Biyojeokimyasal Döngüler: Su, Karbon, Azot, Fosfor ve Sülfür Döngüleri Nasıl İşler?

Enerji, ekosistemlere güneş ışığı (veya kemoototroflar için inorganik moleküller) olarak girip trofik seviyeler arasındaki transferler sırasında ısı olarak çıkmaktadır. Canlı organizmaları meydana getiren maddeler, güneş ışığının aksine, ekosistem boyunca doğrusal olarak akmaz; korunur ve geri dönüştürülür. Organik molekülleri meydana getiren en yaygın 6 element, yani karbon, nitrojen, hidrojen, oksijen, fosfor ve sülfür, çeşitli kimyasal şekillerde atmosferde, karada, suda veya yer altında uzun süreler boyunca tutulabilir.

Ayrışma, erozyon, su akışı ve kıtasal plakaların dalması gibi jeolojik süreçlerin tümü, Dünya'daki elementlerin döngüsünde rol oynamaktadır. Jeoloji ve kimya disiplinleri, bu sürecin incelenmesinde önemli rollere sahiptir. Bu çerçevede inorganik maddenin canlı organizmalar ve cansız çevreleri arasında geri dönüşümü, biyojeokimyasal döngü olarak adlandırılmıştır.

Su (yani hidrojen ve oksijen), tüm canlılık için gereklidir. Hidrosfer, Dünya'da su hareketinin ve depolanmasının gerçekleştiği tüm alanları; yani nehir, göl ve okyanus formunda yüzeydeki su kütlelerini, yeraltı suyu olarak yüzeyin altındaki su kütlelerini, kutup buzulları ve buzullar olarak buzları ve su buharı olarak atmosferi kapsayan bir şemsiye terimdir.

Bunun yanında karbon, tüm organik makromoleküllerde bulunur ve fosil yakıtların önemli bir bileşenidir. Nitrojen (azot), nükleik asitlerimizin ve proteinlerimizin önemli bir bileşenidir ve tarım için kritik öneme sahiptir. Nükleik asitlerin önemli bir bileşeni olan fosfor da tarımda kullanılan suni gübrelerin ana bileşenlerinden birisidir ve yüzey sularımız üzerinde çevresel etkilere sahiptir. Proteinlerin üç boyutlu katlanması için kritik öneme sahip olan sülfür ise fosil yakıtların yakılmasıyla atmosfere salınmaktadır.

Bu elementlerin döngüsü, doğal olarak birbiriyle bağlantılıdır. Örneğin, suyun hareketi azot ve fosfatın nehirlere, göllere ve okyanuslara dönmesinde rol oynar. Okyanus, bu bileşenleri içermenin yanında karbon için de önemli bir rezervuar görevi görür. Böylece mineral besinler, biyotik ve abiyotik dünya arasında, bir canlı organizmadan diğerine, yani tüm biyosfer boyunca hızlı ya da yavaş bir şekilde döngüye girer.

Su Döngüsü

Su, tüm yaşam için gereklidir. İnsan vücudunun yarısından fazlası, hücrelerinin ise %70'inden fazlası sudur. Bu nedenle çoğu kara hayvanı, hayatta kalmak için tatlı su kaynağına ihtiyaç duyar. Dünya üzerindeki su kütlelerinin %97.5'i tuzlu sudur. Bu miktardan geriye kalan suyun %99'u yeraltı suyu veya buz formundadır ve erişilemezdir. Geriye kalan tatlı su kaynaklarının %1'inden daha azı göllerde ve nehirlerde bulunmaktadır. Birçok canlı ve ekosistem de hayatlarını devam ettirebilmek için bu az miktardaki yüzey tatlı su kaynaklarına bağımlıdır.

İnsanlar, doğal olarak yeraltı sularını toplamak için kuyu kazmak, yağmur suyunu depolamak ve tuz arıtma yöntemleriyle okyanustan içilebilir su elde etmek gibi su mevcudiyetini artırmaya yönelik teknolojiler geliştirmiştir. İçilebilir tatlı su arayışı, insanlık tarihinin tamamına eşlik etmiş bir olgudur; buna rağmen tatlı su temini, modern zamanlarda da önemli bir sorun olmaya devam etmektedir.

Libre Texts

Su döngüsünde rol oynayan süreçler, başlık sonunda yer alan tabloda gösterilmektedir. Bu süreçler arasında şunlar bulunur:

• Buharlaşma ve süblimleşme,
• Yoğuşma ve çökelme,
• Yeraltı su akışı,
• Yüzey akışı ve kar erimesi,
• Akarsu akışı.

