Enerji Akışı ve Madde Döngüleri

Enerji Akışı

Canlıların yaşamlarını sürdürebilmesi için belirli bir enerjiye ihtiyaç vardır. Bu enerjinin ana kaynağı Güneş’tir. Yeşil bitkiler, güneş enerjisinden yararlanarak karbondioksit ve suyu kullanıp besin maddesi ve oksijen üretmektedir. Fotosentez adı verilen bu işlem sırasında bitkiler, Güneş’ten aldıkları enerjinin bir kısmını solunum, büyüme ve çoğalma etkinliklerinde kullanır (Şekil 1.2).

Şekil 1.2 Fotosentez

Şekil 1.2 Fotosentez

Kalan enerjinin bir kısmı  da otçullara ve onlardan da etçillere geçer. Böylece enerji akışı, üreticiden tüketicilerin en son halkasına kadar aktarılır. Enerji akışının son halkasında ise ayrıştırıcılar bulunmaktadır. Ayrıştırıcılar canlı kalıntıları ya da ölülerin bünyesinde kalan enerjiyi yaşamsal faaliyetlerinde kullanır ve kalan enerji de çevreye ısı enerjisi olarak dağılır (Şema 1.6).

Şema 1.6 Ekosistemdeki enerji akışı

Şema 1.6 Ekosistemdeki enerji akışı

Madde Döngüleri

Bir ekosistemde canlıların kullanmış olduğu element ve moleküller taş küre, hava küre, su küre ve canlı kürede bulunmaktadır. Bunlar canlılar aracılığıyla sürekli yer değiştirmektedir. Diğer bir deyimle doğadaki bazı element ve moleküller canlılar ile doğa arasında hareket etmektedir.

Bu hareket, inorganik maddelerin yeşil bitkiler tarafından organik maddeye dönüştürülmesiyle başlar, bitkilerden diğer canlılara aktarılır. Canlılık olayı sona erince organik hâldeki maddeler, ayrıştırıcılar tarafından tekrar inorganik maddeye dönüştürülür.

Böylece inorganik maddeler, önce organik sonra tekrar inorganik maddeye dönüşmüş olur. İşte inorganik maddelerin organik maddeye dönüşmesi, canlılar arasında dolaştıktan sonra tekrar inorganik maddeye dönüşmesi olayına madde döngüsü denir.

Doğadaki başlıca madde döngüleri su, azot, karbon ve oksijen döngüsüdür.

1- Su Döngüsü

Yeryüzünün yaklaşık %71’i sulardan oluşmaktadır. Bu sular okyanuslar, denizler, göller, akarsular, yer altı suları, bataklıklar ve buzullardan oluşmaktadır.

Doğadaki sular, güneş enerjisi sayesinde sürekli hareket hâlindedir (Şekil 1.3). Suyun su küre, hava küre, taş küre ve canlı küre arasında yer değiştirmesine su döngüsü denir.

Şekil 1.3 Su döngüsü

Şekil 1.3 Su döngüsü

Su döngüsü sırasında su, sürekli hâl değiştirmektedir. Bu hâl değişikliği gaz, sıvı ve katı şeklinde olmaktadır.

Okyanus ve denizlerden buharlaşan sular gaz hâlinde atmosfere geçer. Atmosferdeki su buharı rüzgârlar tarafından farklı bölgelere taşınır. Elverişli koşullar oluştuğunda su buharı, yoğuşarak sıvı veya katı hâlde yağış olarak yeryüzüne düşer. Yeryüzüne düşen suların bir kısmı, buharlaşarak tekrar atmosfere döner, bir miktarı da yer altına sızarak yer altı sularını besler.

Yüzeye düşen suların bir kısmı bitkiler tarafından kullanılır. Göller ve akarsular da bu yağışlarla düşen sularla beslenmektedir. Göllere ve akarsulara katılan suların bir kısmını insanlar ve hayvanlar kullanır. Bu suların bir kısmı da yer altına sızar. Yüzeysel akışa geçen suların bir miktarını ise akarsular tekrar denizlere ve okyanuslara ulaştırır.

