Sekiz insan, iki yıl, kapalı bir dünya
Biyosfer-2’de her şey vardı: akarsu, bitki örtüsü, yağmur. Tek eksik döngülerin kendiliğinden işlemesiydi. Oksijen %14’e düştü, türlerin çoğu öldü. Bu ünitede su, karbon ve azotun nasıl döndüğünü adım adım kuracağız.
Ekosistemde bulunan maddeler canlı ve cansız ortamlar arasında sürekli bir döngü hâlindedir. Canlılar, yaşamsal faaliyetlerini sürdürebilmek için bulundukları ortamdan ihtiyaç duydukları organik ve inorganik maddeleri alır. Canlıların yapısına katılan bu maddeler, canlının ölümü ve metabolik atıkları ile tekrar dış ortama verilir.
Yeryüzündeki yaşamın sürekliliği için su, karbon, azot gibi maddelerin devirli kullanılması gerekir. Bu olayın gerçekleşmesi madde döngüleri ile sağlanır. Maddelerin alınması, kullanılması ve atık olarak ortama verilmesi canlı ve cansız ortamda döngüsel olarak gerçekleşir.
Atmosfer ile yeryüzü arasında gerçekleşen su, karbon ve azot döngüleri ekosistemdeki en önemli madde döngüleridir.
Önceki ünitenin cümlesini hatırla: enerji tek yönlü akar ve azalır. Madde ise azalmaz, döner. Ekosisteme dışarıdan sürekli enerji gelir (güneş), ama madde gelmez — bu yüzden döngü zorunludur.
İnsanlığın kapalı bir biyosferde nasıl yaşayabileceğini test etmek üzere bilim insanları, 1987-1989 yılları arasında bir ekoloji projesi olan Biyosfer-2’yi geliştirmişlerdir.
Proje için ABD’nin Arizona Çölü’nde dış ortamdan tamamen izole, yaklaşık 12.000 m²’lik bir yaşam alanı inşa edilmiştir. Bu alanda yeryüzündeki yaşam için gerekli olan su, oksijen, karbon, azot gibi temel maddelerin aktarılabileceği bir ekosistem kurulmuştur. İki yıl boyunca içerideki sekiz insana da hayat imkânı sağlayacak olan projenin amacı, uzayda insan yaşamına uygun koloni kurulmasına hazırlık yapmaktır. Biyosfer-2 alanında akarsu, bitki örtüsü, buharlaşma, yağmur ve ihtiyaç duyulan tüm maddelerin üretimi kendi döngüsü içinde oluşturulmaya çalışılmıştır.
Kısacası Biyosfer-2 Projesi’nde madde döngüleri gerçekleşmemiştir.
Her maddenin doğada durduğu yerler farklıdır. Döngüleri ayrı ayrı incelemeden önce nerede biriktiklerine bak.
Yeryüzündeki su; okyanus, göl, akarsu, yer altı kaynakları gibi ortamlarda bulunur. Su, kutup bölgelerinde ve yüksek rakımlarda ise kar veya buz olarak donmuş şekildedir.
Suyun buharlaşma, yoğuşma, yağış, akış gibi olaylarla yeryüzü ve gökyüzü arasında sürekli bir döngü hâlinde dolanımına su döngüsü denir.
Dikkat: Doğada su; katı, sıvı ya da gaz hâlde bulunabilir. Döngüde su yok olmaz, yalnızca hâl ve yer değiştirir.
Su döngüsü; buharlaşma, yoğuşma, terleme gibi temel olaylarla gerçekleşir. Okyanus, deniz, göl, akarsu ve karalardan buharlaşan su atmosfere geçer. Su ayrıca canlıların terleme ve solunumuyla da atmosfere çıkar. Atmosferdeki su buharı; hava olayları ile yağmur, kar veya dolu olarak yeryüzüne iner.
Yeryüzüne inen suyun bir kısmı tekrar buharlaşarak atmosfere çıkar. Suyun bir kısmı dere ve nehir sularıyla denizlere ve okyanuslara taşınır. Toprak tarafından emilen suyun bir kısmı da yer altı sularını oluşturur.
Sık kaçırılan nokta: suyun atmosfere çıkışı yalnız yüzeyden buharlaşma değildir; canlıların terlemesi ve solunumu da döngünün parçasıdır.
Karbon, canlı organizmaların yapısını oluşturan organik moleküllerin temel elementidir. Atmosferde, okyanuslarda, tatlı sularda, toprakta ve canlı organizmaların dokularında bulunan karbon bu sistemler arasında sürekli bir dolaşım hâlindedir. Karbonun atmosfer, bitki örtüsü, okyanus, deniz, tatlı su, toprak ve canlı organizmalar arasında dolaşımına karbon döngüsü denir.