Su döngüsü, Güneş enerjisinin okyanusları ve diğer yüzey sularını ısıtması yoluyla gerçekleşmektedir. Bu durum, sıvı yüzey suyunun buharlaşmasına (suyun su buharına dönüşmesine) ve donmuş suyun süblimleşmesine (buzun su buharına dönüşmesine) yol açarak büyük miktarlarda suyun su buharı formunda atmosfere taşınmasına neden olur. Zamanla bu su buharı, sıvı veya donmuş damlacıklar halinde bulutlarda birikir ve sonunda yağmur veya kar yağışına yol açarak suyu Dünya yüzeyine geri döndürür. Dünya yüzeyine ulaşan yağmur tekrar buharlaşabilir, yüzeyden akabilir veya toprağa sızabilir. Bunlar arasında en kolay gözlemlenen akış, yağmur veya eriyen buz kaynaklı yüzey akışıdır. Yüzey akışı, akarsular ve göller yoluyla okyanuslara ulaşabilir veya doğrudan okyanuslara akabilir.

Çoğu doğal ortamda yağmur, toprak yüzeyine ulaşmadan önce bitki örtüsüyle karşılaşır. Suyun önemli bir yüzdesi, bitkilerin yüzeylerinde buharlaşır. Geriye kalan su, toprağa ulaşır ve derinlere doğru hareket etmeye başlar. Dereler ve göller harici yerlerde gözlemlenen yüzey akışı ise şiddetli bir yağışın ardından toprağın suya doymasıyla meydana gelir.

Yağış ile toprağa ulaşan suyun büyük bir kısmı, bitki kökleri tarafından emilerek damar sistemine girer ve yaprakların stomalarından buharlaşma veya başka hayvanların bu bitkileri yemesi yoluyla atmosfere geri kazandırılır. Bununla beraber suyun aslan payı evapotranspirasyon adlı bir süreçle atmosfere geri kazandırılmaktadır. Bitkilerce alınmayan ve buharlaşmaksızın sabit kalan su da toprak altına ve ana kayaya süzülerek yeraltı sularını meydana getirir.

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Neden Desteğe İhtiyacımız Var?

Aslında maddi destek istememizin nedeni çok basit: Çünkü Evrim Ağacı, bizim tek mesleğimiz, tek gelir kaynağımız. Birçoklarının aksine bizler, sosyal medyada gördüğünüz makale ve videolarımızı hobi olarak, mesleğimizden arta kalan zamanlarda yapmıyoruz. Dolayısıyla bu işi sürdürebilmek için gelir elde etmemiz gerekiyor. Bunda elbette ki hiçbir sakınca yok; kimin, ne şartlar altında yayın yapmayı seçtiği büyük oranda bir tercih meselesi. Ne var ki biz, eğer ana mesleklerimizi icra edecek olursak... Daha fazla göster

Aslında maddi destek istememizin nedeni çok basit: Çünkü Evrim Ağacı, bizim tek mesleğimiz, tek gelir kaynağımız. Birçoklarının aksine bizler, sosyal medyada gördüğünüz makale ve videolarımızı hobi olarak, mesleğimizden arta kalan zamanlarda yapmıyoruz. Dolayısıyla bu işi sürdürebilmek için gelir elde etmemiz gerekiyor.

Bunda elbette ki hiçbir sakınca yok; kimin, ne şartlar altında yayın yapmayı seçtiği büyük oranda bir tercih meselesi. Ne var ki biz, eğer ana mesleklerimizi icra edecek olursak (yani kendi mesleğimiz doğrultusunda bir iş sahibi olursak) Evrim Ağacı'na zaman ayıramayacağımızı, ayakta tutamayacağımızı biliyoruz. Çünkü az sonra detaylarını vereceğimiz üzere, Evrim Ağacı sosyal medyada denk geldiğiniz makale ve videolardan çok daha büyük, kapsamlı ve aşırı zaman alan bir bilim platformu projesi. Bu nedenle bizler, meslek olarak Evrim Ağacı'nı seçtik.

Eğer hem Evrim Ağacı'ndan hayatımızı idame ettirecek, mesleklerimizi bırakmayı en azından kısmen meşrulaştıracak ve mantıklı kılacak kadar bir gelir kaynağı elde edemezsek, mecburen Evrim Ağacı'nı bırakıp, kendi mesleklerimize döneceğiz. Ama bunu istemiyoruz ve bu nedenle didiniyoruz.

