Su Döngüsü: Bir Su Molekülünün Dünya Üzerindeki Bitmek Bilmez Yolculuğu...

Belki de, Dünya üzerindeki karasal yaşamın geleceğini, bir su molekülünün yapacağı yolculuktan daha fazla etkileyen bir şey yoktur. Çünkü su (şimdilik bildiğimiz kadarıyla), yaşam için olmazsa olmazdır. Dünya üzerinde yaşayan tüm karasal canlılar, hayatlarını ya tatlı su kaynaklarına göre, ya da dolaylı olarak yedikleri yiyeceklerden almak üzere kurmuştur.

Ancak suyun kendisi kadar, içerisinde barındırdığı ve barındırmadığı kimyasallar da önemlidir. Barındırmadığı kimyasallar dememizin sebebi, örneğin deniz suyu içerisinde bulunan ve fazlası canlılar için ölümcül olan tuz, yani NaCl bileşiğidir. Deniz suyunun arıtılması konusuna bu yazımızda girmeyeceğiz; fakat suyun yapacağı bu yolculukta, barındığı kimyasallardan çok barındırmadığı kimyasalların yaşam için daha önemli olacağını görmemiz açısından deniz suyu, bir örnek teşkil etmektedir.

Bildiğimiz gibi, Dünya'daki toplam suyun çok büyük çoğunluğunu, yaklaşık %98'ini tuzlu sular meydana getirmektedir. Dolayısıyla, sadece geriye kalan %2'lik kısım tatlı su, yani denizel olmayan canlılar tarafından içilebilir sudur. Bu %2'lik kısmın da; %68'i buzul olarak, %31'i yeraltı suyu olarak, %0,3'ü de yüzeysel su olarak karşımıza çıkar. Burada ilginç olan ise; tüm dünyadaki suların sadece %0,006'sının yüzey suyu, yani göl ve akarsu gibi kendisini gösterdiğidir. Anlayacağımız, yeraltında bulunan taban suyu, göl ve akarsu gibi yerüstünde bulunan suların yaklaşık olarak 100 katına karşılık gelir!^[1] Bu da bize, taban suyunun sandığımızdan çok daha fazla olduğunu gösterir.

Su Molekülünün Yolculuğu

Bir diğer ismi, Su Döngüsü olan bu olgu; havadaki kümelenmiş halde bulunan su kütlesinin, yani bulutun yeterli soğukluğa ve yoğunluğa ulaşması ile birlikte su damlalarına ve kar tanelerine dönüştükten sonra, buluttan ayrılıp yeryüzüne düşmeye başlaması ve eğer sahip olduğu sıcaklıktan daha sıcak bir ortamla karşılaşırsa sıvı madde olan su damlasına, bir diğer deyişle yağmur damlasına dönüşmesiyle başlar. Öyle ki, yağan yağmurların çoğu kar tanelerinin eriyip su damlasına dönüşmesiyle meydana gelmektedir.^[2]

Ardından, kütleçekimin etkisiyle artık yere ulaşan su molekülü, yolculuğunun canlılar adına en kritik noktasına ulaşmıştır: O da nereye düşeceğidir. Aşağıda, farklı senaryolar üzerinde durmaktayız.

Orman Ekosistemindeki Yolculuğu

Söz konusu su taneleri, eğer şanslıysak bir ormana düşer ve orada, yerde bulunan ölü örtü sayesinde yüzeysel akışa geçmeden, ölü örtünün adeta bir sünger gibi onu kendisine çekmesiyle birlikte yavaşça yeraltına akışa geçmeye başlar. Buna, infiltrasyon denir.^[3]Sonrasında, su damlası eğer uygun bir ortama denk gelmişse, buradan da perkolasyon olayı sayesinde taban suyuna, yani yeraltı suyuna geçmiş olur - ki canlılar için içilebilir suların en kalitelisi budur. Bunun nedeni, geçişin yaşandığı topraktaki organik madde olan ölü örtü (bu genellikle dökülmüş yapraklardır) ve bakteriler ile reaksiyona girmesi sonucu toksik etki yapma potansiyeli olan maddelerden temizlenmesi ve topraktaki mineral maddeler tarafından zenginleştirilmesidir.

Taban suyuna geçiş olayında su damlasının, yine eğer şanslıysak uğramasını isteyeceğimiz şey, geçirimli kaya tabakasıdır, yani akiferdir. Akiferler, suyun yeraltına geçişine izin veren ve burada depolanması sağlayan jeolojik oluşumlardır.

