DOĞADA MADDE DÖNGÜLERİ

Günümüzde çeşitli doğal kaynaklar, sürekli kullanılan hammaddeler hızlı bir şekilde tüketilirken atıklardan yeniden yararlanma ya da yeniden kullanım yaklaşımı giderek daha büyük önem kazanmaktadır. Ülkemizde bir kez kulllanılmış kaynaklardan yeniden faydalanma olanakları da şimdilik sınırlıdır.

Bazı şehirlerimizde katı atıkların (çöplerin) değerlendirilmesi elle ayıklama yöntemiyle yapılmaktadır. Ülkemizde şehir çöpünün büyük bir kısmı düzensiz depolanmakta, dolgu maddeleri olarak kullanılmakta ya da denetimsiz olarak yakılmaktadır

Ekolojik ilkelere uygun olan çözüm; maden, cam ve kâğıt atıklar ayrıldıktan sonra geri kalan organik madde oranı yüksek katı atıkların mikroorganizma kullanılarak ayrıştırılmasıdır. Bu yöntemde, gübre değeri oldukça yüksek koyu renkli kokusuz, toprağa benzer bir madde ortaya çıkar.

Ekosistemde maddeler geri dönüştürülerek defalarca kullanılır Ekosistemde maddeler geri dönüştürülerek defalarca kullanılır. Ekosistemlerin dengesi madde döngülerinin düzenli şekilde gerçekleşmesine bağlıdır. Doğada yaşamın sürekliliği için karbon, su, oksijen, azot, kükürt ve fosfor gibi maddeler devirli olarak kullanılır yani canlılar ihtiyaç duydukları bu maddeleri yaşadıkları ortamdan alır, kullanır ve sonra bir şekilde ortama geri verir. Maddelerin ekosistem içindeki bu dolaşımına madde döngüleri denir.

Şekil:1- Ekolojik Döngü

Ekosistemde Su Döngüsü

Bing Bang kuramına göre evren yaklaşık 14 milyar yıl önce büyük bir patlama sonucu oluşmuştur. Güneş sistemi ve Dünya ise günümüzden yaklaşık 5-6 milyar yıl önce gaz ve toz bulutlarının sıkışmasından meydana gelmiştir. Zamanla sıkışan bu yapıda içte ağır metaller, üstte ise hafif elementler ve gazlar yer almıştır. Bu yapı soğudukça yerküre üzerinde bir kabuk tabakası oluşturmuştur.

Kabuk oluşumundan sonra içte kalan enerjiden ve bazı elementlerden kaynaklanan yüksek basınç, yanardağ patlamalarını meydana getirmiştir. Yanardağlar sadece kızgın lavlar değil aynı zamanda çok miktarda su buharı yükseltmekteydi. Çıkan su buharı yeryüzüne yağmur şeklinde düşerken yerkürenin sıcaklığı 100ºC’ın üzerinde olduğundan sular yeniden buhar haline gelmekteydi. Böylece yeryüzü sıcaklığı bir çeşit döngü ile daha üst tabakalara iletilmekte, bunun da soğumaya büyük katkısı olmaktaydı.

Bugün yeryüzünü kaplayan ve yaşamın temeli olan su, yaklaşık 3 milyar yıl önce bu şekilde oluşmuştur.

Yeryüzünün yaklaşık 2/3’ünü kaplayan su, canlıların yapısında da önemli bir yere sahiptir. Hücrelerimizin yaklaşık %70-90’ı kadarını su oluşturur. Buna rağmen yeryüzünde yaşayan canlıların taşıdığı su miktarı gezegenimizin sahip olduğu toplam su miktarının çok altındadır. Canıların yaşamsal faaliyetlerinin sürmesi için ortamda en az %15 oranında su olması gerekir. Su, enzimlerin çalışması için ortam oluşturur ve kimyasal tepkimelerin oluşumunu kolaylaştırır. Göller, akarsular, denizler ve okyanuslarda bulunan su, yeryüzü suyunun büyük bir kısmını oluşturur.