Destek Ol

Kum ve çakıl parçacıkları arasındaki gözeneklerde ya da kayalardaki çatlaklarda bulunan yeraltı suları, önemli tatlı su rezervleridir. Sığ yeraltı suyu, bu gözeneklerden ve çatlaklardan yavaşça akarak ve sonunda bir akarsuya veya göle ulaşarak tekrar yüzey suyunun bir parçası haline gelir. Akarsular, doğrudan yağmur suyundan beslendikleri için akmazlar; kaynak olarak aldıkları yeraltı suyundan sürekli bir akış olduğu için akarlar. Bazı yeraltı suları ana kayanın çok derinlerinde bulunur ve binlerce yıl boyunca orada kalabilir. Çoğu yeraltı suyu rezervuarı (akifer), kuyulardan çekilen içme veya sulama sularının kaynağını oluşturmaktadır. Bu akiferler de maalesef suların süzülerek dolma hızından daha yüksek bir hızla boşalmakta, dolayısıyla tükenmektedir.

Yağmur ve yüzey akışı, karbon, azot, fosfor ve sülfür gibi minerallerin karadan suya aktarılmasının başlıca yoludur.

J. M. Evans, H. Perlman, USGS

Karbon Döngüsü

Karbon, tüm organik moleküllerde yer alır, makromoleküllerin yapısında oynadığı rol ile canlılık için vazgeçilemez niteliktedir ve canlı organizmalarda en bol bulunan dördüncü elementtir. Karbon bileşikleri, enerji içerir ve bitkilerden ve alglerden elde edilen bu bileşiklerin çoğu, insanların yakıt olarak kullandığı fosilleşmiş karbonu oluşturur.

Sanayi Devrimi'nin başlangıcından ve 1800'lerden bu yana fosil yakıtlarının kullanımı hızlanmış; sınırlı fosil yakıt kaynaklarına yönelik küresel talep artmış ve atmosferimizdeki karbondioksit miktarı da bu faktörlere bağlı olarak yükselmiştir. Bu yükseliş, iklim değişikliği ile ilişkilendirilmektedir ve küresel çapta büyük bir çevresel endişe kaynağıdır.

Karbon döngüsü, en kolay şekilde birbirine bağlı iki alt döngü olarak incelenebilir. Bu döngülerden ilki canlı organizmalar arasındaki hızlı karbon değişimiyle, ikincisi ise jeolojik süreçler yoluyla karbonun uzun vadeli döngüsüyle ilgilidir. Aşağıdaki şekilde karbon döngüsünün tamamı görülebilmektedir.

J. M. Evans, H. Perlman, USGS

Biyolojik Karbon Döngüsü

Canlı organizmalar, birçok yönden birbirlerine bağımlıdır ve bu bağımlılık, ekosistem sınırlarını dahi aşabilmektedir. Örneğin heterotroflar ve ototroflar, ekosistem içinde ve ekosistemler arasında, atmosferik karbondioksit yoluyla karbon alışverişinde bulunmaktadır.

Karbondioksit, ototrofların glikoz gibi çok karbonlu ve yüksek enerjili bileşikler oluşturmak için kullandıkları temel yapı taşıdır. Bu organizmalarda Güneşten elde edilen enerji, karbon atomlarını birbirine bağlayan kovalent bağları oluşturmak için kullanılır; bu bağlar da solunum sürecinde kullanılmak üzere enerji depolar. Karasal ototrofların çoğu, karbondioksiti doğrudan atmosferden alırken, deniz ototrofları karbondioksiti çözünmüş halde (karbonik asit, HCO₃^-) alır. Karbondioksit organizmaya ne yolla alınırsa alınsın, karbonun organik bileşiklerde işlenmesi, bir yan ürün olarak oksijen açığa çıkarır. Fotosentetik organizmalar da bu çerçevede atmosferdeki oksijen içeriğinin yaklaşık %21'inin korunmasından sorumludur.

Biyolojik karbon alışverişinde birincil düzeyde rol oynayan aktörler ise birincil tüketiciler; ağırlıklı olarak otçullar olmak üzere heterotroflardır. Heterotroflar, ototrofların yüksek enerjili karbon bileşiklerini sindirerek ve solunum yoluyla parçalayarak örneğin ATP formunda hücre enerjisi elde eder. En verimli solunum türü olan aerobik solunum, atmosferden elde edilen veya suda çözünmüş oksijenin solunmasını içermektedir. Bu nedenle (karbona ihtiyaç duyan) ototrof ve (oksijene ihtiyaç duyan) heterotrof türler arasında devamlı bir oksijen ve karbondioksit alışverişi gerçekleşir.

Ototroflar da solunum yapmakta; oluşturdukları organik molekülleri tüketmektedir, yani oksijen kullanır ve karbondioksit açığa çıkarırlar. Ancak buradaki detay, ototrofların fotosentezin atık ürünü olarak kendi solunumları için kullandıklarından daha fazla oksijen gazı açığa çıkarıyor olmalarıdır. Böylelikle, bir ekosistem içinde yaşayan aerobik organizmaların solunumu için gereken oksijen miktarı fazla fazla sağlanır. Atmosfer ve su yoluyla gaz alışverişi, karbon döngüsünün Dünya'daki tüm canlı organizmaların birbirine bağlandığı yollardan biridir.