Karbon, atmosferde CO₂; suyun içinde CO₂ ve bikarbonat; karada ise doğal gaz, petrol, kömür ve kireç taşı olarak bulunur.
Yeşil oklar karbonu atmosferden alan, turuncu oklar atmosfere geri veren yollardır.
Yeşil bitkiler ve fitoplanktonlar ortamdaki karbondioksidi fotosentezde kullanır. Fotosentez sonucu oksijen ve organik maddeler oluşur. Fotosentez yapan canlılar, ihtiyaç duydukları enerjiyi elde etmek için sentezledikleri organik maddelerin bir kısmını solunumda kullanır. Solunum sonucu açığa çıkan karbondioksit atmosfere geri verilir.
Organik maddeler besin zinciri yoluyla üreticilerden tüketicilere aktarılır. Tüketiciler tarafından besinlerle alınan organik maddeler sindirilir ve bunların bir kısmı solunumda kullanılır. Böylece fotosentezle organik besinlerin yapısına katılan karbondioksit, solunum sonucu tekrar atmosfere geçerek döngüye katılır.
Bitki ve hayvanların atıkları ve kalıntıları, ayrıştırıcılar tarafından parçalanır. Canlıların yapısına katılan karbon; solunum, boşaltım ve ayrışma sonucu tekrar atmosfere döner. Ayrıca odunun veya fosil yakıtların (kömür, petrol ve doğal gaz) yanması ile de karbondioksit atmosfere verilir.
Kireç taşları karbonu hapseder. Yeryüzündeki kireç taşlarının zamanla aşınması ile içlerindeki karbon açığa çıkar ve tekrar karbon döngüsüne katılır.
Hayvansal ve bitkisel atıkların uzun süre toprak altında kalması ile fosil yakıtlar oluşur. Fosil yakıtların yanması ile CO₂ atmosfere geri döner. Yani fosil yakıt, milyonlarca yıl önce döngüden çıkmış karbonun deposudur; yakmak onu bir anda döngüye sokar.
Sera etkisine neden olan başlıca gazlardan karbondioksidin değeri, 1880 yılında yaklaşık 291 ppm iken bu değer 2023 yılında %45 artışla 421 ppm’ye ulaştı.
Azot, canlı yaşamı için yapısal ve işlevsel öneme sahip temel elementlerden biridir. Canlılar için hayati önem taşıyan amino asit, nükleik asit, hormon, vitamin gibi moleküllerin yapısına katılır. Atmosferde gaz hâlinde bulunan azot havanın yaklaşık %78’ini oluşturur. Azotun atmosfer, toprak, su ve canlılar arasındaki dolaşımına azot döngüsü denir.
Bitkilerde atmosferde bulunan azot doğrudan kullanılamaz, azotun bitkilerde kullanılabilmesi için amonyum ve nitrata çevrilmesi gerekir.
Bu ünitenin en çok soru çıkan cümlesi budur: havada bol bol azot vardır ama bitkiler onu doğrudan kullanamaz. Bütün döngü, bu engelin nasıl aşıldığını anlatır.
Havadaki azot, toprakta ya da baklagillerin köklerinde bulunan nodüllerde yaşayan azot bağlayıcı bakterilerle toprağa bağlanır. Ayrıca atmosferde serbest hâlde bulunan azot gazı; yıldırım, şimşek gibi yüksek enerjili olayların etkisi ile toprağa geçer. Havadaki azot gazının organik bileşiklerin sentezlenmesinde kullanılan formlara dönüştürüldüğü bu iki olaya azot fiksasyonu denir.
Bitkiler topraktan amonyum (NH₄⁺) ve nitrat (NO₃⁻) olarak aldıkları azotu, protein gibi önemli organik moleküllerin üretiminde kullanır. Hayvanlarsa azot ihtiyaçlarını bitki ya da diğer hayvanlarla beslenme yoluyla elde eder.
Bitki ve hayvanların ölümleri ya da metabolik faaliyetleri sonucu oluşan atıklardaki azotlu organik bileşikler; bakteri, mantar gibi ayrıştırıcı canlılar tarafından parçalanarak amonyak (NH₃) ve amonyuma (NH₄⁺) dönüştürülür.
Amonyak, toprakta bulunan bakteriler tarafından önce nitrite (NO₂⁻) sonra nitrata dönüştürülür. Bu olaya nitrifikasyon denir. Topraktaki nitrat ve nitrit tuzları bazı bakteriler tarafından azot gazına çevrilerek yeniden atmosfere verilir. Azotun topraktan tekrar atmosfere geçmesini sağlayan bu olaya denitrifikasyon denir.