Suyun bir kısmı da atmosferde buhar halinde bulunur Suyun bir kısmı da atmosferde buhar halinde bulunur. Bunun yanında yeraltı kaynaklarında, topraktaki partiküllere bağlı olarak ve kayalıklardaki çatlakların arasında da su vardır. Suyun farklı kaynaklar arasındaki bu dolaşımı su döngüsü olarak bilinir. Dengedeki bir ekosistemde madde ve enerji akışı düzenli ve süreklidir. Su atmosfere okyanuslar, göller, akarsular ve karalardan, buharlaşmayla; canlılarda solunum ve terlemeyle karışır. Bitkiler topraktan aldığı suyun fazlasını yine terleme ile vücutlarından uzaklaştırır. Karasal ekosistemlerden döngüye katılan suyun %90’ının kaynağı, bitkilerin terleme yolu ile atmosfere verdiği sudur. Su buharı atmosferin soğuk bölgelerinde yoğuşarak kar, yağmur ve bunlar gibi yağışlar şeklinde yeryüzüne ulaşır. Suyun bir kısmı göl, gölet gibi su birikintilerinde toplanır. Bir kısmı da toprağa ve yeraltı sularına katılır. Yeraltı suları da çeşitli yollarla tekrar yerüstü sularına dâhil olur.

Şekil:2- Su Döngüsü

Ekosistemde Karbon Döngüsü

Karbon (C) canlıların yapısını oluşturan organik moleküllerin temel elementlerinden biridir. Organik moleküllerin yapısında mutlaka karbon bulunur. Yeryüzünde dolaşıma katılan en önemli karbon bileşiği CO2’dir. Karbon atmosfere, hidrosfer (deniz ve tatlı sular), litosfer (taşküre) ve canlıların yapısında depolanır.

Suda yaşayan fitoplankton adı verilen mikroskobik canlılar suda çözülmüş olan CO2’yi fotosentezde kullanır. Karalarda ise bitkiler atmosferdeki CO2’yi kullanır. Üreticilerin sentezlediği besinler, hayvanlar ve diğer tüketiciler tarafından oksijenli solunumda yıkılarak CO2 ve suya dönüştürülür.

Canlılığını yitirmiş bitki ve hayvan kalıntıları ayrıştırıcılar tarafından parçalandığında CO2 açığa çıkar. Günümüzde kömür, doğalgaz, petrol gibi fosil yakıtların enerji üretmek için kullanılması da atmosfere CO2 verilmesine neden olur. Yanardağlar ve orman yangınları nedeniyle de havaya bol miktarda CO2 verilir. CO2 karalar, denizler, atmosfer ile canlılar arasında solunum, fotosentez ve yanma olayları sayesinde sürekli döngü halindedir.

Yerkürenin karbon kaynaklarından biri de kireç taşı kayalarıdır Yerkürenin karbon kaynaklarından biri de kireç taşı kayalarıdır. Kireç taşları havayla temas ettikleri zaman aşınmaya ve erozyona uğrar. Kireç taşının içinde bulunan mineral karbon yavaş yavaş ayrışıp CO2 halinde denizlere ve atmosfere karışarak, karbon döngüsüne katılır. Denizde yaşayan bazı canlı türlerinin kabuk ve kemiklerinde karbon depolanır. Bu canlılar öldüğünde kalıntıları uzun yıllar boyunca birikip, jeolojik zaman içinde kireç taşı kayalarına dönüşür.

Kireç taşı kayaları da deprem, volkan püskürmesi ve bunlar gibi jeolojik olaylar tarafından tekrar yeryüzüne çıkarılır. Kireç taşının yeryüzüne çıkıp döngüye katılması çok uzun zamanda gerçekleşir. İnsanların son 200 yıl boyunca fosil yakıtları giderek artan oranlarda kullanması atmosferdeki CO2 miktarını yükseltmiştir. Bu durum doğal sera etkisini arttırdığından dünyanın sıcaklığının da artması beklenmektedir.

Şekil:3- Karbon Döngüsü

Ekosistemde Azot Döngüsü

Canlılarda amino asit, protein ve nükleik asit gibi karmaşık organik moleküllerin sentezinde azot kullanılır. Atmosferdeki azotun canlılar tarafından kullanımı ve tekrar atmosfere dönmesi olayına azot döngüsü denir. Bakteriler dışında hiçbir canlı, havanın %78’ini meydana getiren serbest azottan doğrudan yararlanamaz. Havadaki azotun bitkiler tarafından kullanılmasında, baklagil köklerinde yaşayan azot bağlayıcı bakteriler (Rhizobium) ve siyanobakteriler önemli rol oynar. Bazı azot bağlayan bakteri türleri ise doğada serbest olarak bulunur. Baklagiller, azot bağlayan bakterilerle karşılıklı yarar sağlama prensibine dayalı ortak bir yaşam geliştirmiştir.

