MADDE DÖNGÜLERİ (BİYOJEOKİMYASAL DÖNGÜLER):KONU ANLATIMI

MADDE DÖNGÜLERİ (BİYOJEOKİMYASAL DÖNGÜLER)

Ekosistem birbirleri ile ilişkili olan canlı ve cansız varlıklardan oluşmuştur. Ekosistem bu varlıklar arasındaki madde ve enerji alışverişi ve dolaşımı sayesinde kendisini yeniler ve besler. Ekosistemin enerjisini güneş sağlar, ancak hayatın devamı için gerekli olan su ve diğer kimyasal maddeler dünyamızda yer alır.

         Ekosistemlerde madde varlığı sınırlıdır, alınan maddeler yerine konmadığı takdirde tükenmeye mahkûmdur.Ekosistemlerin dengesini koruyabilmesi ve varlığını sürdürebilmesi (dünyada hayatın devamı için) madde ve enerji döngüleri sırasında alınan maddelerin yani inorganik maddelerin kullanıldıktan sonra cansız ortama geri verilmesi sayesinde olabilir.    

        Doğada yaşamın sürekliliği için karbon, su, oksijen, azot, oksijen ve fosfor gibi maddeler ekosistem içinde devirli olarak kullanılırlar. Yani canlılar ihtiyaç duydukları bu maddeleri yaşadıkları ortamdan alır, kullanır ve bir şekilde ortama geri verirler ve sürekli olarak devirler yapıp yenilenerek canlılar tarafından tekrar kullanılır. Birinci Termodinamik Kanunugereğince hiçbir madde ortamdan kaybolmaz, ancak çeşitli kimyasal değişimler geçirebilir.

        Hayatın devamı için gerekli olan maddelerin ekosistem içinde canlılar ve cansız çevreleri arasındaki dolaşımına Ekolojik Madde Döngüleri ya da Madde Çevrimleri denir. Bu döngülerin biyolojik, kimyasal ve jeolojik etmenleri olduğundan Biyojeokimyasal Döngüler de denir. Madde döngüsünün enerji akışından farkı ekosistem içinde sürekli devir yapmasıdır. Madde döngüleri güneş enerjisi sayesinde gerçekleşir.

         Madde Döngülerinin Önemi: Madde döngüleri yoluyla yeryüzünün doğal zenginlikleri ve kaynakları yenilenerek tekrar kullanılır hale gelmesini ve canlı yaşamın devamını sağlar.

         1-  SU DÖNGÜSÜ:

         Su moleküllerinin güneş enerjisi, yer çekimi etkisiyle litosfer, hidrosfer ve atmosfer arasındaki hareketi ile oluşan dolaşıma su döngüsü denir. (Suyun atmosfer, karalar ile deniz ve okyanuslar arasındaki dolaşımıdır.) Su döngüsü suyun ilk buharlaştığı deniz ve okyanuslara dönmesiyle tamamlanır. Doğadaki su dolaşımını normal hâlde sıvı, buhar olarak gaz hâlinde, buz olarak da katı hâlde sürdürür.

        Yeryüzünün ¾ ü sularla kaplıdır ve bu suların çoğu denizlerde ve okyanuslarda bulunmaktadır. Yeryüzündeki sular, sıcaklık etkisi ile buharlaşır. Buharlaşan su meteorolojik oluşumlarla değişik bölgelere taşınarak soğuk hava tabakalarında yoğunlaşır. Yağmur, kar, dolu gibi yağış çeşitleriyle yeryüzüne döner. Bu sular kaynak sularını, yeraltı sularını, nehirleri ve gölleri oluştururlar.

    Canlıların kullanarak kirlettiği sular yeraltında ve ekosistem içinde temizlenerek yeniden kullanılır.

         Su döngüsü 3 evre halinde gerçekleşir.

          1.Buharlaşma: Suyun ısınarak buharlaşması, bitkilerinde terleme yoluyla atmosfere verilmesidir. Yeryüzündeki buharlaşma güneşin sıcaklık etkisi ile gerçekleşir. Suyun buharlaşma alanları denizler, okyanuslar, akarsular, yağış alanları ve toprak yüzeyidir. Ayrıca bitki ve diğer canlıların terlemesi de buharlaşma alanları arasında yer alır. Buharlaşma yoluyla su atmosfere verilir.  

          2.Yoğunlaşma: Su buharının soğuyarak doygun hale gelince su zerreciklerine ve buz kristallerine dönerek bulutları oluşturmasıdır.