Biojeokimyasal Karbon Döngüsü

Karbonun kara, su ve hava yoluyla hareketi, anlaşılması zor bir konudur ve birçok durumda canlı organizmalar arasındaki hareketten çok daha yavaş gerçekleşir. Karbon, atmosfer, sıvı su kütleleri (çoğunlukla okyanuslar), okyanus tortuları, toprak, kayalar (fosil yakıtlar dahil) ve Dünya'nın iç kısımlarında bulunan, karbon rezervuarları olarak adlandırılan yerlerde uzun süreler boyunca depolanır.

Atmosfer, fotosentez süreci için gerekli olan karbondioksit formundaki karbonun ana kaynağıdır ve okyanuslarda bulunan karbon rezervuarı, atmosferdeki karbondioksit seviyesini ciddi düzeyde etkilemektedir; zira atmosfer ve su kütleleri arasındaki karbon alışverişi, iki tarafta da ne kadar karbon bulunduğunu doğrudan etkiler.

Atmosferdeki karbondioksit (CO₂) suda çözünür ve oksijen ve azot gazı yerine su molekülleriyle reaksiyona girerek iyonik bileşikler oluşturur. Bu iyonlardan bazıları, deniz suyunda bulunan kalsiyum iyonları ile birleşerek deniz organizmalarının kabuklarının ana bileşeni olan kalsiyum karbonatı (CaCO₃) meydana getirmektedir. Bu organizmalar, öldükten sonra okyanus tabanına çöker ve bu şekilde zaman içinde biriken kalsiyum karbonat, Dünya'nın en büyük karbon rezervuarını, yani kireçtaşını oluşturur.

Karada ise karbon, canlı organizmaların veya kaya ve minerallerin ayrışması sonucu açığa çıkar ve organik karbon formunda, toprakta depolanır. Yerin altında, karada ve denizde, oluşması milyonlarca yıl süren bitkilerin anaerobik yollarla ayrışmış kalıntıları olan fosil yakıtlar bulunmaktadır. Fosil yakıtların kullanım hızı, oluşma hızından kat be kat fazladır; bu sebeple fosil yakıtlar, yenilenemeyen kaynaklar olarak kabul edilmektedir.

Agora Bilim Pazarı

Son Kullanma Tarihi

Elli yıl önce, bugün sahip olduğumuz insan nüfusunun yarısına sahiptik.
Bu büyüme döneminde tüm bu insanları beslemeyi nasıl başardık.
İleriye baktığımızda, geleceğin genişleyen nüfusunu nasıl besleyeceğiz?
Bu kadar çeşitli bir nüfusa sürdürülebilir bir şekilde güvenli, yüksek kaliteli, sağlıklı gıdaları nasıl sağlayacağız?

Gıdalar insanlık tarihi boyunca pişirilerek, fermente edilerek ya da başka yöntemlerle işlenmiştir. Ancak günümüzde süpermarket raflarında bulunan ürünlere baktığımızda şu soruyu sormadan edemiyoruz: Fazla mı ileri gittik?

Bilim, kimyasal reaksiyonlarla ve organizmaları manipüle ederek gıdaların ömrünü uzatmanın pek çok yolunu buldu. Haftalarca taze kalan elmalar, aylar yerine birkaç gün içinde olgunlaşan peynirler, laboratuvar ürünü biftekler, 3D yazıcıdan çıkan pizzalar…

Nicola Temple bu kitapta hazır yemeklerin neler içerdiğini, sebze ve meyvelerin ömrünü uzatmanın nasıl sağlandığını, gıda işlemede nanoteknolojinin yerini, konunun uzmanı olmayanların da kolayca anlayacağı bir biçimde aktarıyor ve en sevdiğimiz yiyeceklerin inovasyon, israf ya da savaşlardan nasıl etkilendiğini ortaya koyarak bilimkurgu kitaplarından fırlamış gibi görünen yiyecekleri tükettiğimiz bir gelecek ihtimaline de göz atıyor.

Son Kullanma Tarihi’ni okuduktan sonra işlenmiş gıdalar konusunda neyin kabul edilebilir neyin kabul edilemez olduğunu değerlendirebilecek ve daha rasyonel tüketiciler haline geleceksiniz.

