MADDE DNGS NEDR Yaama birliklerinde ve onun bytlm

MADDE DÖNGÜSÜ NEDİR? Yaşama birliklerinde ve onun büyütülmüşü olan tabiatta canlılığın aksamadan devam edebilmesi için bazı önemli maddelerin kullanılan kadar da üretilmesi gerekmektedir. Doğada ekolojik önemi olan bu maddeler canlılar ve çevreleri arasında alınıp verilir. Bu maddeler güne ş enerjisi yardımıyla belirli yörüngeleri izleyerek dolaşımlarını tamamlarlar. Maddelerin ekosistemdeki bu dolaşımına madde döngüsü denir. Tüm maddeler döngü yoluyla sürekli olarak canlılar tarafından yeniden kullanılır. Canlılar için gerekli olup, devredilmesi gereken maddelerin en önemlileri; oksijen, su, azot, kar bon, fosfor ve kükürttür. Bu madde döngülerindeki en önemli rolü saprofitler ve kemosentetik bakteriler üstlenmektedir. Çünkü bunlar doğada her an toprağa düşen organik artıkları ve cesetleri ayrıştırarak inorganik maddelere dönüştürürler. Daha sonra bu yollarla serbest kalan inorganik maddeler yeniden fotosentez ve kemosentez yoluyla kullanılır hale getirilir. Fotosentez ve kemosentez olaylarıyla tekrar inorganik maddelere dönüştürülür. Bu organik artıklar yaprak, odun, kaya parçaları ve hayvan leşleri olabilir. Doğada hiçbir zaman madde kaybı söz konusu değildir.

Canlı yapısının en önemli elementlerinden birisi karbondur. Bütün organik bile şiklerin temel yapı elemanıdır. Bunun için canlı organizmalar karbonlu bileşikleri kullanmak zorundadırlar. Karbon doğada hem mineral biçiminde (kömür, elmas, gaz halinde ya da suda çözünmüş durumda karbondioksit olarak) hem de organik biçimde (canlı varlıklarca oluşturulan moleküllerde) bulunur. Yeşil bitkiler güneşten gelen ışık ve doğadan absorbe ettikleri su ve karbondioksit molekülleri ile organik maddeleri sentezlerler. Bazı bakteriler ise besini kemosentez yoluyla üretirler. Bitki ve bazı bakterilerin sentezlediği organik maddeler arasında karbonhidrat önemli bir yer tutar. Karbonhidratları ve türevlerini, saprofit bakteriler absorbe ederek ve hayvanlar besin olarak tüketerek solunumda kullanmaları sonucu atmosfere serbest karbondioksit bırakırlar. Gerek hayvanların gerekse mikroorganizmaların ölümleri sonucunda, toprakta ayrışmaya başlayan vücut yapıları, metan bakterileri tarafından ayrıştırılarak CO (KARBON MONOKSİT) ‘ ye dönüştürülür ve atmosfere serbest olarak bırakılır. Şemada görüldüğü gibi CO , ışık ve su varlığında tekrar bitkiler tarafından fotosentez reaksiyonlarında kullanılır. Bunun dışında bitki ve hayvan ölüleri, toprağın çok derinlerinde, yüksek basınç ve sıcaklık etkisi altında petrol ve kömür gibi yapılara dönüşebilirler. Petrol ve kömür, insanlar tarafından enerji ihtiyaçları için kullanılırken yine açığa karbondioksit (CO 2)

