Madde döngüsü

Canlıların hayatlarını sürdürebilmeleri için yaşadıkları ortamdan madde alıp vermek zorundadırlar.
Sınırları belli bir alanda yaşayan Üreticiler,Tüketiciler,ayrıştırıcılar cansız çevreden oluşan enerji akımı, Mineral döngüleri, populasyon denetim işlevini kapsayan birime ekosistem denir.

Ekosistemin devam edebilmesi için madde döngülerinin de sağlıklı bir şekilde devam etmesi gerekir.

Madde döngüsü temel olarak 5 anamaddeye ayrıbiliriz.Bunlar:

1. Su döngüsü

2. Karbon döngüsü

3. Azot döngüsü

4. Fosfat döngüsü

5. Oksijen döngüsüdür.

1.Su döngüsü

Yeryüzünde 1.4milyarkilometreküp suyun bulunduğu varsayılmaktadır.

Tabiatın çeşitli bölgelerine değişik şekilde dağılmış olan bu su kütlesinin büyük bölümü okyanus ve denizlerde bulunur.Atmosfer hareketleri ve denizlerdeki akıntılar su döngüsünün itici gücünü oluşturur.

Yağışlarlarla yeryüzüne gelen suların tabiattaki birikim yeri,kaldığı süre ve miktarı ile canlı hayatı arsında sıkı bir ilişki bulunur.

Bugün kullandığımız suyun milyonlarca yıldır dünyada bulunduğu ve miktarının çok fazla değişmediği doğrudur. Dünyada su hareket eder, formu değişir, bitkiler ve hayvanlar tarafından kullanılır, fakat gerçekte asla yok olmaz. Buna Hidrolojik Döngü (Su Döngüsü) denir.

Su döngüsünü oluşturan basamaklar



Bu döngüde suyun hareket etmesini sağlayan beş değişik olay vardır:
1- Yoğunlaşma (kondansasyon),
2- Yağış (precipitation),
3- Toprağa geçiş (Infiltration) ve yeraltı sularının oluşumu,
4- Yüzeyel akıntı (Runoff) ve yüzey suları ile yeraltı sularının oluşumu,
5- Buharlaşma (Evapotranspiration)