Devamını Göster

₺120.00

Satın Al Tüm Ürünler

• Dış Sitelerde Paylaş

Karbonun atmosfere girmesinin bir başka yolu da (okyanusların diplerini oluşturan topraklarda bulunanlar da dahil olmak üzere) volkanların ve diğer jeotermal sistemlerin patlamasıdır. Okyanus tabanındaki karbon tortuları, bir tektonik plakanın diğerinin altına doğru hareketi olan dalma-batma süreci ile Dünya'nın derinliklerine taşınır. Bu şekilde biriken karbon, bir volkan patladığında veya volkanik hidrotermal bacalar aracılığıyla atmosfere karbondioksit olarak salınır.

Yukarıda açıklanan yolların yanında beşeri hayvancılık uygulamaları da atmosfere karbondioksit salınımına sebep olmaktadır; zira Dünya'nın artan insan nüfusunu beslemek için yetiştirilen çok sayıda kara hayvanı, nefes alış verişiyle atmosferdeki karbondioksit seviyesini artırmaktadır. Bu, beşeri kaynaklı faaliyetlerin dolaylı yollarla biyojeokimyasal döngüleri nasıl etkilediğinin bir örneğidir. Artan atmosferik karbonun iklim değişikliği üzerindeki etkileri hakkındaki tartışmaların çoğu fosil yakıtlara odaklansa da, bilim insanları bu artışın gelecekteki etkisini modellerken ve öngörülerde bulunurken volkanlar, bitki büyümesi, toprak karbon seviyeleri ve solunum gibi doğal süreçleri de dikkate almaktadır.

Azot (Nitrojen) Döngüsü

Azotun canlılar dünyasına girmesi zordur. Zira bitkiler ve fitoplanktonlar, atmosferin %78'ini oluşturan, sıkı bağlı, üçlü kovalent N² şeklinde bulunan azotu bünyelerine alacak donanıma sahip değildir. Bu sebeple azot, canlılar dünyasına azotu azot fiksasyonu (N₂'nin dönüştürülmesi) yoluyla makromoleküllerine alan serbest yaşayan simbiyotik bakteriler sayesinde girer.

Azot fiksasyonunda önemli bir rol oynayan siyanobakteriler, güneş ışığının mevcut olduğu çoğu su ekosisteminde yaşamaktadır ve inorganik kaynaklardan azot temin edebilmektedir. Örneğin Rhizobium türündeki bakteriler, bezelye, fasulye ve yer fıstığı gibi baklagillerin kök nodüllerinde simbiyotik olarak yaşamaktadır ve bu bitkilerin ihtiyaç duyduğu organik azotu sağlarlar. Serbest yaşayan bakteriler, örneğin Azotobacter türündeki bakteriler de önemli azot kaynaklarıdır.

Ekosistem çapında birincil üretim ve ayrışma gibi birçok ekosistem, ekosistemde bulunan azot kaynağı ile sınırlandırılmaktadır. Bu çerçevede organik azot, ekosistem dinamiklerinin incelenmesi açısından önemli bir bilgi kaynağı halini almaktadır. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi azot, azot fiksasyonu yoluyla canlı sistemlere girer ve bakteriler, bu organik azotu azot gazına dönüştürür. Bu süreç, karasal ekosistemlerde amonifikasyon, nitrifikasyon ve denitrifikasyon olmak üzere üç aşamada gerçekleşmektedir:

1. Amonifikasyon sürecinde canlı hayvanların veya ölü hayvanların kalıntılarında bulunan azotlu atıklar, belirli bakteri ve mantarlar ile amonyuma (NH₄+) dönüştürülür.
2. Bu yolla meydana gelen amonyum, Nitrosomonas gibi bakteriler tarafından nitrifikasyon yoluyla nitritlere (NO₂-) dönüştürülür. Ardından nitritler, yine benzer organizmalar tarafından nitratlara (NO₃-) dönüştürülür.
3. Döngünün son adımı olarak denitrifikasyon gerçekleşir; Pseudomonas ve Clostridium gibi bakteriler, nitratları nitrojen gazına dönüştürür ve böylelikle nitrojen gazı geri atmosfere salınır.

J. M. Evans, H. Perlman, USGS

Beşeri faaliyetler, yani farklı türde azot oksitlerin salınımına sebep olan fosil yakıtların yakılması ve tarımda azot ve fosfor bileşikleri içeren yapay gübrelerin kullanılması; bu gübrelerin de yüzey akışıyla göllere, akarsulara ve nehirlere aktarılması yollarıyla azot salınımına katkıda bulunmaktadır. Bu faaliyetler, N₂ hariç atmosferik azotların salınımı, HNO₃ formunda nitrik asit yağmurları ve N₂O formunda azot oksit sebebiyle doğan sera gazı etkileri de dahil olmak üzere Dünya'nın ekosistemleri üzerinde potansiyel iklim değişikliğine neden olan etkilerle ilişkilendirilmektedir. Gübrelerin yüzey akışıyla su kütlelerine ulaşması, bu kütlelerde yaşayan alglerin aşırı büyümesine sebep olmakta; bu da birkaç başkaca soruna yol açarak tuzlu ve tatlı su ötrofikasyonuna sebep olmaktadır.