Dünyada madde döngülerinin düzenli şekilde gerçekleşmemesi çevre sorunlarını beraberinde getirir.
Su kaynaklarının kuruması ve sıcaklıkların değişmesi ise günlük yaşamda ve küresel ölçekte coğrafi, ekonomik ve politik pek çok soruna neden olur. Madde döngülerinde meydana gelebilecek bozulmalar doğal dengenin bozulmasına, iklimsel ve coğrafik değişikliklere neden olabilir. Bu değişimler, doğal kaynakların azalması ya da yok olmasına, ekosistemlerin bozulmasına yol açar.
Ekosistemlerin bozulması; çölleşme, suların ve toprağın kirlenmesi, beslenme sorunları, doğrudan veya dolaylı olarak doğada yaşayan canlıların zarar görmesi, bazı türlerin yok olması ya da göç etmesi ve sağlık problemleri gibi canlı yaşamının devamlılığını tehdit eden sorunlara ve tür çeşitliliğinin azalmasına neden olur.
Belli bir bölgede etkili olan sorunlar zamanla tüm dünyayı etkileyebilir. Ekonomik anlamda çevre doğal bir kaynak teşkil eder. Bunun bilincinde olan gelişmiş ülkeler, ekonomik faaliyetlerini sürdürürken çevreyi korumanın önemini bilerek bu yönde bir yaklaşım içerisine girmişlerdir. Gelişmekte olan ülkelerde ise ekonomik öncelikler, yeterli çevre bilincinin oluşmaması, çevresel politikaların yetersiz kalması gibi nedenlerle çevre kirliliğini önlemek mümkün olmamaktadır.
1960’lı yıllardan itibaren çevre sorunları ile ilgili önlemlere yönelik girişimler, uluslararası düzeyde çevre politikalarının belirlenmesinde etkili olmaya başlamıştır. Çevre politikalarının temel amacı sürdürülebilir kalkınma ile ekonomik ve sosyal gelişme kaydedilirken doğal kaynakların korunması, gelecek nesillerin bu kaynaklardan yararlanmasına imkân sağlanması, çevre üzerinde oluşan insan etkisinin azaltılması yönündedir. Çevre sorunlarının çözümü, uluslararası iş birliğini gerekli kılmaktadır.
Bir kez tıkla ✓, iki kez tıkla ✗ olur. Sonra Denetle’ye bas.
Sorular ve şıklar her turda karışıyor.
Bardağın dışındaki su damlaları bardaktan sızmıyor; havadaki su buharı soğuk yüzeyde yoğuşuyor. Bulutların oluşması da tam olarak bu: buharlaşan su atmosfere geçer, yoğuşur, yağış olarak geri iner.
Ağzından çıkan buhar, solunumla atmosfere verdiğin su. Terlemenle birlikte sen de su döngüsünün bir halkasısın: su, canlıların terleme ve solunumuyla da atmosfere çıkar.
“Barajda %19 su kaldı, kentin 3 aylık içme suyu var” haberi bir su döngüsü haberidir: su döngüsünün bozulmasıyla bazı bölgelerde kuraklık artar. Yağış azlığı ve buharlaşma birlikte çalışır.
Kömür ve petrol, hayvansal ve bitkisel atıkların uzun süre toprak altında kalmasıyla oluşmuş fosil yakıtlardır. Yakıldıklarında içlerindeki karbon CO₂ olarak atmosfere geri döner — milyonlarca yıllık depo, birkaç saniyede boşalır.
Şimşekli yağmurdan sonra bitkilerin canlanması boş bir inanış değil: atmosferdeki serbest azot gazı yıldırım ve şimşek gibi yüksek enerjili olayların etkisiyle toprağa geçer. Bu da bir azot fiksasyonu yoludur.
Fasulye ektiğin toprağın ertesi yıl daha verimli olması, kökteki nodüllerde yaşayan azot bağlayıcı bakterilerin işidir. Baklagiller bu yüzden ekim nöbetinde kullanılır.
Protein derken aslında azottan söz ediyorsun: azot amino asit, nükleik asit, hormon, vitamin gibi moleküllerin yapısına katılır. Kaslarındaki azot, bir zamanlar havada gaz hâlindeydi.
“Bostanlı Sahili’nde kıyıya yakın bazı noktalar, sudaki azot ve fosfor miktarının artmasıyla meydana gelen deniz yosunu nedeniyle yeşile büründü.” Döngüye fazladan giren madde, ekosistemi bozar.
Kapalı bir sınıfta bir süre sonra başının ağrıması, küçük ölçekli bir Biyosfer-2’dir: döngü kapalı, üretici yok. Biyosfer-2’de oksijen %14’e düşmüş, karbondioksit derişimi artmıştı. Pencereyi açmak döngüyü dışarıya bağlamaktır.
