Aynı atom,
milyonlarca kez
yeniden kullanılır
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 çeşitli yöntemlerle ortama geri verir. Maddelerin ekosistem içindeki bu dolaşımına madde döngüsü denir.
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 çeşitli yöntemlerle ortama geri verir. Maddelerin ekosistem içindeki bu dolaşımına madde döngüsü denir. Bu döngülerden bazıları su, karbon ve azot döngüleridir. Aşağıdaki canlandırmada düğmelerle üç döngü arasında gez; her döngünün hangi ortamlar arasında dolaştığını izle.
Canlılar ihtiyaç duydukları bu maddeleri yaşadıkları ortamdan alır, kullanır ve sonra çeşitli yöntemlerle ortama geri verir. Bu yüzden madde döngüsünde bir başlangıç ya da bitiş noktası aramak anlamsızdır: halka kapalıdır.
Karbon, su, oksijen, azot, kükürt ve fosfor devirli olarak kullanılan maddelere örnektir. Bu döngülerden su, karbon ve azot döngüleri ayrıntılı incelenir.
Su, tüm canlıların yaşamsal faaliyetlerini sürdürmesi için zorunlu bir bileşiktir. Su döngüsü, güneş enerjisinin ve yer çekiminin etkisi ile atmosfer ve yeryüzü arasında düzenli olarak gerçekleşir. Su döngüsü, buharlaşma ve yoğuşma gibi iki fiziksel olaya dayalı olarak gerçekleşir.
Yeryüzündeki suların büyük kısmı okyanuslarda bulunur. Su atmosferde buhar hâlinde; okyanus, deniz, göl, akarsu, yer altı kaynaklarında ve kayalıklardaki çatlakların arasında sıvı hâlde; kutuplarda buz hâlinde bulunur.
Su, güneş ışınlarının etkisiyle okyanusların, göllerin, nehirlerin ve kara parçalarının yüzeyinden buharlaşarak atmosfere geçer. Ayrıca bitkilerden ve diğer canlılardan terleme ve solunum yoluyla buharlaşan su da atmosfere geçer.
Su buharı atmosferin soğuk bölgelerinde yoğuşarak kar, yağmur vb. yağışlar şeklinde yeryüzüne ulaşır. Suyun bir kısmı göl, gölet gibi su birikintilerinde toplanır. Bir kısmı da toprağa ve yer altı sularına katılır. Yer altı suları da çeşitli yollarla tekrar yer üstü sularına dâhil olur.
Bitkiler ihtiyaç duydukları suyu kökleriyle, hayvanlar ise içtikleri suyla ve yedikleri besinlerle alır. Bitkiler ve hayvanlar terleme ve solunum sonucu oluşan suyu buhar şeklinde tekrar atmosfere verir. Aynı zamanda bitkiler, kökleriyle suyun toprakta tutulmasında en büyük etkendir.
Karbon (C) canlıların yapısını oluşturan organik moleküllerin temel elementlerinden biridir. Karbonun atmosfer, okyanus, deniz ve tatlısu, toprak ve canlıların yapısında dönüşümlü olarak bulunmasına karbon döngüsü denir. Yeryüzünde bu döngünün gerçekleşmesini sağlayan kilit molekül, karbonlu bileşiklerdir.
Karbonlu bileşiklerden CO₂, atmosferde gaz hâlinde; suda ise çözünmüş hâlde bulunur. Suda yaşayan fitoplankton adı verilen mikroskobik canlılar suda çözünmüş olan CO₂'i fotosentezde kullanır. Karalarda ise bitkiler atmosferdeki CO₂'i kullanır.
Fotosentez olayında, havadaki CO₂ yeşil bitkiler tarafından kullanıldığında karbon içeren bileşikler fotosentez yapan canlıların yapısına geçer ve beslenme yoluyla hayvanlara da aktarılır. Organik besinlerin yapısına katılan karbon, solunum sonucu tekrar atmosfere verilir.