Burada anlatılan sürece benzer bir süreç, amonifikasyon, nitrifikasyon ve denitrifikasyon süreçlerinin deniz bakterileri ve arkeleri tarafından gerçekleştirildiği deniz azot döngüsünde de meydana gelmektedir. Denizlerde bulunan azotun bir kısmı, okyanus tabanına tortu olarak yerleşir ve ardından, zaman içinde Dünya yüzeyinin yükselmesiyle karaya taşınabilir ve böylece karanın bir parçası olabilir. Azotun karadan doğrudan canlı sistemlere geçişi, atmosferde bulunan azotun geçişiyle karşılaştırıldığında önemsiz olarak değerlendirilse de 2011 yılında yapılan bir çalışma, bu sürecin son derece önem arz ettiğini ve küresel azot döngüsüne ilişkin tüm çalışmalarda göz önünde bulundurulması gerektiğini göstermiştir.^[1]

Fosfor Döngüsü

Fosfor, nükleik asitlerin ve fosfolipitlerin temel bileşenlerinden birisidir ve kalsiyum fosfat formunda, kemiklerimizi destekleyen bileşenlerin oluşumunda rol oynar. Bu görevlerinin yanında fosfor, sucul ekosistemlerin ve özellikle tatlı su ekosistemlerinin sınırlayıcı besin maddelerinden birisidir; zira organizmaların büyümesi için gereken bir bileşendir.

Fosfor, doğada fosfat iyonu (PO₄^3-) olarak bulunur. Doğal fosfat akışı, fosfat içeren kayaların aşınmasıyla fosfatların nehirlere, göllere ve okyanuslara taşınmasıyla gerçekleşir. Buna ek olarak beşeri faaliyetler de fosfat akışına katkıda bulunmaktadır.

Okyanusta yaşayan organizmalar ve bu organizmaların dışkıları, okyanusta bulunan, fosfat içeren çökeltilerin başlıca kaynağıdır. Bununla beraber volkanik kül, aerosoller ve mineral tozları da önemli fosfat kaynaklarıdır. Okyanusta biriken çökeltiler, zaman içinde Dünya yüzeyinin yükselmesi ile karalara taşınır. Ancak fosfatın okyanuslardan karalara çıkışı oldukça yavaştır; ortalama bir fosfat iyonu, okyanuslarda 20 bin ila 100 bin yıl arasında bir süre geçirir.

Fosfor, okyanusta çözünen fosfat ve okyanus organizmaları arasında bir alışverişe de sahne olmaktadır.

J. M. Evans, H. Perlman, USGS

Yüzey gübre akışları ve kanalizasyonlardan bu ekosistemlere giren fosfor ve azot, alglerin aşırı büyümesine neden olur. Bu organizmaların da ölmesi ve çürümesi, çözünmüş oksijen kaynaklarını harcayarak kabuklu deniz hayvanları ve yüzgeçli balıklar gibi suda yaşayan organizmaların ölümüyle sonuçlanır. Bu süreç, genellikle yaz aylarında meydana gelen, göllerde ve birçok büyük nehrin ağzında oluşan ölü bölgeleri ve kitlesel balık ölümlerini beraberinde getirir.

R. Simmon, J. Allen, NASA Dünya Gözlemevi

Ölü bölge, göl ve okyanuslarda, nehir ağızlarına yakın geniş alanların periyodik olarak normal floralarından ve faunalarından yoksun kaldığı alanlardır. Bu bölgelerin başlıca oluşma sebebi ötrofikasyon, petrol sızıntıları, zehirli kimyasal boşaltımı ve başkaca insan faaliyetleridir.

Ölü bölgelerin sayısı, birkaç yıldır bir artış eğilimi göstermektedir ve 2008 yılı itibariyle 400'den fazla ölü bölge olduğu bilinmektedir. Bu bölgeler arasında en kötüsü, Mississippi Nehri havzasından gelen gübre akışıyla oluşan 13.62 km²'lik bir bölgedir ve ABD'nin Meksika Körfezi kıyılarında bulunmaktadır.

Gübre kaynaklı fosfat ve nitrat akışı, Amerika Birleşik Devletleri'nin doğusunda bulunan Chesapeake Körfezi de dahil olmak üzere birçok göl ve körfez ekosistemini olumsuz etkilemektedir.

Chesapeake Körfezinde Neler Oluyor?