BİLİYOR MUSUNUZ?

Yer altında suyun hareketi

Kara üzerine düşen yağışın bir kısmı yer altına sızarak yer altı suyunun bir parçası olur. Bu suyun bir kısmı, kara yüzeyine yakın hareket eder ve dere yataklarına dökülerek çok çabuk ortaya çıkar ancak yer çekimi yüzünden bu suyun büyük bir kısmı yer altında daha derinlere inmeye devam eder.

Yer altı suyu birçok akarsuyun akışına katkı sağlayan su kaynağıdır. İnsanlar yer altı suyunu yıllardır kullanmaktadır. Günümüzde de bu sular içme, kullanma ve tarımsal sulama için kullanılmaktadır.

(http://water.usgs.gov)

2- Azot Döngüsü

Atmosferin %78’ini oluşturan azot, canlıların yapı taşlarından biridir. Azot tüm, canlılar tarafından doğrudan kullanılamaz. Azotun, üretici olan bitkiler tarafından kullanılabilmesi için nitrat şeklini alması gerekir.

Volkanik olaylar, şimşek ve yıldırım gibi yüksek enerji açığa çıkaran bazı doğa olayları, azotu nitrata dönüştürebilmektedir.

Azotu nitrata dönüştüren diğer bir olgu ise nitrifikasyon bakterileridir. Bitki köklerindeki bu bakteriler, azotu önce amonyak sonra nitrit ve nitrata dönüştürerek bitkilerin kullanabileceği duruma getirmektedir. Bitkiler, nitratı fotosentez sırasında besin maddesine dönüştürür. Canlıların bünyesindeki bu besin maddesi ölüm olayı ya da atıklarla toprağa geçer.

Topraktaki ayrıştırıcılar ise bu canlı kalıntılarını ya da ölümü gerçekleşmiş maddeleri ayrıştırarak tekrar nitrata dönüştürmektedir. Nitratın bir kısmı bitkiler tarafından kullanılırken bir kısmı da denitrifikasyon bakteriler tarafından tekrar azota dönüştürülmektedir Şekil 1.4).

Şekil 1.4 Azot döngüsü

Şekil 1.4 Azot döngüsü

BİLİYOR MUSUNUZ?

DNA’ nın, proteinin, çeşitli vitaminlerin ve hormonların yapısında azot bulunur. Canlıların azot kullanımı, azotlu bileşikleri tüketmekle mümkün olmaktadır.

Eğer ekosistemde azot döngüsü olmasaydı canlılar, yapı taşları olan protein gereksinimlerini karşılayamazdı.

(http://megep.meb.gov.tr)

3- Karbon Döngüsü

Karbon, atmosferde karbondioksit, sularda ise karbondioksit ve bikarbon olarak bulunur. Canlıların bünyesindeki temel elementlerden biri olan karbon, taş kürede ise kömür, petrol, doğal gaz ve kireç taşı içinde bulunmaktadır. Bu ortamlardaki karbon, çeşitli olaylar sonucu bir ortamdan diğerine geçebilmektedir.

Karbonun açığa çıkmasına neden olan başlıca etmenler şunlardır:

  • Fosil yakıtların yanması
  • Kireç taşının ayrışması
  • Canlı kalıntılarının ve ölülerin çürümesi

Karbonun doğada azalmasına neden olan başlıca etmenler ise şunlardır:

  • Fosil yakıtların oluşumu
  • Fotosentez olayı
  • Deniz hayvanlarının kabuk oluşumu
  • Karbonatlı kayaçların oluşumu

Karbonun canlılar ile doğa arasındaki döngüsü, fotosentez olayı sayesinde gerçekleşir. Fotosentez sırasında karbondioksit kullanan bitkiler, karbonu besin maddesine dönüştürür. Bu besin maddesi besin zinciri ile diğer canlılara geçer. Canlılar öldükten sonra karbon, ayrıştırıcılar tarafından tekrar doğaya bırakılır (Şekil 1.5).

