Fotosentez ve Oksijen: Dünya'nın Oksijen Kaynakları Neler? Ağaçlar ve Ormanlar, Oksijen İçin Ne Kadar Önemli?

"Ağaçlar, gezegenimizin akciğerleridir." Hepimiz bu sözü duymuşuzdur. Ancak bu söz ne kadar doğru? Ağaçlar, sözde kastedilmek istenen gibi gezegenimizin asıl oksijen kaynakları mı? Yoksa bu söz, aslında başka bir gerçeğe mi işaret ediyor?

Öncelikle, başlıktaki sorunun cevabını verelim: Dünya'nın oksijen kaynakları neler ve her bir kaynağın payı ne kadar? Şöyle:

• Fitoplanktonlar ve Denizel Bitkiler: %70
• Ağaçlar/Ormanlar, Otlar, Çimler ve Diğer Karasal Bitkiler: %28
• Diğer Kaynaklar: %2

İlk defa görüyorsanız bu tablo sizi şaşırtabilir: Ağaçlar, modern oksijen üretiminin çok ufak bir kısmından sorumludur. An itibariyle havaya pompalanmakta olan oksijenin %50-85 arasını denizel bitkiler üretir; karasal bitkiler sadece %28'lik bir kısımdan sorumludur.

Arbor Day Foundation

Ağaçlar Gezegenimizin Akciğerleri mi?

Bu durumda, yukarıdaki meşhur söz hatalı mı? Kısmen. Yani biraz hatalı, biraz da değil. İşin detayına bakmak gerekiyor:

Söz tamamen hatalı sayılmaz; çünkü "Ağaçlar, gezegenimizin oksijen kaynağıdır." demiyor. "Ağaçlar, gezegenimizin akciğeridir." diyor. Biliyoruz ki akciğerler "oksijen üreten" organlar değiller. Var olan oksijeni kana geçiren, kanın topladığı atıkları da karbondioksit olarak havaya veren "kimyasal arıtma tesisleridir". Gerçekten de, tıpkı akciğerler gibi, oksijen ile karbondioksit arasındaki alışverişi sağlarlar. Hem de tersten: Karbondioksit alırlar ve oksijen verirler. Buna fotosentez diyoruz.

Fakat söz tamamen doğru da değil. Çünkü karasal bitkilerin sayısı, denizel bitkilerin sayısına göre aşırı çok ama çok az. Dolayısıyla günümüzdeki oksijen kaynakları arasında en büyük pay ormanlara ait değil. Denizlerde yaşayan ve ormanlar oluşturmayan mikroskobik fotosentetik (bitkisel) planktonlara ait!

PNAS

Bitkilerin Solunum Yapan Canlılar Olduğu Gerçeği Unutuluyor!

Karasal olsun olmasın, mikroskobik olsun olmasın, fotosentetik canlılarla ilgili sıklıkla unutulan sorun şu: Yukarıda sayılan bütün bitkiler de (hem ağaçlar, hem de fitoplanktonlar) canlı varlıklar. Dahası, oksijenli solunum yapan canlılar! Dolayısıyla fotosentez yoluyla havaya oksijen veriyor olsalar da, bütün hücreleri fonksiyonlarını sürdürebilmek için oksijen tüketmek zorunda. Dolayısıyla karbondioksit ve güneş ışığı kullanarak ürettikleri oksijenin önemli bir kısmını solunum yoluyla tüketmek zorunda kalıyorlar!

Bu durumda kritik soru şu oluyor: Bitkilerin fotosentez yoluyla ürettikleri oksijen miktarı, solunum yoluyla tükettikleri oksijen miktarından fazla mı, az mı, yoksa iki miktar birbirine eşit mi?

Buna yönelik çalışmalar, fotosentez yoluyla üretilen oksijenin, solunum yoluyla tüketilen oksijenden 10 kat kadar fazla olabildiğini gösteriyor. Dolayısıyla tüm bitkiler, atmosfere oksijen pompalıyorlar demekte bir sakınca yok. Yani yukarıdaki söz, "Bitkiler gezegenin oksijen kaynaklarıdır." olsa bile yeridir.

Ama sorunlar burada bitmiyor.

Data Nuggets

Modern Oksijen Kaynakları, Atmosferin Oksijenin Çok Ufak Bir Kısmı!

An itibariyle soluduğunuz havanın %20.9 civarı oksijendir. Bu durumda sorabilirsiniz: Yukarıda sözünü ettiğimiz oksijen pompalama işlemi, atmosferik oksijen oranlarını nasıl etkiliyor? Sonuçta eğer ki durmaksızın havaya oksijen pompalanıyorsa, atmosferik oksijen seviyeleri de hızla artmalıdır, öyle değil mi? Oksijen muhtaç olduğumuz bir gaz olsa da, fazlasının kitlesel yangınlara ve aşırı oksitlenme gibi biyokimyasal problemlere yol açabileceğini biliyoruz.

