. Estos flujos que están siendo aplicados al estudio, son factores que se van intercambiando unos con otros tratando de formar el ciclo del carbono tenemos como ejemplo el carbono que hay en la superficie terrestre parte de el es consumido por el proceso de fotosíntesis de las plantas y devuelto después de este. En este proyecto estamos observando que través del tiempo el carbono esta aumentando fuertemente saturando los niveles, y haciendo que pierdan su equilibrio,

como consecuencia provocar el efecto invernadero y este aumentar el proceso del calentamiento global.

5. Ecuaciones

1.

+ CSerDesM +CQFosil +CDfores -

CFotos

2.

3.

4.

5.

CRserV = CBiosT * 0.1 * Est

6.

CFotos=( CBiosT *0.1483+CAtm / 700)*Est

7.

CSerM= 0.05 * CBiosT

6. Comportamiento

El estudio del ciclo del carbono, nos arrojo la siguiente grafica (imagen5),

observando el crecimiento significativo del carbono a medida que el tiempo aumenta, comparando con las graficas de estudios anteriores nos damos cuenta que son muy similares.Obteniendo una afirmación a la hipótesis que A mayor aumento del dióxido de carbono (CO2), el efecto invernadero aumenta trayendo como

consecuencia el calentamiento global.

Imagen5. En esta imagen muestra la variación de la cantidad de CO2 respecto al tiempo, generada en Evolucion 4.0.

Imágenes externas para comparación con el modelo de simulación ejecutado.

Imagen6. En esta imagen muestra la variación de la cantidad de CO2 (ppm) respecto al transcurso de los años 1960-2000 [4].

Imagen7. Gráfico de la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera terrestre (azul) y la temperatura media global (rojo), en los últimos 1000 años [5].

7. Conclusiones

Por medio de las graficas podemos visualizar que la cantidad de dióxido de carbono esta aumentando notoriamente causando daño en el planeta ahora y a un futuro no muy lejano.

La simulación y modelización de este fenómeno, afirmo los estudios investigativos realizados años anteriores.

Se analizaron las variables de este estudio y los factores que podían intervenir en su proceso.

Se estudio el ciclo del carbono para poder hacer su respectivo análisis.

Se ampliaron y se reanudo el conocimiento para realizar los diagramas que nos permitieron generar el modelo para su simulación.

Referencias

[1] Ricardo Santiago Netto., Articulo Calentamiento Global., http://www.fisicanet.com.ar/monografi

as/monograficos1/es06_efecto_invernadero.php

[2] Articulo La energía y el cambio climático mundial ,El ciclo del carbono., SEED schlumberger., http://www.seed.slb.com/es/scictr/watch/climate_change/carbon.htm

[3] José Larios Martón.,Calentamiento Global al Borde del Limite., http://calentamientoglobal.files.wordpress.com/2008/05/cgalbordedellimite.pdf

[4] Calentamiento global: sobre el dióxido de carbono y otra hipótesis.,http://www.elmorsa.com/category/global-warming/

[5] Calentamiento global y Cambio climático., http://www.telefonica.net/web2/jgarciaf/cambio_climatico/Introduccion/1.htm