Su buharı yoğunlaşarak bulutları oluşturur, koşullar uygun olduğunda yağış meydana gelir. Yağış şeklinde yeryüzüne düşen su, toprağa sızarak yeraltı sularına veya yüzeyel akıntı olarak okyanuslara, denizlere karışır. Yüzey sularının buharlaşmasıyla su atmosfere geri döner.
Yoğunlaşma: Suyun buhar formundan sıvı formuna değişim sürecidir. Havadaki su buharı konveksiyon yardımıyla artar. Ilık-nemli hava yükselirken soğuk hava aşağı doğru hareket eder. Ilık hava yükseldikçe sıcaklığı azalıp enerjisini kaybettiğinden gaz halden sıvı veya katı (kar veya dolu) haline döner.
Yoğunlaşmayı buzdolabından soğuk bir su şişesi aldığınızda ve oda ısısında bıraktığınızda şişe yüzeyinde açıkça görebilir, su şişesinin oda ısısında nasıl “terlediğini” rahatlıkla izleyebilirsiniz.
Yağış: Yağmur, sulusepken kar, kar veya dolu olarak bulutlardan salınan sudur. Atmosferde yoğunlaştığı, atmosferik hava akımında kalmasının zorlaştığı durumda su buharından sonra yağış meydana gelir.
Toprağa geçiş: Dünya yüzeyine erişen yağışların bir kısmı toprağa sızar (infiltrasyon) ve yeraltı sularını meydana getirirler.
Toprağa sızan su miktarı, toprağın eğimi, bitkilerin tipi ve miktarı, toprağın su ile doygun olup olmamasına bağlı olarak değişir. Yüzeyde büyük yarıklar, delikler bulunması, toprağa su geçişini kolaylaştırır.
Yüzeyel akıntı: Çok fazla yağış olduğunda, toprak suya doyar ve suyun fazlasını alamaz. Kalan su toprağın yüzeyinden akar (Runoff). Suyun toprağa emilemeyen kısmı yüzey suları olarak isimlendirilir. Yüzeyel sular kar ve buzların erimesiyle de oluşabilir.
Yüzey suları çaylara, derelere ve nehirlere akar. Yüzey suları daima daha alçak noktalara doğru taşınır, dolayısıyla okyanuslara karışır.
Yeraltı suları: Dünya yüzeyine erişen yağışların bir kısmı toprağa sızar (infiltrasyon) ve yeraltı sularını meydana getirir.Yeraltı sularının bir bölümü derinde kapalı bir su katmanına ulaşır ve kullanılabilmeleri için yeryüzüne özel bir yöntemle çıkarılmaları gerekir.Yeraltı sularının diğer bir bölümü ise basınç etkisiyle üst toprak katmanlarına doğru hareket eder ve yeryüzüne ulaşır. Bu sulara kaynak suyu denir. Yeraltı suyu toprak katmanlarından geçerken temas ettiği yüzeydeki mineral vb maddeleri de yapısına alır. Bu maddeler suyun yararlı bileşenlerini (demir, magnezyum vb) oluşturabileceği gibi arsenik, nitrat, tarım ilacı kalıntıları gibi zehirli maddeler de olabilir. Toprak sarsıntıları, yağmur ve eriyen kar suları, bu zehirli maddelerin suya karışma riskini artırır. Bu nedenle suyun bileşimindeki değişikliklerin sürekli izlenmesi ve güvenli hale getirilmesi için etkin filtrasyon yöntemleriyle arındırılması gereklidir.
Buharlaşma: Bitkilerin nemlenmesiyle ve toprağın buharlaşmasıyla oluşan sudur. Evapotranspiration, atmosfere yeniden giren su buharıdır.
Evapotranspiration, buhar olarak atmosfer içinde artmaya başlayan su moleküllerinin neden olduğu güneş enerjisinin suyu ısıttığı durumda oluşur.
Görüldüğü gibi, gereksinmemiz olan suyun bize ulaşması için birçok oluşum gerçekleşmektedir. Ve bu oluşumlar daima iş başındadır. Uç örneklerde ise döngü farklı şekillerde gerçekleşir. Örneğin, Antartika donmuş olduğundan buharlaşma oluşmaz (buzlar sublimation adı verilen bir oluşumla doğrudan su buharına dönüşür). Yine örneğin, Sahra Çölü çok kurak olduğundan yağış olmaz (su, yere düşmeden buharlaşma oluşur). Ancak döngü hep sürer.
İşte bu nedenle her gün içtiğimiz su, dinozorlar dünyayı dolaştığında da aynı döngü içerisinde dünyamızda dolaşmaktaydı. [an error occurred while processing this directive]

2.Karbon döngüsü

Karbon© atomu olmadan yaşam düşünülemez. Canlıların başlıca karbon kaynağı karbondioksit (CO2) oluşturur. Doğadaki karbondioksit, kara ve deniz bitkilerinin fotosentezi sayesinde, denizel hayvanların kabuk oluşumu için, denizel hayvanların ölümü ve dibe çökmesiyle, deniz ve göllerde karbonatlı kayalar halinde depo edilmesiyele tüketilirler.Tüketilen karbondioksitin tekrar doğaya dönmesi, canlıların solunumları, organik maddelerin yanması, çürümesi, kömür, odun gibi hidrokarbonlu yakıt kullanılması, karbonlu formas-yonlardan üretilen yapay gübrelerin kullanımı, beşeri faaliyetler sonucu atmosfere ve yere verilen karbondioksit sayesinde olmaktadır. Doğal mekanizmalarla tüketilen karbondioksit-in, çeşitli mekanizmalarla yeniden doğaya dönmesine “”KARBON DÖNGÜSÜ”” denir.