Canlıların yapısında biriken karbon, ölü bitki ve hayvan kalıntıları ile toprağa karışır. Kalıntılar, topraktaki ayrıştırıcılar tarafından parçalandığında karbondioksit açığa çıkar. Kömür, doğal gaz, petrol gibi fosil yakıtların yanması sonucunda da atmosfere karbondioksit verilir.
Doğada fosil yakıtlar, toprak ve sucul ekosistemlerde bulunan kayaçlar da karbonlu bileşikler içerir. Bu kayaçlar havayla temas ettiğinde aşınır ve içindeki karbon yavaşça ayrışıp karbondioksit hâlinde okyanuslara ve atmosfere katılır.
Atmosferdeki karbondioksitin canlı bünyesine girmesi, ototrof canlıların yaptığı fotosentez ve kemosentez olayları ile olur. Yani karbonun canlıya giriş kapısı yalnızca fotosentez değildir; kemosentez de bir giriş yoludur.
Azot; amino asitlerin, proteinlerin ve nükleik asitlerin yapısına katılır. Bu nedenle canlılar için önemli bir elementtir. Azotun başlıca kaynağı atmosferdir. Atmosferdeki azotun canlılar tarafından kullanımı ve tekrar atmosfere dönmesi olayına azot döngüsü denir. Atmosfer, yaklaşık %78 oranında serbest azot gazı (N₂) içerir. Aşağıdaki canlandırmada adım adım ilerle: azotun havadan toprağa, topraktan bitkiye ve yeniden havaya dönüşünü sırayla izle.
Atmosferdeki serbest azot gazı, kara ve su ekosistemlerindeki canlılar tarafından kullanılmaya uygun formda değildir. Canlılar tarafından azotun kullanılabilir azotlu bileşiklere dönüştürülmesine azot fiksasyonu (azotun tespit edilmesi) denir. Azotun fikse edilmesinde azot gazı, amonyak (NH₃) veya amonyum iyonuna (NH₄⁺) dönüştürülür.
Azotun başlıca kaynağı atmosferdir. Diğer azot kaynakları toprak, göller, nehirler, okyanuslar, yer altı suları ve canlılardır.
Baklagillerin kök yumrularında yaşayan Rhizobium (Rizobium) cinsi (azot bağlayıcı) bakteriler, toprakta serbest yaşayan azotobakteriler ve bazı siyanobakteriler atmosferin serbest azotunu (azot elementini) tutup toprakta nitrat tuzlarına dönüştürür. Buna biyotik fiksasyon denir.
Yıldırım ve şimşek gibi atmosferik olaylar, atmosfer azotunun amonyak (NH₃), amonyum (NH₄⁺), nitrat (NO₃⁻) şeklinde yağmur yoluyla toprağa geçmesine neden olur. Atmosferdeki serbest azotun yıldırım, şimşek gibi olaylarla toprağa geçmesine abiyotik fiksasyon denir.
Yukarıdaki iki kart ilk bakışta çelişiyor: biri fiksasyonun ürününü amonyak (NH₃) / amonyum (NH₄⁺), öteki nitrat tuzu diyor. Doğrusu şu: azot bağlayıcı bakterilerin doğrudan ürünü amonyak ve amonyumdur; toprakta bunları nitrifikasyon bakterileri önce nitrite (NO₂⁻), sonra nitrata (NO₃⁻) çevirir. "Nitrat tuzlarına dönüştürür" ifadesi bu zincirin tamamını kısaltarak anlatır, yani bitkinin kökle aldığı son hâli söyler. Bir basamak sorulursa sıralamayı kullan: fiksasyon → NH₃ / NH₄⁺, ardından nitrifikasyon → NO₂⁻ → NO₃⁻.
Bitkiler, topraktan amonyum (NH₄) ve nitrat (NO₃) olarak aldıkları azotu organik besinlerin üretiminde kullanır. Hayvanlarsa azot ihtiyaçlarını bitki ya da diğer hayvanlarla beslenme yoluyla elde eder. Bitki ya da hayvan atıklarında bulunan azotlu organik bileşikler, bakteri ve mantarlar gibi ayrıştırıcı canlılar tarafından parçalanarak amonyağa (NH₃) ve amonyuma (NH₄) çevrilir. Amonyak, nitrit bakterileri tarafından nitrite (NO₂); nitrit de nitrat bakterileri tarafından nitrata (NO₃) dönüştürülür. Bu olaya nitrifikasyon denir. Nitrifikasyonda görev alan bakteriler kemoototroftur. Nitrifikasyon sayesinde bitkiler, nitrat iyonlarını kökleriyle alarak kullanabilir.