          3.Yağışlar: Yoğunlaşan su zerreciklerinin daha soğuyup su damlaları halinde yer çekimi etkisiyle yere düşmesidir. Yeryüzüne düşen suların bir kısmı toprak derinliklerindeki bitki köklerine alınır, bir kısmı da diğer canlılar tarafından kullanılır.  Yağışlarla yeryüzüne düşen suyun büyük bir kısmı yüzey akıntıları şeklinde deniz, okyanus, akarsu ve göllere karışarak akarsular, göller ve yeraltı suları yoluyla denizlere ulaşarak döngüyü tamamlar.

         Yağışlar su döngüsünün önemli bir parçası olup suyun tekrar tekrar kullanılmasını sağlar. Bir yağmur damlası bir yıl içinde tekrar tekrar buharlaşıp yeniden yağarak yeryüzüne döner. Böylece 4 milyon km³ su karalar atmosfer arasında hareket eder.

         Toprak tabakasının çeşidi, arazinin eğimi, bitki örtüsü, yeraltı ve yer üstü sularının şekil ve durumları su döngüsünü etkiler. Doğal bitki örtüsü sel tahribatını önler, yağışların dengeli dağılımını sağlar. Doğal bitki örtüsünün azalması ile birlikte yağış miktarı azalır, yağış miktarı azalınca canlıların yaşam kaynağı olan mineral döngüleri de bozulur.
         Ancak insanlar tarafından kullanılan sular kimyasal maddeler, fabrika atıkları, nükleer atıklar, tarım ilaçları, yapay gübreler vb. kirletilen bu sular yağışlarla yeraltı suyu ve içme sularına karışır. Doğal döngü içinde de yeterince temizlenemez ve canlılar için büyük bir tehlike oluşturmaktadır.     

         2-KARBON DÖNGÜSÜ:

         Karbon atomlarının fiziksel, jeolojik, kimyasal ve diğer süreçler sonucunda atmosfer, okyanuslar, yeryüzü vb. arasındaki dolaşımı. Karbon atomları canlı dokularını meydana getirdikleri için tüm yaşamın temel taşıdır. Karbonun çoğu karbondioksit şeklinde bulunur.

YERYÜZÜNDE KARBONUN DÖRT ANA KAYNAĞI

1.Atmosfer (havaküre):Karbondioksit

2.Hidrosfer (Suküre):Karbondioksit ve bikarbonat

3.Litosfer (Taşküre):Petrol,kömür,doğal gaz,karbon

4.Biyosfer (Canlılar Küresi):Canlı bünyesindeki organik moleküller

         Doğadaki karbonun çoğu karbondioksit şeklindedir. Karbondioksitten çıkan karbon fotosentez için çok önemlidir. Havadaki karbon dioksit, su ve besleyici tuzlarla birlikte fotosentez işleminde kullanılır.

         Bu işlem sonucu oksijen ve organik maddeler üretilir. Yeşil bitkiler, havadan karbondioksiti alarak fotosentez sonucunda organik bileşiklere dönüştürürler. Bitkilerin yapısındaki bu karbon bitkilerle beslenen hayvanlara ve besin zinciri yoluyla diğer canlılara geçer. Bu canlıların atıklarıyla ve fosilleriyle toprağa karışır ve bakteriler tarafından parçalanarak toprağın yapısına katılır.

         Solunumda ise bunun tersi olur. Yani organik maddeler oksijen eşliğinde parçalanır. Bu işlemde karbon dioksit ve su üretilir. Oksijensiz ortamda yaşayan bazı mikroorganizmalar mayalanma (fermantasyon) yoluyla glikozu alkol ve karbondioksite dönüştürürler. Bu yolla elde ettikleri enerjiyi metabolik işlemlerde kullanırlar. Organik maddelerin parçalanması sonucu serbest kalan karbon dioksit çevirime yeniden girer. Böylece karbon döngüsü tamamlanmış olur.
        Karbondioksit sıcaklığı tutucu etkisi olan bir gazdır. ( sera gazı) Günlük ve mevsimlik sıcaklıkların aşırı artmasını ve azalmasını engeller. Aşırı artması yere gelen sıcaklığı tutarak küresel ısınmaya neden olmaktadır.

        Denizlerle atmosfer arasında karbon alışverişi çok yavaştır. Bu da ilk 100 metrede olur. Karalardan erozyon ile taşınan inorganik ve organik maddeler aracılığı ile karbon denize gelir. Karadan gelen, kabuklu hayvanların bünyesindeki organik karbon, karbonat, bikarbonatlar deniz tabanlarında tortullar içinde birikir. Denizler karalara göre 50 kat daha fazla karbon içerdikleri için karbon akışını düzenleyen en önemli kaynaklardır.