Bitkilerin fotosentez yoluyla bileşik sentez etmekte kullandıkları karbonun tek kaynağı (CO2) tir.Fotosentez olayı çok karmaşıktır ve ancak 30-40 yıldır bilinmektedir.(Melvin Calvin,Nobel ödülü 1961) 6Mol CO2 in 1 mol glukoza dönüşmesi 100 basamak kadar tepkime üzerinden gerçekleşirse de net dönüşüm şöyledir:6 CO2+6 H2O-------C6H12O6+6O2

Net tepkime oldukça endotermiktir.Gerekli enerji güneş ışığından sağlanır.Hayvanlar bitkiyi tükettiklerinde, karbon atomları hayvanlara geçer.Bir kısım karbon, hayvan solunumu yoluyla, CO2 şeklinde havaya geçer.Hayvanlar ve bitkiler öldüğü zamanda yine bir kısımCO2 atmosfere geçer.Karbonun bir kısmı ise bozunan organik maddeler içinde tutularak, kömür, petrol,doğal gaz biçiminde fosil yakıtlara dönüşür.CO2 okyanuslar üzerinden de çevrime girerlerse de bitkisel planktonlar CO2 fotosentez yoluyla organik bileşiklere çevirirler ve diğer organizmalar bu planktonları yerler.Karbonun büyük bir kısmı, karbonat kayaçları (genellikle CaCO3)biçiminde depo edilmiştir.Bu kayaçlar eskidenizlerdeki yumuşalçaların kabuklarından oluşmuştur.

Yeni araştırmaların gösterdiğine göre, Güney Amerika Yağmur Ormanları'nın nemli yerleri ve nehirleri, her yıl kuru bölgelerin soğurduğu kadar karbondioksidi atmosfere geri veriyor. Bulgular bütün Amazonlar'ın ve diğer tropikal ormanların bir karbondioksit dengesi içinde olduğunu gösteriyor. Karbondioksit önemli bir sera gazı. Bu da araştırmacıların, endüstriyel aktivitenin ve ormanların yok edilmesinin küresel ısınmaya etkisini bulmalarına yardımcı olacaktır.
Seattle'da Washington Üniversitesi'nden Jeffrey Richey, "Biz başka bir karbondioksit kaynağı belirledik, bu sistemde biraz daha fazla dengesizlik yaratacaktır" diyor. Richey ve çalışma arkadaşları, büyüklüğü Avrupa'nın yarısı kadar olan (1,8 milyon kilometrekare) Amazon'un nemli alanlarının üzerindeki karbondioksidi, suda örneklediler. Bazı bataklık alanlarda, karbondioksidin kabarcıklar halinde dışarı çıktığının görülebileceğini; bataklık ve nehirlerdeki çürüyen odunların ve bozulan alanlardaki bakterilerin gaz ürettiğini de ekliyorlar.
Richey ve arkadaşları, yılın değişik zamanlarında, Amazon Nehri ve bataklarındaki yayılımı, uydu temelli bir teknikle haritalandırdı. Sudaki karbondioksit seviyeleriyle bu ölçümleri birleştirerek, nemli alanlarda ne kadar karbondioksit salındığını hesapladılar.
‹ngiltere Edinburg Üniversitesi'nde karbon döngüsü araştırmacısı Yadvnder Malhi, "Su umduğumuzdan daha büyük bir karbondioksid kaynağı" dedi ve şimdiye kadar suyun rolünün gözden kaçmış olduğunu belirtti.
Woods Hole'de araştırmacı olan jeolog Eric Sundquiste, bu çalışmanın Amazon'un gerçek bir karbon dengesi olduğunu doğrulamadığını, bu kadar geniş bir alanda girdileri-çıktıları hesaplamanın zor olduğunu söylüyor. Ama küresel ölçümler, tropikal ormanlar için karbon kaynakları dengesi olduğunu göstermekte.
Küresel iklim değişimlerini belirlemeye ve bunları önlemeye çalışan bilim insanları, tropikal ormanlarda ne kadar karbondioksit soğrulup salındığını gösteren kesin bulgulara ihtiyaç duyuyor.
Richey ve arkadaşlarının ölçümlerine göre, tropikal bölgelerdeki orman yıkımı, her yıl atmosfere 166 milyar ton karbondioksit formunda karbon ekliyor. Endüstriyel emisyonlar 5 milyar tonu bulmakta. Amazon Nehirleri'nde ve nemli bölgelerinde 500 milyon ton civarında karbon oluşmakta. Yeni karbon kaynaklarının keşfi göstermiştir ki, iklim düzenlemesinde ormanların katkısı sanılandan çok daha yaşamsaldır.
Sundquiste göre, insanların müdahaleleri karbon kaynağı olarak suyun rolünü kolaylıkla değiştirebilir. Bu yöntemler orman yıkımından kolaylıkla etkilenecektir. Orman yıkımı toprak erezyonunu artırır. Erozyonla organik maddeler, nehirlere ve bataklıklara daha fazla akabilir ve buralarda karbon çıkışını artırabilir. Ya da bu çökeltiler organik maddeleri tutabilir ve bundan dolayı çürümeyi engelleyebilir