(a) NASA, MODIS; (b) ABD Ordusu

Chesapeake Körfezi, Dünya üzerindeki en güzel manzaraya sahip bölgelerden birisidir. Ancak şu anda gübre akışı başta olmak üzere çeşitli sorunların etkisi altındadır ve ölmekte olan ekosistemlerin bir örneği olarak kabul edilmektedir.

Bu körfez, 1970'li yıllarda birçok balık, istridye ve solucan gibi dipte yaşayan türlerin ölmesine sebep olan ölü bölge fenomeninin ilk gözlemlendiği su ekosistemlerinden biridir. Körfezde gözlemlenen tür azalışının nedeni, kara bölgelerinde kullanılan yapay gübrelerin aşırı miktarda besin maddesine sahip olması; bu besin maddelerinin ise yüzey akışı ile bu körfezde birikmesidir. Bölgede bulunan yüksek azot ve fosfatın tek sorumlusu gübreler değildir; zira körfez çevresinde birçok kentsel yaşam alanı bulunmaktadır ve 150'den fazla nehir ve akarsu, taşıdıkları bahçe ve çayırlık bölge içeriklerini bu körfeze boşalmaktadır. Bu rakamlar da sorunu daha karmaşık bir hale getirmekte; çözüm de tarım, endüstri ve bölgede yaşayan insanların işbirliğini gerektirmektedir.

Korumacıların özellikle odaklandığı bir konu da körfezde yaşayan ve hasadının son derece önemli bir endüstri olduğu istiridye popülasyonudur. 1700'lerde körfezde 200 bin dönümden fazla istiridye resifinin bulunduğu tahmin edilmektedir; ancak bu sayı maalesef günümüzde 36 bin dönüme düşmüştür. Buna bağlı olarak da hasat oranları 1982 ve 2007 yılları arasında %88 düşüşe sahne olmuştur. Bu düşüş yalnızca gübre akışı ve ölü bölgelerden değil, aşırı hasattan da kaynaklanmaktadır. Zira istiridyelerin üreyebilmesi için birbirine yakın olmaları gerekir ve bu yakınlık ancak belirli bir asgari nüfus yoğunluğunda mümkün olmaktadır. Beşeri faaliyetlerle de istiridyeler yerlerinden edilmiş, ekosistem büyük ölçüde bozulmuştur. Bununla beraber Chesapeake Körfezi'ndeki istiridye popülasyonunun restorasyonu birkaç yıldır bazı kriterlere göre başarılı, bazı kriterlere başarısız olarak devam etmektedir.

İstiridye endüstrisinin bölgede önemli bir endüstri olmasının sebebi yalnızca birçok insanın bu istiridyeleri lezzetli bir gıda ürünü olarak görmeleri değildir. İstiridyeler, bir besin kaynağı olmanın yanında süzücü türlerdir; yani bu organizmalar, beslenme sırasında ince bölünmüş uzantılarıyla (solungaçlarıyla) devamlı su pompalayarak, böylelikle mukuslarında prokaryotları, planktonları ve ince organik parçaları yakalayarak etraflarındaki suyu da temizlerler. 1700'lü yıllarda istiridye popülasyonunun körfezin barındırdığı bütün suyu yalnızca birkaç günde filtreleyebildiği tahmin edilmektedir. Günümüzde değişen koşullarla beraber mevcut hacmin tüm körfezi filtrelemesinin yaklaşık bir yıl kadar süreceği düşünülmektedir.

İstridyelerin daha verimli bir şekilde üreyebilmeleri amacıyla nüfus yoğunluğunun artırılması yönünde çaba gösteren ekosistem restorasyon çalışmaları, Chesapeake Körfezi Vakfı gibi kar amacı gütmeyen kuruluşlarca birkaç yıldır sürdürülmektedir. Bu istiridyelerin hastalıklara dayanıklı birçok varyantı, William ve Mary Koleji - Virginia Deniz Bilimleri Enstitüsünce geliştirilmiştir ve bu varyantlar, deneysel istiridye resifi projelerinde yer almıştır. Bununla beraber, Virginia ve Delaware bölgelerinin körfezi temizleme ve restore etme çabaları, körfezdeki kirliliğin büyük bir kısmının başkaca eyaletlerden kaynaklanması sebebiyle sekteye uğramıştır; bu başarısızlıklar da başarılı bir restorasyon için eyaletlerarası işbirliğinin önemini tekrar tekrar vurgular niteliktedir.

Yeni ve daha güçlü istridye türleri, yenilikçi ve ekonomik bağlamda uygulanabilir bir endüstri olan istridye yetiştiriciliği endüstrisinin de doğmasına önayak olmuştur. Bu endüstri, istiridyeleri yalnızca gıda ve kâr olarak görmemekte; körfezin temizlenmesi ve arındırılması gibi daha büyük bir amaca da hizmet etmektedir.