Toprakta yaşayan bazı bakteriler, nitratı serbest azota dönüştürerek atmosfere verir. Bu reaksiyona denitrifikasyon denir. Denitrifikasyon sayesinde atmosferdeki azot dengede tutulur.
Nitrifikasyon bakterileri oksijenli solunum, denitrifikasyon bakterileri oksijensiz solunum yapar.
Nitrifikasyon, toprağın verimini artırır ancak atmosferdeki azotu azaltır. Denitrifikasyon ise toprağın azotlu bileşiklerini azalttığı için verimini de azaltır ancak atmosferin azotunu artırır.
Adları birbirine çok benzediği için karıştırılıyor. Kısayol şu: nitrifikasyon nitrat üretir — nitrat toprakta kalır, bitki kullanır, toprak verimlenir; buna karşılık atmosferin azotu azalır. Denitrifikasyon ise adındaki "de-" ekinin dediği gibi nitratı geri alır, azot gazı olarak havaya verir; toprak yoksullaşır, atmosferin azotu artar. İkinci tuzak: fiksasyon ile nitrifikasyon aynı şey değildir — fiksasyon havadaki serbest azot gazından başlar, nitrifikasyon ise ayrıştırıcıların ürettiği amonyaktan başlar.
Karşına rastgele sırayla bir olay ya da tanım geliyor; doğru etiketi seç. Anında açıklamasını gör.
Sıcak su buharlaşıp havaya karışıyor, aynanın soğuk yüzeyinde yoğuşup damla oluyor. Doğada olan da tam olarak bu: su döngüsü, buharlaşma ve yoğuşma gibi iki fiziksel olaya dayalı olarak gerçekleşir. Su buharı atmosferin soğuk bölgelerinde yoğuşarak kar, yağmur vb. yağışlar şeklinde yeryüzüne ulaşır.
Bir bardak su döngünün içinden geçip sana ulaşıyor: hayvanlar suyu içtikleri suyla ve yedikleri besinlerle alır. Bitkiler ve hayvanlar terleme ve solunum sonucu oluşan suyu buhar şeklinde tekrar atmosfere verir. Yani terlediğinde ve nefes verdiğinde sen de döngüye su iade ediyorsun.
Öğle yemeğinde yediğin makarnanın karbonu şimdi soluğunla havaya dönüyor: fotosentez olayında havadaki CO₂ yeşil bitkiler tarafından kullanıldığında karbon içeren bileşikler fotosentez yapan canlıların yapısına geçer ve beslenme yoluyla hayvanlara da aktarılır. Organik besinlerin yapısına katılan karbon, solunum sonucu tekrar atmosfere verilir.
Milyonlarca yıl boyunca yer altında kilitli kalan karbon, birkaç saniyede havaya salınıyor: kömür, doğal gaz, petrol gibi fosil yakıtların yanması sonucunda da atmosfere karbondioksit verilir. Doğada fosil yakıtlar, toprak ve sucul ekosistemlerde bulunan kayaçlar da karbonlu bileşikler içerir.
Fasulye bir baklagildir ve köklerinde ortak yaşadığı bakteriler var: baklagillerin kök yumrularında yaşayan Rhizobium (Rizobium) cinsi (azot bağlayıcı) bakteriler, toprakta serbest yaşayan azotobakteriler ve bazı siyanobakteriler atmosferin serbest azotunu tutup toprakta nitrat tuzlarına dönüştürür. Buna biyotik fiksasyon denir.