Wikimedia

En nihayetinde, akiferden sonra geçirimsiz bir kaya tabakasına gelen su damlası veya damlaları, burada birikerek devasa su kütleleri meydana getirirler. Burada dış dünyadan tamamen izole olmuş bir ekosistem meydana getirirler. Buna bir örnek olarak; yeraltı ekosistemine çok iyi bir şekilde adapte olmuş, karanlık bir ortamda olması dolayısıyla da evrimsel süreç içerisinde gözlerini tümüyle kaybetmiş olan Texas Kör Semenderi'dir.

Wikimedia

Şehir Ekosistemindeki Yolculuğu

Ancak elbette, her su molekülü ormanlık alana düşmez. Alansal olarak ufak bir kısmı da yaşadığımız şehirlere düşer. Ormanlara kıyasla şehirler, içilebilir tatlı su üretim fonksiyonu bakımından oldukça düşük bir özelliğe sahiptir. Çünkü en başta, şehir yüzeyinde permeabilitesi ("geçirgenliği") yüksek bir toprak yerine, oldukça sıkışmış ve geçirgenliğini kaybetmiş bir toprak bulunur - ki o da, betondan kurtulan kısmı için geçerlidir. Buraya düşen yağış sularının, infiltrasyon ve perkolasyon seviyesi çok düşük olacağı için, çoğunluğu yeraltına geçemez ve doğrudan yüzeyin üzerinde hareket eder. Buna da, yüzeysel akış denir.^[4]

Aslına bakılırsa, yüzeysel akış her ne kadar tatlı su üretimi fonksiyonu olarak canlılar tarafından pek istenmeyen bir hidrolojik bileşen olsa da, tahmin edileceği üzere her zaman gerçekleşir. Çünkü, her toprağın bir doygunluk seviyesi vardır. Örneğin, kurumuş bir topraktaki nem seviyesi çok düşük olacağı için, bu toprağın doygunluğa ulaşması daha uzun sürer ve dolayısıyla -eğer toprağın geçirgenliği de yüksekse- yüzeysel akışın oranı azalmış olur. Anlayacağımız önemli olan, yüzeysel akışa geçen suyun yüzeyaltına drene olan suya olan oranıdır. Kentlerde bu oran, ormanlara kıyasla daha yüksek olduğu için, içme suyu miktarında ve kalitesinde ciddi bir düşüş oluşur.

Suyun kalitesini düşüren bir diğer faktör ise, yüzeysel akışın sahip olduğu anlık hızın, ormanlara kıyasla daha yüksek olması dolayısıyla, sedimantasyonun olayının meydana gelmesidir. Sedimantasyon, suyun akışı sırasında yüzeyden bünyesine kattığı toz ve kum taneleri gibi maddeleri belirli bir yere biriktirmesine denilebilir. Sedimantasyon artışı sonucunda da yine, içilebilir su miktarı ve kalitesi azalmış olur. Bununla birlikte, yüzeysel akışın yüksek hızda olması sadece sedimantasyonu değil, aynı zamanda erozyonu ve toprak kaymasını da artıran bir unsurdur.

Wikimedia

En nihayetinde, şehir ekosistemlerinde genellikle bir şekilde kanalizasyona drene olan su molekülü, uzun bir yolculuğundan ardından en yakındaki su kütlesine (örneğin, denize) taşınır ve buradan da belirli bir süre içerisinde buharlaşıp su buharı olarak atmosfere yayılır.

Atmosfere Buharlaşma

Ancak atmosfere geri buharlaşma biçimi asla bir tane değildir. Eğer ki bitkiler dışında, topraktan veya denizden buharlaşıp atmosfere yayılıyorsa buna evaporasyon; bitkilerin stoma kanallarından yaptıkları terleme ile atmosfere yayılıyorsa buna transpirasyon; yağmur veya kar yağışının ardından bitkilerin yaprakları ve gövdeleri tarafından tutulan su moleküllerinin buharlaşıp atmosfere geri buharlaşmasına ise intersepsiyon denir. Eğer ki bir yerde, ormanların kapladığı alan fazla ise, yaprakları ve gövdeleri tarafından tutulan su yine oldukça yüksek olacağı için yağış suları ilk dakikalarda toprağa bile düşemez. Dolayısıyla intersepsiyonun su döngüsündeki rolü sanılacağının aksine önemli bir boyuttadır. En nihayetinde ise, atmosfere yayılan tüm bu su kütlesinin toplamına evapotranspirasyon adı verilir.^{[5], [6]}