Madde döngüsünün tanımı ve maddelerin devirli kullanılmasının zorunluluğu, Biyosfer-2 projesi ve madde döngüleri gerçekleşmediğinde ortaya çıkan sonuçlar, su döngüsünde buharlaşma yoğuşma yağış akış ile terleme ve solunumun rolü, karbon döngüsü ve karbonun atmosferde suda ve karada bulunduğu formlar, fotosentez solunum ayrışma ve fosil yakıtların yanmasının döngüdeki yeri, kireç taşlarının karbonu hapsetmesi, azot döngüsü ve azotun amino asit nükleik asit hormon vitamin yapısına katılması, bitkilerin atmosferdeki azotu doğrudan kullanamaması, azot fiksasyonunun iki yolu, nitrifikasyon ve denitrifikasyon, döngülerin bozulmasıyla ortaya çıkan asit yağmurları kuraklık sel ve sıcaklık artışı, Viyana Sözleşmesi Paris Antlaşması CITES ve Basel Sözleşmesi
Canlıların ihtiyaç duydukları maddelerin ekosistem içindeki dolanımıdır. Canlılar ortamdan organik ve inorganik madde alır; bu maddeler ölüm ve metabolik atıklarla tekrar dış ortama verilir. Su, karbon ve azot döngüleri en önemlileridir.
1987-1989, Arizona Çölü, 12.000 m², 8 insan, 2 yıl. Sonuç: oksijen %14’e düştü, CO₂ arttı, azot oksit sinir sistemine zarar verecek düzeye ulaştı, 25 omurgalı türünden 19’u yok oldu. Madde döngüleri gerçekleşmemiştir.
Suyun buharlaşma, yoğuşma, yağış, akış gibi olaylarla yeryüzü ve gökyüzü arasında sürekli dolanımıdır. Su ayrıca canlıların terleme ve solunumuyla atmosfere çıkar; yağış yağmur, kar veya dolu olarak iner; bir kısmı akarsularla denize, bir kısmı toprağa emilerek yer altı sularına gider.
Atmosferde CO₂; suyun içinde CO₂ ve bikarbonat; karada doğal gaz, petrol, kömür ve kireç taşı olarak. Karbon organik moleküllerin temel elementidir.
Alan yol: fotosentez (yeşil bitkiler ve fitoplanktonlar). Veren yollar: solunum, boşaltım, ayrışma, odunun ve fosil yakıtların yanması. Kireç taşları karbonu hapseder; aşınmayla açığa çıkan karbon tekrar döngüye katılır.
Atmosferde gaz hâlinde bulunan azot havanın yaklaşık %78’ini oluşturur. Azot amino asit, nükleik asit, hormon, vitamin gibi moleküllerin yapısına katılır. Ama bitkiler atmosferdeki azotu doğrudan kullanamaz.
Havadaki azot gazının organik bileşiklerin sentezlenmesinde kullanılan formlara dönüştürülmesidir. İki yolu vardır: azot bağlayıcı bakteriler (toprakta veya baklagil köklerindeki nodüllerde) ve yıldırım, şimşek gibi yüksek enerjili olaylar.
Nitrifikasyon: amonyak (NH₃) → nitrit (NO₂⁻) → nitrat (NO₃⁻); toprak bakterileri yapar. Denitrifikasyon: topraktaki nitrat ve nitrit tuzlarının bazı bakteriler tarafından azot gazına çevrilip atmosfere verilmesi.
Bitkiler topraktan amonyum (NH₄⁺) ve nitrat (NO₃⁻) olarak aldıkları azotu, protein gibi organik moleküllerin üretiminde kullanır. Hayvanlar azot ihtiyaçlarını bitki ya da diğer hayvanlarla beslenerek elde eder.
Azot: atmosferdeki artış asit yağmurlarına yol açar. Su: bazı bölgelerde kuraklık, bazılarında sel ve su taşkınları. Karbon: yeryüzünde sıcaklık artışı.
Doğal dengenin bozulması → iklimsel ve coğrafik değişiklikler → doğal kaynakların azalması ya da yok olması → ekosistemlerin bozulması → çölleşme, kirlenme, beslenme sorunları, türlerin yok olması ya da göç etmesi, sağlık problemleri ve tür çeşitliliğinin azalması.
Viyana Sözleşmesi — ozon tabakasının korunması. Paris Antlaşması — iklim değişikliği rejimini düzenleme. CITES — nesli tehlike altındaki yabani hayvan ve bitki türlerinin uluslararası ticareti. Basel Sözleşmesi — tehlikeli atıkların sınırlar ötesi taşınması ve bertarafı.