Camdan izlediğin o şimşek aslında bir kimya tepkimesi başlatıyor: yıldırım ve şimşek gibi atmosferik olaylar, atmosfer azotunun amonyak (NH₃), amonyum (NH₄⁺), nitrat (NO₃⁻) şeklinde yağmur yoluyla toprağa geçmesine neden olur. Atmosferdeki serbest azotun yıldırım, şimşek gibi olaylarla toprağa geçmesine abiyotik fiksasyon denir.
Çünkü ayrıştırıcılar o atığı bitkinin kullanabileceği hâle getiriyor: bitki ya da hayvan atıklarında bulunan azotlu organik bileşikler, bakteri ve mantarlar gibi ayrıştırıcı canlılar tarafından parçalanarak amonyağa (NH₃) ve amonyuma (NH₄) çevrilir. Sonrasında nitrifikasyon sayesinde bitkiler, nitrat iyonlarını kökleriyle alarak kullanabilir.
Protein sözü geçtiği her yerde aslında azottan söz ediliyor: azot; amino asitlerin, proteinlerin ve nükleik asitlerin yapısına katılır. Bu nedenle canlılar için önemli bir elementtir. Ama atmosferdeki serbest azot gazı, kara ve su ekosistemlerindeki canlılar tarafından kullanılmaya uygun formda değildir — soluduğun azotu doğrudan proteine çeviremezsin.
Fiksasyon: hava → toprak (serbest azot gazından başlar). Nitrifikasyon: toprakta yukarı doğru yükseltgenme, amonyak → nitrit → nitrat. Denitrifikasyon: toprak → hava (nitrat → serbest azot). Soruda "atmosferin azotunu artırır" ifadesi geçiyorsa cevap denitrifikasyondur; "toprağın verimini artırır" geçiyorsa nitrifikasyon.
30 sorudan oluşan bu test ile madde döngüleri ünitesini ne kadar kavradığını gör.
Doğada yaşamın sürekliliği için karbon, su, oksijen, azot, kükürt ve fosfor gibi maddeler devirli olarak kullanılır. Canlılar bu maddeleri yaşadıkları ortamdan alır, kullanır ve sonra çeşitli yöntemlerle ortama geri verir. Maddelerin ekosistem içindeki bu dolaşımına madde döngüsü denir.
Su döngüsü, güneş enerjisinin ve yer çekiminin etkisi ile atmosfer ve yeryüzü arasında düzenli olarak gerçekleşir. Buharlaşma ve yoğuşma gibi iki fiziksel olaya dayalı olarak gerçekleşir.
Yeryüzündeki suların büyük kısmı okyanuslarda bulunur. Su atmosferde buhar hâlinde; okyanus, deniz, göl, akarsu, yer altı kaynaklarında ve kayalıklardaki çatlakların arasında sıvı hâlde; kutuplarda buz hâlinde bulunur.
Su, güneş ışınlarının etkisiyle okyanusların, göllerin, nehirlerin ve kara parçalarının yüzeyinden buharlaşarak atmosfere geçer. Ayrıca bitkilerden ve diğer canlılardan terleme ve solunum yoluyla buharlaşan su da atmosfere geçer.
Su buharı atmosferin soğuk bölgelerinde yoğuşarak kar, yağmur vb. yağışlar şeklinde yeryüzüne ulaşır. Suyun bir kısmı göl, gölet gibi su birikintilerinde toplanır; bir kısmı da toprağa ve yer altı sularına katılır. Yer altı suları da çeşitli yollarla tekrar yer üstü sularına dâhil olur.
Bitkiler ihtiyaç duydukları suyu kökleriyle, hayvanlar ise içtikleri suyla ve yedikleri besinlerle alır. Bitkiler ve hayvanlar terleme ve solunum sonucu oluşan suyu buhar şeklinde tekrar atmosfere verir. Bitkiler, kökleriyle suyun toprakta tutulmasında en büyük etkendir.
Karbonun atmosfer, okyanus, deniz ve tatlısu, toprak ve canlıların yapısında dönüşümlü olarak bulunmasına karbon döngüsü denir. Yeryüzünde bu döngünün gerçekleşmesini sağlayan kilit molekül, karbonlu bileşiklerdir.