Şekil 1.5 Karbon döngüsü

Şekil 1.5 Karbon döngüsü

4- Oksijen Döngüsü

Oksijen, atmosferde üç şekilde bulunur. Bunlar atomik oksijen (O), moleküler oksijen (O2) ve ozondur (O3).

Solunum sırasında moleküler oksijen kullanılmaktadır. Yeşil bitkiler, fotosentez sırasında oksijen üretir (Şekil 1.6). Atmosferde bulunan su buharının güneş ışınlarıyla reaksiyona girmesi sonucu oksijen ve hidrojen açığa çıkar. Bu olaya suyun fotolizi denir.

Oksijenin tükenmesi; solunum, fosil yakıtların yanması ve diğer yanma olayları ile gerçekleşmektedir.

5- Madde Döngülerine İnsan Etkisi

Yeryüzünde yaşamın sürmesi için madde döngülerinin devam etmesi gerekir. Çünkü karbon, azot, oksijen ve suyun yalnızca bir kere kullanılması durumunda, bu maddeler zamanla tükenir ve yaşam devam etmezdi. İnsanlar, çeşitli etkinliklerle bu döngülere müdahale etmektedirler. Bu durum, doğal dengenin bozulmasına, küresel düzeyde ekolojik sorunlara neden olmakta ve canlılık olaylarını tehdit etmektedir. Şimdi insanların bu döngülere müdahalesini inceleyelim.

a- Karbon Döngüsüne İnsan Müdahalesi

Karbon; hava, su, toprak, insan ve hayvanlar arasında dolaşmaktadır. İnsanların doğaya müdahalesi ve sanayileşmeye bağlı olarak atmosferdeki karbon oranı artmaktadır. Örneğin sanayileşmeye bağlı olarak tüketilen fosil yakıtların oranı artmaktadır. Termik santrallerin bacalarından (Fotoğraf 1.21) ve egzozlardan atmosfere yayılan karbon miktarı, kirlilik düzeyine ulaşmıştır ve bu miktar, küresel tehlike oluşturacak boyutlardadır.

Fotoğraf 1.21 Atmosfere salınan karbon, birçok çevresel etkilere neden olmaktadır.

Fotoğraf 1.21 Atmosfere salınan karbon, birçok çevresel etkilere neden olmaktadır.

Atmosferdeki karbon oranının artmasına neden olan etmenlerden biri de aşırı nüfus artışıdır.

Çünkü insanlar, solunum sırasında atmosfere karbondioksit salmaktadır. Bu nedenle özellikle kalabalık şehirlerin üzerinde karbon oranı daha fazladır. Karbon döngüsüne neden olan etmenlerden biri de ormanların tahrip edilmesi ve çeşitli nedenlerle çıkan yangınlardır. Ormanlar, fotosentez sırasında karbondioksit tüketmektedir. Ormanların azalması, karbon tüketimini azaltmakta, yangınlar ise karbon salınımını artırmaktadır.

b- Oksijen Döngüsüne İnsan Müdahalesi

İnsan ve hayvanların yaşayabilmesi, solunuma bağlıdır. İnsanlar, solunum sırasında oksijen tüketir, atmosfere karbondioksit verir. Bu nedenle nüfusun aşırı derecede artması, tüketilen oksijen miktarını artırmaktadır.

Ormanlar, yeryüzünün akciğerleri ve oksijen deposu olarak nitelendirilir. Çünkü bitkiler, fotosentez sırasında atmosfere oksijen salmaktadır. Ormanların ve yeşil bitkilerin tahrip edilmesi, üretilen oksijen miktarının azalmasına neden olmaktadır.