Tek hücreli olsun çok hücreli olsun doğadaki tüm canlılar, yapılarına aldıkları besin maddeleri ile amino asit ve bu amino asitlerden de protein sentez ederler. Protein sentezi için gereken ana elementler ise karbondan sonra azottur. Azot gerek proteinlerin gerekse DNA ' nın moleküler yapısı için gerekli olan çok önemli bir elementtir. Canlılar bunun için azotu kullanmak zorundadırlar. Atmosferde %78 gibi yüksek bir oranda azot vardır. Fakat çoğu canlı atmosferdeki serbest azotu doğrudan kullanamaz. Azotun önce bakteriler, su yosunları ve bazı likenler tarafından başka elementler-le birleştirilerek nitratlara dönüştürülmesi gerekir. Havadaki azot gazı, topraktaki azot tutucu bakteriler tarafından nitratlara dönüştürülür. Bitkiler büyümeleri için gerekli azotu sağlamak için nitratları soğururlar. Hayvanlar bu bitkilerle beslenirler. Bakteri ve mantarlar, ölü bitki ve hayvanları toprağa amonyum bileşikleri yayarak çürütürler. Nitrat tutan bakteriler bu amonyum bileşiklerini, daha sonra bitkilerde kullanmak için nitrata dönüşen, nitrite dönüştürürler. Nitrat bozan bakteriler azot bileşiklerinin yeniden azot gazına dönüşmesini sağlarlar (denitrifikasyon). Atmosfere serbest bırakılan azot, diğer mikroorganizmalar yada mantar, yosun vb. gibi canlılar tarafından absorbe edilerek protein sentezinde kullanılırlar. Bitkilerin kendileri de azotu kullanıp protein sentezlediği gibi, hayvanlar tarafından tüketilerek sindirildikten sonra yapılarındaki azotla yine protein sentezi gerçekleştirilir.

SU DÖNGÜSÜ Su, bazı doğal kuvvetler ve hava hareketleriyle atmosfer ile yer yüzündeki karalar ve sular arasında sistemli bir şekilde hareket etmektedir. Buna su döngüsü veya hidrolojik dolaşım denir. Güneş enerjisinin ısıtmasıyla , çeşitli kaynaklardan atmosfere çıkan su buharı; yağmur, kar, dolu gibi yağış biçimleriyle yeniden yer yüzüne döner. Bu suyun bir miktarı yer altı sularına karışırken, daha büyük bir kısmı, göl ve deniz gibi kaynaklarda birikir. Su döngüsü de, öteki tüm döngüler gibi süreklidir. Bitkiler de terleme ile su döngüsüne katılır. Yer yüzündeki bütün sular, su döngüsüne katılmaktadır. Yani, denizlerden buharlaşan su, yağış olarak yer yüzüne dönmekte, bir kısmı yüzeysel sularda birikip , bir kısmı da yer altı sularına karışmaktadır. Yer altı sularının son toplanma yeri ise deniz ve okyanuslardır. Burada toplanan sular, su döngüsüne devam eder(uzun su devri). Deniz ve okyanuslardan buharlaşan suyun karalara geçmeden tekrar yağmur, kar, dolu, biçiminde deniz ve okyanuslara geçmesine kısa su devri denir. Buharlaşma ve terleme yoluyla yükselen su, bulutlarda yoğunlaşır. Bunun sonunda da yağış oluşur. Yağış olarak geri dönen suyun bir kısmı yüzey sularında (göl ve denizlerde) depo edilir. Diğer kısmı yer altı sularına karışır. Toprağa giren su , yer altı suyu olarak tekrar denizlere akar. Bu şekilde su döngüsü tamamlanmış olur.

FOSFOR DÖNGÜSÜ Fosfor da, canlılar için gerekli temel maddelerdendir. Hücrelerde nükleik asitlerin enerji aktarımlarını sağlayan adenozin trifosfat (ATP) maddesinde, hücre zarının yapısında, ayrıca kemik ve dişlerin yapısında bulunur. Fosfor diğer elementler gibi doğada bileşikler halinde bulunur. Fakat bu bileşikler suda kolay çözünmezler. Fosfor bileşikleri özellikle kemik, diş, kabuk gibi hayvansal atıklarda ve doğal kayaçlarda bulunurlar. Bu bileşikler suda çözünmedikleri için diğer bazı bileşiklerle reaksiyona girerler. Bu bileşiklerin başında nitrat ve sülfirik asit yer alır. Suda kolay çözünmeyen fosfatlı bu bileşikler bu yolla çözülürler ve oluşan bu fosfat tuzları bitkiler tarafından absorbe edilebilirler. Bitkilerin hayvanlar tarafından besin olarak tüketilmesiyle fosfor dolaylı yoldan hayvanlara geçmiş olur. Fosfat, organizma artıkları ile toprağa geçer ya da çözülmeyen bileşikler şeklinde diş, kemik ve kabukların yapısına katılırlar. Fosfat, kuş ve balıkların kemiklerinde de bulunduğu için, bu hayvanların ölmesi halinde fosilleri kayaçlara gömülebilir. Fosfat bileşiklerini ihtiva eden bu kayaçlar, yeryüzü hareketleriyle parçalanmaya uğrayarak tekrar doğaya karışabilir. Bunun yanında volkanik faaliyetlerle magma tabaasından yeryüzüne ilave olarak fosfat kazandırılabilir. Yine bazı tür bakteriler ortamda bulunan fosfatlı bileşikleri kemosentez reaksiyonlarıyla işleyerek çözünebilen fosfat tuzları (Ca. HPO ve Ca. SO gibi) haline getirebilirler.