3.Azot döngüsü

Canlılar yaşamlarını sürdürebilmek için oksijen ve karbondioksite ihtiyaç duydukları gibi, büyüyebilmek için de azota (N2) ihtiyaç duyarlar. Azot, canlı vücudunda özellikle nükleik asitlerin, proteinlerin ve vitaminlerin yapısında %15 oranında bulunmaktadır. Yani hayatın temel maddelerinden birini teşkil eder. Atmosferin de yaklaşık %78’i azot gazından oluşur. Ancak canlılar havadaki bu azotu, ihtiyaçları olmasına rağmen doğada bulunduğu gibi bünyelerine alamazlar. Bu gazın bir şekilde canlıların kullanabileceği hale dönüştürülmesi ve canlılar tarafından tüketilip bitirilmemesi için bir döngü şeklinde atmosfere geri dönmesi gerekmektedir. Bu zorunluluğu ise mikroskobik bakteriler karşılamaktadır.
Atmosferdeki azot, çeşitli şekillerde yeryüzüne iner. Azot, yeryüzüne yağmurlarla nitrik asit şeklinde döner. Nitrik asit toprakta bakteriler tarafından nitratlara dönüştürülür ve bitki ancak bu besini topraktan alabilir.
Bir başka döngü şekli de havadaki azotun doğrudan toprağa alınmasıdır. Toprakta bulunan bazı bakterilerle bezelye ve fasulye gibi baklagillerin köklerinde bulunan bakteriler, havadaki azot gazını toprağın içine alırlar. Bu aşamada, üstün bir tasarımla karşı karşıya kalırız. Bütün organizmaların gelişiminde en önemli mineral azottur (nitrojen). Nükleik asit diğer hücre organellerinin büyük bir kısmı bu maddeye muhtaçtır. Büyümek için azota ihtiyaç duyan bitkiler ve bu ihtiyacı karşılayan bakteriler arasında, dünyanın en faydalı ortaklıklarından biri kurulur. Bitkiler, köklerinden, bakterileri çekmek için özel besinler salgılar ve onları kendilerine yaklaştırırlar. Daha sonra bakteriler köklerde ortaya çıkan özel açıklıklardan içeri girerek, bitki köküne yerleşir ve burada büyük miktarlarda çoğalarak kök düğümlerini oluştururlar. Bugün yediğimiz sebzelerin, bitkilerin, tahılların büyük bir kısmını ve ekolojik dengenin sağlanması için gerekli olan azot döngüsünü, bu ortaklığa borçluyuz.
Evrimcilerin basit olarak nitelendirdiği bakteriler azot döngüsünü gerçekleştirirken, fotosentezde olduğu gibi, bir kimya laboratuvarı olarak çalışırlar ve kimya bilimine aşina olmayanlar için fazla anlam taşımayan karmaşık kimyasal reaksiyonları ilk yaratıldıkları günden itibaren hiç durmadan gerçekleştirirler. Aşağıda kimyasal terimlerle özetlenmiş olan azot sabitleme reaksiyonunu çözebilmek bile bilim adamları için büyük bir başarı olmuştur.
N2 + 8H+ 8e- + 16 ATP = 2NH3 + H2 + 16ADP + 16 Pi
Bu reaksiyonun gerçekleşebilmesi için, fotosentez, solunum veya fermentasyon gibi ikinci bir destek reaksiyonunun varlığı zorunludur. «çoğu insanın kafasını karıştıran bu formüller, bakteriler için sıradan, günlük bir çalışmadır. Dünyaya gelen her yeni bakteri, ancak özel olarak tasarlanmış bir kimya laboratuvarına ve özel olarak eğitilmiş bir kimyacıya ait olabilecek malzeme ve bilgiyle donatılmış olarak görevine başlar. Ayrıca bu işlemler sadece bitki kökleriyle sınırlı değildir. Bu konuda da büyük bir çeşitlilik ve farklı alternatifler mevcuttur.Bakterilerin bu reaksiyon sırasında kullandıkları, nitrojenaz enzim kompleksi, oksijene karşı aşırı duyarlıdır. Oksijene maruz kaldığında aktivitesi durur, bu yüzden proteinlerin demir bileşikleriyle reaksiyona girer. Fotosentez yaparak, oksijen üreten Siyanobakteri gibi bakteriler ve toprakta serbest şekilde yaşayan Azotobakteri gibi bakteriler için bu durum büyük bir sorun içerir. Ancak bakteriler, bu soruna karşı, çeşitli mekanizmalarla donatılmışlardır. Mesela, Azotobakteri türleri, bütün organizmalar içinde bilinen en yüksek solunum oranına sahip metabolizmalarıyla, hücrelerinde çok düşük seviyede oksijen tutarak, enzimi korumaya alırlar. Ayrıca Azotobakteri türleri, çok yüksek miktarda hücre dışı kimyasal bir bileşik üretirler. Bu bileşiklerin oluşturduğu yapışkan sıvının içinde su muhafaza eden bakteriler, hücre içinde oksijen yayılma oranını sınırlandırırlar. Bitki köklerinde azot sabitleyen Rhizobium gibi bakteriler ise, kök düğümlerinde oksijen tüketen moleküllere sahiptirler. Tek başına yaşayan bakteriler veya bakterisiz yaşayan bitkiler bu maddeyi üretemezler.