        Karbon döngüsü atmosfer, litosfer, hidrosfer ve biyosfer arasında gerçekleşir. Döngü bozulmadığı sürece doğada karbon denge halindedir. Atmosferdeki CO2 miktarı bellidir. Havadan alınan co2 tekrar verilmemiş olsa idi fotosentez giderek azalacak ve 35 yıl gibi bir süre sonra besin zinciri durarak dünyada hayat kalmayacaktı. İnsanın olumsuz etkisi ile atmosferdeki karbon dengesi bozulmaktadır. Çünkü sanayileşme ile birlikte atmosfere eklenen karbondioksit miktarı %25 artmıştır.

       Dengenin bozulmasında;         

       Atmosferdeki karbon dioksit ile sudaki karbon dioksit denge halindedir. Karbondioksitin karadaki doğal kaynağı yanardağlardır. Hızlı sanayileşme, kentleşme ve nüfus arştı ile insan fosil yakıtları gömülü oldukları yerden çıkararak fazla kullanmaktadır. Kömür, doğal gaz ve petrol gibi fosil yakıtların ve kireç taşının yakılması sonucunda atmosfere atılan karbon dioksit miktarı artmaktadır.

      Yeryüzündeki doğal bitki örtüsünün azalması da (orman yangınları gibi sebeplerle) karbon dengesini önemli ölçüde etkiler.

      Bu durum insan eliyle atmosferdeki karbon dengesinin bozulabileceğini göstermektedir. Atmosferde artan karbondioksit miktarı yeryüzü sıcaklığının birkaç derece artmasına neden olacaktır. Yeryüzü giderek ısınacak, kutuplardaki buzulların erimesiyle deniz seviyesi yükselecek ve dünya iklimi değişecektir.               

Karbondioksit Tüketimi;

1-Kara ve deniz bitkilerince fotosentezde kullanılır.

2- Deniz hayvanlarının kabuk oluşumunda kullanılır.

3- Deniz hayvanları ve bitkilerinin ölmesi tabana çökerek karbonatlı kayaların oluşumunda tüketilir.

4- Ölen canlıların bünyelerindeki karbon zamanla basıncın etkisiyle petrol, kömür gibi fosil yakıtlara dönüşür.

Karbondioksit açığa çıkması;

1- Canlıların solunumları sonucu doğaya döner.

2-Ölen canlıların çürümesi,

3- Orman yangınları,

4-Karbonatlı kayaların fiziksel ve kimyasal olarak ayrışması,

5- Suyun hava ile teması ile karbon havadan suya, sudan havaya geçer.

6-Volkanizma olayları sonucunda,

7- Fosil yakıtların yakılması,

           3-OKSIJEN DÖNGÜSÜ:

    

Canlıların aldıkları besinleri enerjiye dönüştürebilmeleri için oksijen gereklidir. Atmosferde % 21 civarında oksijen bulunur. Oksijen doğada üç şekilde O, O2, O3 olarak bulunur. Atmosferde serbest halde moleküler oksijen (O2) Şeklinde bulunur. Çok reaktif bir gaz olduğu için çeşitli elementlerle birleşir.

Ozon her zaman atmosferde bulunmaz güneşten gelen ultraviyole ışınları ve yıldırım etkisiyle O2 nin O3 e dönüşmesi ile oluşur. Atmosferin Zaralı ışınları süzen filtresi durumundadır.

Oksijenin kaynakları:

—Atmosfere en önemli oksijen sağlayan kaynak yeşil bitki ve alglerin fotosentez sonucunda kullandığı CO2 yerine oksijen vererek oksijen döngüsü gerçekleştirmelerdir. Canlılar tarafından solunumunda kullanılır ve karbondioksite dönüştürülür. Bu olayı denizlerde algler gerçekleştirir. Dünyamızdaki oksijenin % 90’lık kısmını algler sağlar. Ayrıca oksijen, ultraviyole ışınları etkiyle ozona dönüşür.

—Atmosfere oksijen sağlayan bir başka kaynakta atmosferdeki suyun ışık yardımıyla oksijen ve hidrojene ayrışması sonucu açığa çıkan oksijendir.(Fotoliz)

Atmosferdeki oksijen tüketimi: Solunum, Yakıt madenlerin yanmasında, organik maddelerin oksidasyonunda (besinlerin yakılmasında) kullanılır. Dünyada oksijen miktarında henüz önemli bir değişiklik olmamıştır. Oksijen döngüsü denk kapanmıştır.

               4.AZOT DÖNGÜSÜ:

       

Azotun doğada en bol olarak bulunduğu yerler;

1.Atmosfer,

2.Canlıların yapısı (Canlı vücudunda Proteinlerin, Nükleik asitlerin, çeşitli hormonların ve vitaminlerin yapısında bulunur.)