Bu konuda yapılan çalışmalar, soruyu şu şekilde soruyor: Yeryüzünde yaşayan bütün canlıları yok etseydik, atmosferik oksijen oranları nasıl değişirdi? Yani Dünya üzerindeki her bir orman, her bir çim, karayosunu, liken, her bir çiçek ve arı, orkide ve arıkuşu, her bir fitoplankton, zooplankton, balina, deniz yıldızı, bakteri, zürafa, aslan, ayı, köpek, kedi, albatros, mantar, plakozoa... Her canlı ama her bir canlı yok edilseydi, atmosferik oksijen oranları %20.9 seviyesinden kaça düşerdi?

Böylesine çılgın bir senaryoya yönelik bilgisayar destekli hesaplamalar sonucunda bile atmosferik oksijen seviyesi %20.9'dan %20.4 seviyesine düşmektedir. Karbondioksit seviyeleri milyonda 400 parçadan, milyonda 900 parçaya yükselmektedir. Bu seviye, fosil yakıtlar dolayısıyla 2100 yılında ulaşılması beklenen seviyeden daha düşüktür. Kuzey Amerika Paleontoloji Toplantısı'nda bu sonuçları duyuran Wisconsin Üniversitesi jeologu Shanan Peters şöyle diyor:

Tüm canlılık yok olsaydı bile neredeyse hiçbir değişim yaşanmazdı. Geriye sadece insanlar kalsaydı, solunum konusunda hiçbir problem yaşamadan varlığımızı sürdürmeye devam ederdik. Muhtemelen besin kaynağı bulmakta zorlanırdık; ancak hava bulmakta zorlanmazdık.

Oksijen Fazlalığı: Bu, Neden Böyle?

Bunun en temel nedeni, canlılar tarafından üretilen oksijenin %99.99 civarının yine canlılar tarafından tüketiliyor olmasıdır. Sadece tüketim de değil; aynı zamanda, bu canlıların ölmesi ve yenmesi sonucu tüketilen oksijen de, atmosferik oksijen dengesi hesabına katılmalıdır. Sadece ve sadece yenmekten kurtulan veya öldükten sonra hemen üzeri gömülen (veya oksijen barındırmayan okyanus tabanlarına çöken) canlılar, geride çok ufak bir oksijen fazlalılığı bırakmış olmaktadır.

Bu fazlalık, sadece fotosentetik canlılığın %0.01'i dolaylarındadır. Bu ufacık fazlalık, yüz milyonlarca yıla yayılan zaman dilimlerinde birikerek, günümüzdeki %20.9 seviyesine denk gelecek kadar oksijen biriktirmektedir. Yani bu oksijen atmosferimizde gün aşırı birikmemektedir. Benzer şekilde, atmosferik oksijen oranları inanılmaz hassas bir fotosentez-solunum dengesine bağlı değildir.

Dahası bu oran, jeolojik olaylardan da etkilenmektedir. Örneğin dinozorlar zamanında %32 dolaylarında olan atmosferik oksijen düzeyleri, dinozorları ve dönemin tüm türlerinin %75'inde fazlasını yok eden Kretase-Paleojen Yok Oluşu sonrasında günümüzdeki %20 dolaylarına düşmüştür.

IFLS

Peters şöyle diyor:

Soluduğumuz oksijenin ana kaynağının yağmur ormanları veya bu ormanların sahillerinin açıklarında yaşayan fitoplanktonlar olduğu fikri, uzun zaman skalası düşünülecek olursa, "sadece birazcık" (!) yanlıştır.

Fosil Yakıtların Gizli Problemi: Bizi Oksijensiz Bırakıyor!

Toprak altından çıkardığımız fosil yakıtları yakmanın ana problemini biliyoruz: Küresel ısınma. Ancak bir de gizli problem var: Atmosferik oksijen seviyeleri, yukarıda izah ettiğimiz gibi, bedenleri öldükten sonra tüketilemeyen karbon-temelli yaşamın geride bıraktığı ufacık artığın birikmesiyle belirlendiği için, yer altından bu ölü bedenlerin oluşturduğu "fosil yakıt"ları çıkarıp yaktığımızda, Dünya'nın sadece karbondioksit gibi sera gazı dengelerini alt üst etmiyoruz; aynı zamanda milyonlarca yıldır süregelen oksijen dengesini de alt üst ediyoruz.