4.Fosfat döngüsü

Hayvan iskeletlerinin deniz dibinde birikmesiyle oluşan fosfor yatakları oluşmaktadır. Fosfor yataklarının tektonik hareketlerle yükselmesi, bitkilerin bunları gübre olarak veya suyun doğrudan çözmesiyle alması, bitkilerin büyümesi, hayvanların beslenmesi ve tekrar hayvanların ölmesiyle iskeletlerin deniz diplerinde toplanması şeklinde olan dolaşıma “FOSFOR DÖNGÜSÜ” denir.

Fosforun tabiattaki kaynağını, yer kabuğundaki fosfatlı kayaçlar oluşturur.Fosfor döngüsü, fosforun atnosferde gaz halinde bulunmamasından dolayı azot döngüsünden farklıdır.Dolaşımın temelini karadan denizlere ve denizlerden de yeniden karalara taşınması oluşturur.

Kara ortamındaki fosforlu kayaçlardaki fosforun bir bölümü,aşınma yoluyla suda çözünmüş hale gelebilir.Bu inorganik fosfat bitkiler tarafından genelikle suda çözünmüş olarak alınır ve organik fosfatlara çevrilir.Daha sonra beslenme zinciriyle otçul ve etçil hayvanlara taşınır.Bitki ve hayvanların günlük atıkları ve ölüm sonrası artıkları mikroorganizmalar tarafından inorganik maddelere çevrilir.Bu da tekrar bitkiler tarafından kullanılır.

Fosforun kara ve deniz ortamlarının veriminde doğrudan etkisi vardır.Okyanuslardaki balıklar üzerinde yapılan gözlemlerde balık boyu ile plankton ve fosfor miktarı arasında bir ilişki bulunduğu belirlenmiştir.

5.Oksijen döngüsü

Oksijen, canlıların hayatlarını sürdürebilmeleri için mutlaka gerekli olan bir gazdır.Oksijen,solunum için gerekli olup ayrıca organik moleküllerin oksidasyonunda ve bazı maddelerin yanmasında yoğun olarak tüketilir.Tabiattaki oksijenin kaynağı fotosentezle oluşan oksijendir.