Yanma olayı oksijen sayesinde gerçekleşir. Orman yangınları (Fotoğraf 1.22), anız yakmak, termik santrallerde fosil yakıtların yakılması, ulaşım araçlarında ve çeşitli sanayi kuruluşlarındaki yanma olayı, oksijen tüketimiyle sonuçlanmaktadır. Bu nedenle Sanayi Devrimi’nden sonra insanın oksijen döngüsüne müdahalesi artmıştır.

Fotoğraf 1.22 Orman yangını, hem oksijeni hem de oksijen üreten ağaçları azaltmaktadır.

Fotoğraf 1.22 Orman yangını, hem oksijeni hem de oksijen üreten ağaçları azaltmaktadır.

c- Azot Döngüsüne İnsan Müdahalesi

Azot; atmosfer, toprak ve canlılar arasında dolaşmaktadır. Azotun toprağa geçmesine etkide bulunan etmenlerden biri yüksek enerjidir. Yıldırım, şimşek ve volkanik aktivitelerde ortaya çıkan bu enerjiye insanın müdahalesi söz konusu değildir.

Azotun, bitkiler tarafından kullanılmasını sağlayan bazı bakteriler vardır. Bu bakteriler, azotu bitkinin kullanacağı konuma getirir. Bitki, fotosentez sırasında azotun bu şeklini besin maddesine dönüştürür. Böylece azot, canlılar arasında dolaşmaya başlar. İnsanın bitki örtüsünü tahrip etmesi ve çevre kirliliği, bu döngüye zarar vermektedir.

İnsanın azota en önemli müdahalesi azotlu gübre üretmesiyle başlamıştır. Yirminci yüzyılın başlarında Alman bilim insanlarının azotlu gübre üreten sanayi tesislerini kurmasıyla yeryüzünde bu tür gübre üreten fabrikaların sayısı artmıştır. Gübre üretimindeki bu artış, aynı zamanda gübre tüketiminde dolayısıyla toprak ve sudaki azot miktarında artışlara neden olmuştur (Fotoğraf 1.23). Toprakta ve suda aşırı derecede biriken bu maddeler insan, hayvan ve bitkilere zarar vermekte, çeşitli hastalıklara neden olmaktadır.

Fotoğraf 1.23 Tarlalara atılan azotlu gübre yağışlarla su kaynaklarına karışmaktadır.

Fotoğraf 1.23 Tarlalara atılan azotlu gübre yağışlarla su kaynaklarına karışmaktadır.

ç- Su Döngüsüne İnsan Müdahalesi

Su, yaşamın temel ögelerinden biridir. Bu nedenle insanlar, yaşamak için su içmekte ve suyla temizlenmektedirler. Bunların yanı sıra ekonomik etkinliklerinde de yoğun bir şekilde su kullanan insan, su döngüsüne önemli ölçüde müdahale etmektedir.

İnsanın doğal kullanımı dışında, su döngüsüne ilk etkili müdahalesi tarımla başlamıştır. Neolitik Dönem’de tarıma başlayan insan, tarım alanlarını sulamak için çeşitli kanallar (Fotoğraf 1.24) yaparak suyun yönünü değiştirmiş, yer altından suları çekerek kullanmıştır. Bu amaçla suyun kullanımı, günümüzde daha ileri düzeydedir. Öyle ki aşırı su kullanımı, bazı göllerin kurumasına ve yer altı suyu seviyesinin çekilmesine neden olmaktadır.

Fotoğraf 1.24 Sulama kanalları, su döngüsüne müdahale yöntemlerinden biridir.

Fotoğraf 1.24 Sulama kanalları, su döngüsüne müdahale yöntemlerinden biridir.

İnsanın su döngüsüne müdahale örneklerinden biri de göletler ve barajlardır (Fotoğraf 1.25). Tarım alanlarını sulamak, içme ve kullanma suyu elde etmek amacıyla inşa edilen barajlar, suyun doğal yolunda akarak göl ve denizlere ulaşmasını engellemekte, yapılan setin gerisinde yapay bir göl oluşturmaktadır. Böylece denizlerden başlayıp tekrar denizlerde bitmesi gereken suyun yolculuğu, kesintiye uğramakta, denizlere ulaşan su miktarı azalmaktadır.