Yaktığımız her "birim" fosil yakıt, sadece atmosferik karbondioksit seviyelerini bir miktar arttırmakla kalmıyor; aynı zamanda atmosferik oksijen seviyelerini bir o kadar (ve hatta ondan birazcık fazla) azaltıyor. Buna bağlı olarak, gezegenimizin yüzeyindeki ağaçları yakmaktan çok daha büyük bir problemi doğuruyoruz: On milyonlarca yıllık fotosentez ve oksijen fazlalığı dengesini, fosil yakıtlarla çalışan arabamızın, uçaklarımızın, trenlerimizin, vb. kontak anahtarına bastığımıza anda, sadece birkaç saniyede tersine çeviriyoruz!

Neyse ki, karbondioksidin aksine oksijeni "milyon birimdeki parçacık sayısı" ile değil, "yüz birimdeki parçacık sayısı" ile ölçüyoruz; çünkü atmosferik oksijen seviyeleri halihazırda inanılmaz yüksek değerlere sahip. Bu hediyeyi bize verenler, bundan yüz milyonlarca yıl önce göçüp gitmiş canlılar. Bu nedenle oksijenimiz hemen, yarın tükenmeyecek. En azından şimdilik...

Tek 1 İnsanın İhtiyacı Olan Oksijen İçin Kaç Ağaç Gerekir?

Fotosentez sırasında 1 molekül glikoz üretmek için 6 molekül karbondioksit gerekmektedir. Buna bağlı olarak 6 molekül oksijen, "atık" olarak etrafa saçılır. Bir glikoz molekülünde 6 karbon atomu vardır; dolayısıyla bir ağacın bünyesine katılan her bir karbon atomu için net olarak 1 adet oksijen atomu etrafa saçılır. 

Yetişkin bir çınar ağacı yaklaşık 12 metre uzunluğundadır. Kök ve yaprakları dahil, 2 ton civarında kütleye sahiptir. Eğer her yıl %5 uzayacak olursa, yılda 100 kilogram odun üretmesi gerekmektedir. Bu da, 38 kilogram karbon demektir. Eğer oksijen ve karbonun göreli kütleleri hesaba katılacak olursa, ağaç başına her yıl 100 kilogram oksijenin havaya verildiği söylenebilir.

Her bir insan yılda 9.5 ton hava solumaktadır. Havanın %21-23 civarı oksijen olduğu için, kişi başı yılda 740 kilogram oksijen tükettiğimiz söylenebilir. Bu durumda tek bir insanın 1 yıllık oksijen ihtiyacı için yaklaşık 7-8 ağaç gerektiği söylenebilir.

Ağaçların ve Ormanların Asıl Önemli Olma Nedeni Nedir?

Tüm bunlardan görülebileceği gibi, ağaçların ve ormanların asıl önemli olma nedeni, oksijen ihtiyacımızı karşılıyor olmaları değildir. Ormanlar, gezegenimizin en hayati yaşam alanlarından (habitatlardan) bazılarını bünyesinde taşımaktadırlar. Ormanların yıkımı, sayısız canlının soyunu tehdit etmektedir. Bu canlılar, zincirleme bir şekilde birbirlerine muhtaçtırlar. Dolayısıyla bazı türlerin yok olması, onların avcılarını veya onlardan faydalanan diğer türleri tehdit etmektedir. Ormanları yok ettikçe, ekosistemin dengesini alt üst etmekteyiz. Bu ekosistemin bir parçası olduğumuz için, hayati habitatları yok ettikçe, kendi sonumuzu hazırlamaktayız.

Yeryüzünde an itibariyle tek bir ağaç olmasaydı bile belki nefes alabilirdik. Ancak ne ot, ne o otlardan beslenen hayvanlara erişemeyeceğimiz için, acı ve sancı içerisinde yok olurduk. Sadece biz de değil; bitkilere oksijen için olmasa da besin amaçlı muhtaç olan bütün ekosistem, kartlardan yapılmış bir ev gibi çökerdi.

Found the World

Muhakkak evrimsel süreçte bu zorlu duruma bile adapte olan türler bulunurdu; ancak biz insanların onlardan biri olma ihtimalimiz yok denecek kadar az.

Dolayısıyla ormanları, oksijen ihtiyacımız gibi bencil bir amaçla korumamalıyız. Ormanları koruma nedenimiz, bizim de içinden geldiğimiz yaşam alanlarına ve doğaya olan saygımızdan ötürü olmalı. Bu Dünya'nın efendileri gibi davransak da, diğer türler olmadan varlığımızı sürdüremeyiz. Dolayısıyla illa bencil nedenler gerekiyorsa, onlar ile olan yakın bağımız sayesinde varlığımızı sürdürebildiğimiz gerçeğini hatırlamakta fayda var.

Onlar olmasaydı, var olamazdık. Onlar olmazsa, var olamayız.