Sülfür Döngüsü

Sülfür, sistein aminoasidinin bir parçası olarak proteinlerin oluşumunda rol oynamaktadır ve canlıların makromoleküllerinin oluşumu için gerekli bir elementtir. Aşağıdaki şekilde de gösterildiği üzere sülfür, okyanuslar, kara ve atmosfer arasında sürekli bir döngü halindedir. Atmosferik sülfür, sülfür dioksit (SO2) formundadır ve ilki organik moleküllerin ayrışmasıyla; ikincisi volkanik aktivite ve jeotermal bacalar aracılığıyla ve üçüncüsü fosil yakıtların yakılmasıyla olmak üzere atmosfere üç şekilde salınır.

J. M. Evans, H. Perlman, USGS

Karada ise sülfür, yağış; atmosferden doğrudan iniş; kaya ayrışması ve jeotermal bacalar olmak üzere dört ana yolla birikmektedir. Atmosferik sülfür, sülfür dioksit (SO₂) formunda bulunur ve yağmur yağarken bu sülfür bileşenleri, zayıf sülfürik asit (H₂SO₄) formunda çözünür. Sülfür, serpinti adı verilen bir süreçle doğrudan atmosferden de alınabilir. Bunun yanında, sülfür içeren, okyanus çökeltilerinin jeolojik yollarla yükselmesiyle karaya çıkan kayalar da çözündükçe bu kayaların içerdikleri sülfür, toprağa salınır. Karasal ekosistemlerde bulunan bitkiler de kökleri aracılığıyla bu sülfatları (SO₄^2-) alarak besin ağına dahil eder. Bu bitkiler de ölüp ayrıştıklarında içerdikleri sülfür, hidrojen sülfür (H₂S) gazı olarak atmosfere geri salınır.

Wikimedia Commons

Sülfür, okyanuslara kara akışı, atmosferik serpinti ve su altı jeotermal baca sızıntıları yollarıyla girmektedir. Buna bağlı olarak bazı ekosistemler, sülfürü biyolojik enerji kaynağı olarak kullanan kemoototroflar çerçevesinde şekillenmektedir. Sülfürün bu şekilde kullanımı, sülfat formunda deniz ekosistemlerini destekleyen bir nitelik kazanır.

Küresel sülfür döngüsünün değişmesinde önemli rol oynayan bir başka aktör de beşeri faaliyetlerdir. Özellikle kömür formunda büyük miktarlarda fosil yakıtın yakılması, atmosfere büyük miktarlarda hidrojen sülfür gazının salınmasına neden olmakta; bu gaz da yağmurla beraber yeryüzüne indiğinde asit yağmuru olarak bilinen, göllerin pH'ını düşürerek doğal çevreye zarar veren, birçok bitki ve hayvanın ölümünden sorumlu fenomen yaşanmaktadır. Asit yağmuru, yağmur suyunun sülfür dioksit gazı aracılığıyla yere düşerek zayıf sülfürik aside dönüşmesi ve bunun da su ekosistemlerine zarar vermesiyle oluşan aşındırıcı nitelikli yağmurdur. Asit yağmuru, ayrıca binaların kimyasal olarak bozunmasına da sebep olarak beşeri çevreyi de etkilemektedir. Örneğin, Washington DC'deki Lincoln Anıtı gibi birçok mermer anıt, asit yağmurlarından önemli ölçüde zarar görmüştür. Bu örnekler, insan faaliyetlerinin çevremiz üzerindeki geniş kapsamlı etkilerini ve gelecekte bizi bekleyen zorlukları gözler önüne sermektedir.

Özet

• Mineral formunda besinler, ekosistemler ve çevreleri kapsamında bir döngü halindedir.
• Bu döngüler arasında özellikle önemli olanlar su, karbon, azot, fosfor ve sülfür döngüleridir.
• Tüm bu döngüler, ekosistem yapısı ve işlevi üzerinde büyük etkilere sahiptir.
• Beşeri faaliyetler bu döngülerde büyük bozulmalara neden olmaktadır. Dolayısıyla bu döngülerin incelenmesi ve modellenmesi, özellikle koruma çabaları açısından büyük önem arz etmektedir.
• Ekosistemler, kirlilik, petrol sızıntıları ve küresel iklim değişikliğine neden olan olaylar nedeniyle doğal biyojeokimyasal döngüleri değiştiren çeşitli insan faaliyetlerinden zarar görmüştür.
• Biyosfer sağlığı, bu döngülerin anlaşılmasına ve çevrenin geri dönüşü olmayan hasarlardan nasıl korunacağına bağlıdır.