Fotoğraf 1.25 Barajlar, suyun doğal akışını engellemektedir.

Fotoğraf 1.25 Barajlar, suyun doğal akışını engellemektedir.

Kullanılan su miktarı, kentleşme ve sanayileşmeye bağlı olarak artmaktadır. Bu ihtiyaç ise kentlerin ve sanayi merkezlerinin çevresindeki su kaynaklarından sağlanmaktadır. Bu nedenle belirtilen yerlerde yer altı ve yer üstü su kaynakları azalmaktadır.

Kentlerdeki diğer bir sorun ise yüzeydeki asfalt ve beton örtülerinden dolayı (Fotoğraf 1.26) suyun yer altına sızmamasıdır. Buna yer altından çekilen sular da eklenince kentlerde yer altı suyu seviyesi büyük ölçüde düşmektedir.

Fotoğraf 1.26 Kentleşme, yer altı su seviyesinin düşmesine neden olmaktadır.

Fotoğraf 1.26 Kentleşme, yer altı su seviyesinin düşmesine neden olmaktadır.

Suyun aşırı kullanımının ortaya çıkardığı diğer bir sorun ise kıyılarda yer altı suyu seviyesinin düşmesine bağlı olarak deniz suyunun kıyıdaki yer altı suyuna doğru hareket etmesi ve tatlı su kaynaklarına karışmasıdır.

Günümüzde suyun en çok kullanıldığı alanlardan biri de sanayi sektörüdür. Yıkama, buharlaştırma, soğutma ve çeşitli ürünlere katmak amacıyla sanayi alanında yoğun bir su kullanımı gerçekleşmektedir. Bu kullanım miktarı, sanayileşmiş ülkelerde daha yüksektir. Sanayi alanında kullanılan suyun bir kısmı, geri kazanım yöntemleriyle tekrar kullanılabilmektedir.

Bu alanda kullanılan suyun bir kısmı, başka bir ürüne katkı maddesi olarak tüketilirken bir kısmı da atık olarak diğer sulara katılmaktadır (Fotoğraf 1.27). Bu atık sular, mevcut suların yapısını değiştirmekte, yeryüzünde kullanılabilecek su miktarını azaltmaktadır.

Fotoğraf 1.27 Sanayi alanında kullanılan sular, kullanılabilir temiz suları azaltmaktadır.

Fotoğraf 1.27 Sanayi alanında kullanılan sular, kullanılabilir temiz suları azaltmaktadır.

Su döngüsüne müdahalelerden biri de bazı sulak alanların kurutulmasıdır. Havadaki nem oranını artırması ve yer altı suyunu beslemesi bakımından önemli olan sulak alanların kurutulmasıyla birlikte, su döngüsünde yer alan bir ekosistem ortadan kaldırılmaktadır.

Bitki örtüsü de su döngüsünde önemli bir yere sahiptir. Kökleriyle suyu tutan bitkiler, yüzeysel akışı azaltır ve sel olaylarını önler. Böylece suyun bir kısmını kendisi kullanır, bir kısmının da yer altına sızmasına olanak tanıdığından  yer  altı sularını besler. Bitki örtüsünün tahrip edildiği yerlerde (Fotoğraf 1.28) yüzeysel akış fazla olur, yer altına sızan su miktarı azalır. Bu nedenle bitki örtüsünün tahrip edildiği yerlerde yer altı suyu da azalmaktadır.

Fotoğraf 1.28 Ormanların tahrip edildiği yerlerde yer altı suyu azalır.

Fotoğraf 1.28 Ormanların tahrip edildiği yerlerde yer altı suyu azalır.

Add Comment