Azotun asıl kaynağı atmosferdir. Atmosfer %78 oranında azot (N2) içerir. Bazı mikroorganizmalar hariç canlılar azot gazını doğrudan doğruya kullanamazlar.

        Azotun bitkiler tarafından kullanabilmesi için bazı süreçlerden geçerek nitrit ve nitratlara dönüştürülmesi veya bağlanması gerekir. Azot bitkiler tarafından inorganik nitrat(NO3)- , bazı bitkiler tarafından da amonyum tuzları(NH4)+ hâlinde kullanılır. Hayvanlar azot ihtiyaçlarını beslenme yoluyla diğer bitki ve hayvanlardan karşılarlar. Ayrıca azot topraktaki verimi oldukça etkiler.

                           

        Azotun doğadaki dolaşımı:

     

1-Atmosferde yıldırım ve volkanik faaliyetler sırasında ortaya çıkan elektrik deşarjları gibi atmosferik olaylar sonucunda azot oksijen ile birleşerek nitratlara dönüşür. Bu nitratlar yağışlarla yere inerek toprağa karışır. Bitkiler tarafından alınır duruma getirilir

2- Azotun toprağa bağlanması topraktaki bazı bakteriler tarafından gerçekleştirilir.( örneğin fasulye ve bezelye gibi bitkilerin köklerinde yaşayan bakteriler) Tüm canlıların ölüleri ve atıklarındaki proteinler parçalanarak önce amino grup asitlere, sonra amonyağa dönüştürülür. Amonyak, nitrit bakterileri ile nitrit tuzlarına, nitrit tuzları nitrat bakterileri ile nitrat tuzlarına dönüştürülür.

3-Atmosferdeki azot ise baklagillerin köklerindeki azot bağlayıcı bakteriler tarafından nitrat tuzlarına dönüştürülür. Nitrat tuzları bitkilerin kökleriyle alınır, fotosentez sonucunda bitkisinin yapısına katılır.

4-Azot besin zinciri yoluyla bitkilerden otçullara, onlardan etçillere geçer.

5- Tüm canlıların ölüleri ve atıklarındaki proteinler ayrıştırıcılar tarafından parçalanır. Çeşitli mikroorganizmaların ve bakterilerin de etkisiyle azotun bir kısmı suda çözünmüş nitrat tuzları şeklinde toprakta kalır. Bir kısmı da azot gazına indirgenmiş olarak yeniden atmosfere döner. Bu şekilde azot döngüye katılmış olur.

Not: İnsanlarda azot döngüsünü de olumsuz etkilemektedir. Havadaki azot geliştirilen teknoloji sayesinde yapay gübre yapımında kullanılır. Yapay gübrenin tarımda verimi arttırmak için fazla kullanılması toprağın doğal özelliklerinin kaybolmasına neden olur. Dolayısıyla çevrede bitkilerce kullanılabilir azot eksikliği, insanlar açısından da beslenme yetersizliği ve açlık sorununu gündeme getirmektedir.

         5.FOSFOR DÖNGÜSÜ:

       

Fosfor;

1.Canlılarda, dişlerin, kemiklerin ve nükleik asitlerin (DNA-RNA) yapısında bulunur.

2.Doğadaki fosfat kaynakları ise yer kabuğundaki fosfatlı kayalar vedenizler fosfor kaynağıdır.

Bu döngünün temeli fosforun karalarda denizlere denizlerden de karalara taşınmasıdır. Kayalardaki fosforun bir kısmı yağmur ve erozyon etkisiyle çözünerek suya karışır. Sudaki fosfor bitkiler tarafından alınır ve fosforlu bileşikler dönüştürülür. Besin zinciri yoluyla hayvanlara geçer. Bitki ve hayvan atıklarından ayrıştırıcılar tarafından tekrar inorganik fosfata dönüştürülerek bitkiler tarafından kullanılır. Denizlerdeki fosfor denizlerdeki bitki ve hayvanların ihtiyacını karşılar. Balıklarla ya da suda avlanan kuşların dışkıları ile tekrar karaya taşınır.

         

Fosfatlı kayalar işlenerek yapay gübre elde edilir. Yapay gübre olarak toprağa atılan fosfor, toprak erozyonu ile akarsulara, oradan da tekrar denizlere sürüklenir. Böylece fosforun karalardan denizlere dönüşü hızlandırılmış olur. İnsanların bu ve benzeri faaliyetleri ise fosfor kaynaklarının tükenmesine yol açabilir.