Bitkiler azot bağlayıcı bakterilerin toprağa kazandırdıkları azot tuzlarını fotosentez tepkimelerinde kullanır ve organik besin üretir. Hayvanlar azot ihtiyaçlarını beslenme yoluyla bitki ve diğer hayvanlardan karşılar. Bitki, hayvan ölü dokuları veya onların boşaltım atıkları ayrıştırıcı organizmalar tarafından parçalanır. Böylece azotlu organik maddeler amonyağa dönüşür. Oluşan amonyağı kemosentetik bakterilerden olan nitrit bakterileri nitrite, nitrat bakterileri de nitrata dönüştürür. Bu olaya nitrifikasyon denir.

Havanın azotu, yıldırım ve şimşeklerin sağladığı enerji sayesinde suyun hidrojeni ve oksijeni ile birleşip NH3 ve NO3’a dönüşür. Daha sonra bu maddeler yağışla yeryüzüne iner. Suda çözünen nitratlar tekrar bitki kökleriyle topraktan alınır.

Şekil:4- Azot Döngüsü

Toprakta bulunan denitrifikasyon baktereri de nitrit ya da nitratı tekrar atmosferin serbest azotuna dönüştürür. Bu olay denitrifikasyon olarak adlandırılır.

Denitrifikasyonla oluşan moleküller azot atmosfere verilir ya da bakteriler tarafından yeniden bitkilerin kullanabileceği azot bileşikleri halinde toprağa bağlanır. Su ekosistemlerinde açığa çıkan azot ise dipteki tortular içinde birikir.

Ekosistemdeki azot kazanımının en önemli miktarı biyolojik yolla elde edilir. Bunun yanında insanlar tarafından endüstriyel yolla sunî nitratlı gübre üretimi de gerçekleştirilmektedir. Ancak sunî gübre üretimi ile yapılan azot kazanımı biyolojik kazanımın yaklaşık yarısı kadardır. İnsanların azot döngüsündeki diğer bir etkisi de sanayide ve araçlarda kullandıkları akaryakıttan çıkan nitrit oksitlerin oluşumudur.

Nitrit oksitler özellikle büyük kentlerin atmosfer kirliliğinde önemli etkiye sahip gazlardan biridir. Ekosistemlerde, endüstriyel ve evsel atıkların doğaya bırakılması ve bu atıklarda da yüksek miktarda azot bileşikleri bulunması her geçen gün kirliliği arttırmaktadır. Bu kirlilik de döngüde çok önemli role sahip mikroorganizmaların habitatlarını etkileyerek azot çevrimindeki dengeyi bozar.

Fosfor Döngüsü

Fosfor da canlılara gerekli temel maddelerdendir Fosfor da canlılara gerekli temel maddelerdendir. Hücrelerde nükleik asitlerin enerji aktarımlarını sağlatan adenozin trifosfat ( ATP ) maddesinde, hücre zarının yapısında ayrıca kemik ve dişlerde bulunur.

Fosforun doğadaki deposu, fosfatlı kayalar ve sudur Fosforun doğadaki deposu, fosfatlı kayalar ve sudur. Fosfor döngüsünün temelini, fosforun karalardan denizlere, denizlerden karalara taşınması oluşturulur. Fosfatlı kayalardaki fosforun bir kısmı, erozyon yoluyla suda çözünmüş hale gelir. Bu inorganik fosfat, bitkilerce, suda çözünmüş ortofosfat biçiminde alınır, organik fosfatlara çevrilir. Beslenme zinciriyle ot obur ve et obur hayvanlara aktarılır. Bitki artıkları, hayvan ölüleri ve salgılarındaki organik fosfatlar, ayrıştırıcı mikroorganizmalar yardımıyla inorganik duruma çevrilir. Böylece, yeniden bitkilerce alınmaya hazırdır.