Karbonlu bileşiklerden CO₂ atmosferde gaz hâlinde, suda ise çözünmüş hâlde bulunur. Suda yaşayan fitoplankton adı verilen mikroskobik canlılar suda çözünmüş olan CO₂'i fotosentezde kullanır; karalarda ise bitkiler atmosferdeki CO₂'i kullanır.
Atmosferdeki karbondioksitin canlı bünyesine girmesi, ototrof canlıların yaptığı fotosentez ve kemosentez olayları ile olur.
Organik besinlerin yapısına katılan karbon, solunum sonucu tekrar atmosfere verilir. Kalıntılar topraktaki ayrıştırıcılar tarafından parçalandığında karbondioksit açığa çıkar. Fosil yakıtların yanmasıyla da atmosfere karbondioksit verilir. Karbonlu kayaçlar havayla temas ettiğinde aşınır ve içindeki karbon yavaşça ayrışıp CO₂ hâlinde okyanuslara ve atmosfere katılır.
Azot; amino asitlerin, proteinlerin ve nükleik asitlerin yapısına katılır. Bu nedenle canlılar için önemli bir elementtir. Azotun başlıca kaynağı atmosferdir; diğer kaynakları toprak, göller, nehirler, okyanuslar, yer altı suları ve canlılardır.
Atmosfer yaklaşık %78 oranında serbest azot gazı (N₂) içerir. Atmosferdeki serbest azot gazı, kara ve su ekosistemlerindeki canlılar tarafından kullanılmaya uygun formda değildir.
Canlılar tarafından azotun kullanılabilir azotlu bileşiklere dönüştürülmesine azot fiksasyonu (azotun tespit edilmesi) denir. Azotun fikse edilmesinde azot gazı, amonyak (NH₃) veya amonyum iyonuna (NH₄⁺) dönüştürülür.
Baklagillerin kök yumrularında yaşayan Rhizobium (Rizobium) cinsi azot bağlayıcı bakteriler, toprakta serbest yaşayan azotobakteriler ve bazı siyanobakteriler atmosferin serbest azotunu tutup toprakta nitrat tuzlarına dönüştürür. Buna biyotik fiksasyon denir.
Yıldırım ve şimşek gibi atmosferik olaylar, atmosfer azotunun amonyak (NH₃), amonyum (NH₄⁺), nitrat (NO₃⁻) şeklinde yağmur yoluyla toprağa geçmesine neden olur. Atmosferdeki serbest azotun bu yolla toprağa geçmesine abiyotik fiksasyon denir.
Amonyak, nitrit bakterileri tarafından nitrite (NO₂); nitrit de nitrat bakterileri tarafından nitrata (NO₃) dönüştürülür. Bu olaya nitrifikasyon denir. Nitrifikasyonda görev alan bakteriler kemoototroftur. Nitrifikasyon sayesinde bitkiler nitrat iyonlarını kökleriyle alarak kullanabilir.
Bitki ya da hayvan atıklarında bulunan azotlu organik bileşikler, bakteri ve mantarlar gibi ayrıştırıcı canlılar tarafından parçalanarak amonyağa (NH₃) ve amonyuma (NH₄) çevrilir.
Toprakta yaşayan bazı bakteriler, nitratı serbest azota dönüştürerek atmosfere verir. Bu reaksiyona denitrifikasyon denir. Denitrifikasyon sayesinde atmosferdeki azot dengede tutulur.
Nitrifikasyon bakterileri oksijenli solunum, denitrifikasyon bakterileri oksijensiz solunum yapar.
Nitrifikasyon, toprağın verimini artırır ancak atmosferdeki azotu azaltır. Denitrifikasyon ise toprağın azotlu bileşiklerini azalttığı için verimini de azaltır ancak atmosferin azotunu artırır.
Bitkiler, topraktan amonyum (NH₄) ve nitrat (NO₃) olarak aldıkları azotu organik besinlerin üretiminde kullanır. Hayvanlarsa azot ihtiyaçlarını bitki ya da diğer hayvanlarla beslenme yoluyla elde eder.