Sonuçta, ısı enerjisiyle gaz hale dönüş yapan su molekülleri, ortamdaki havadan daha az yoğun olduğu için yükselmeye başlar. Yükseldikçe basıncın azalması nedeniyle de etrafa yayılım yaparlar. Aynı zamanda, havanın da soğuması nedeniyle yavaş yavaş sıvı hale dönüş yaşanmaya başlar. Buna, yoğuşma denir. Ancak eğer, gaz halden katı halde doğrudan bir geçiş yaşanmışsa buna, kırağılaşma denir. Mikro boyutta meydana gelen bu ufak su damlaları ve buz kristallerinin milyarlarcasının bir araya gelmesi sayesinde atmosferde görünür su kütleleri olan bulutlar meydana gelmiş olur!^{[7], [8]} Gaz halde kalan su kütlesi ise, nem olarak hissedilmeye devam eder, ancak elbette gözle görülmez. Bununla birlikte, eğer oluşan bu bulutların yoğunluğu ve kalınlığı da fazlaysa, güneş ışığını bile geçiremeyecek düzeye ulaşmış olurlar ve aşağıdan bakan biz canlılar, onları koyu renkte görmeye başlarız.

Tekrar Yeryüzüne Dönüş

Su döngüsünün tamamlanması için geriye sadece tek bir olgu kalmıştır: Yağmur damlasının veya kar tanesinin oluşumu. Kümelenmiş olarak bulunan bu mikro boyuttaki milyarlarca su ve buz taneciği, yere düşecek yoğunlukta değildir ve bu nedenle birleşmek zorundadır. Bir nevi kaos ortamında bulunan bulut içerisindeki bu tanecikler sürekli olarak birbiriyle çarpışacaklar ve küçük tanecikler büyük taneciklerle sürekli olarak birleşerek yavaş yavaş iri su damlaları oluşturacaklardır.^[9]

Bir başka görüşe göre ise, iri su damlasının oluşumu için, sıvı ve katı su taneleri dışında çekirdek görevi görecek bir başka yan elemana ihtiyaç vardır. Bu yan eleman, havadaki toz ve tuz taneleri olabilir ve bulut içerisindeki su damlaları ile buz kristalleri bu yan eleman üzerinde birleşerek su damlalarını oluşturacaktır.^[10]

Yeterli büyüklüğe geldiklerinde ise, kütleçekimine karşı koyamayacaklar ve bulutun atmosferde o anda bulunduğu hava sıcaklığına göre kar kristali veya su damlası olarak yeryüzüne düşmeye başlayacaklardır.

Hidrolojik Döngüdeki Bir Su Molekülü, Nerede, Ne Kadar Süre Kalabilir?

Sonuç olarak; bir su molekülü buharlaşıp atmosfere yayıldıktan sonra yoğunlaşıp tekrar yeryüzüne düşmesi yaklaşık olarak 9 gün sürmektedir - ki bu, su döngüsündeki en kısa olaydır. Eğer bu su molekülü, Antarktika gibi kutup bölgesine düştüyse yaklaşık 900.000 yıl kadar donmuş bir halde kalabilir. Bahsettiğimiz ekosistemlerden en nihayetinde denizlere, okyanuslara ulaştıysa veya doğrudan buralara düştüyse yaklaşık 3.000 yıl kadar buharlaşmadan aynı ortamda kalabilecektir. Bunların dışında yeraltı suyuna ulaşabildiyse, 10.000 yıl kadar "antik su" olarak buralarda, buharlaşmadan kalabilecektir. Eğer, yağmur yağışı sonrası yeraltı sularına karışmadan yerüstünde kaldıysa, burada hem büyük bir su kütlesi içerisinde bulunmadığı için, hem de güneş ile doğrudan etkileşim halinde bulunduğu için, ancak 1-2 ay boyunca buharlaşmadan yeryüzünde kalabilecektir.^[11] Ancak elbette, tüm bu değerler, sadece bir su molekülünün buharlaşmadan kalabildiği sürenin olası bir sınır değeri olarak verilmiştir; hiçbiri kesinlik belirtmez.

Sonuç

Anlayacağımız, tekrar ve tekrar yaşanan bu buharlaşma-yoğunlaşma süreci, düzenli bir şekilde devam edebilmesi sayesinde, yaşamın da devamlılığını ve çeşitliliğini mümkün kılmış; böylelikle, Dünya'yı yaşanabilir bir yer haline getirmiştir!