OKSİJEN DÖNGÜSÜ Oksijen, değişik biçimlere dönüşerek doğada sürekli bir döngü içerisindedir. Havada gaz, suda ise çözünmüş olarak bulunan oksijen, serbest halde azottan sonra en çok bulunan elementtir. Hayvanların ve basit yapılı bitkilerin, solunum yoluyla aldıkları oksijen hidrojenle birleşince su oluşur. Bu su, daha sonra dışarıya atılarak doğaya verilir. Ortamdaki karbondioksit, algler ve yeşil bitkiler tarafından fotosentez yoluyla karbonhidratlara dönüştürülür, yan ürün olarak da oksijen açığa çıkar. Dünyadaki sular, biyosferin başlıca oksijen kaynağıdır. Oksijenin yaklaşık %90’ ının bu sularda yaşayan alglerce karşılandığı tespit edilmiştir. Diğer döngülerde de bazı aşamalarda oksijenin yer aldığı bilinmektedir. Atmosferdeki oksijen oranı sabittir. Çünkü solunum durmayan bir olaydır ve bütün canlılar tarafından gerçekleştirilmektedir.

Fosfor döngüsünün temelini, fosforun karalardan denizlere veya denizlerden karalara taşınması oluşturur. Fosfatlı kayalardaki fosforun bir kısmı, erozyon yoluyla suda çözünmüş hale gelir. Bu inorganik fosfat , bitkilerce, suda çözünmüş ortofosfat biçiminde alınır, organik fosfatlara çevrilir. Beslenme zinciriyle otobur ve etobur hayvanlara aktarılır. Bitki artıkları, hayvan ölüleri ve salgılarındaki organik fosfatlar, ayrıştırıcı mikroorganizmalar yardımıyla inorganik duruma çevrilir. Böylece yeniden bitkilerce alınmaya hazırdır. Jeolojik hareketlerden başka, fosforun denizlerden karalara dönüşü, balıkçılık ve balık yiyen deniz kuşlarının dışkıları yoluyla olur.

KÜKÜRT DÖNGÜSÜ Kükürt, toprakta ve proteinlerin yapısında bol miktarda bulunur. Fakat bitkiler kükürdü sülfatlara çevrildikten sonra kullanabilirler. Kükürt içeren proteinler, önce topraktaki çeşitli organizmalar aracılığıyla kendilerini oluşturan aminoasitlere parçalanır, ardından aminoasitlerdeki kükürt başka bir dizi toprak mikroorganizması yardımıyla hidrojen sülfüre dönüşür. Hidrojen sülfür oksijenli ortamda, kükürt bakterileri aracılığıyla önce kükürde sonra sülfata çevrilir; sülfatlar da başka bakteriler tarafından yeniden hidrojen sülfüre dönüşür. Eğer bitki veya hayvan ölürse, yapılarındaki proteinin parçalanmasıyla kükürt H S şeklinde açığa çıkar. H S kükürt bakterileri tarafından önce S O ‘ye daha sonra da S O iyonuna dönüştürülür. SO iyonları, bazen doğada serbest olarak reaksiyona girerek sülfatlı bileşikleri de verebilirler. Organizmalar tarafından alındığı takdirde kükürt içeren iki aminoasit olan Sistein ve Metionin’nin yapısına katılırlar.

Tüm canlılar dünyanın yüzeyinde ya da yüzeye çok yakın ince bir toprak katmanında yaşarlar ve güneş enerjisinin dışındaki gerekse-nimlerini bu katmanın içerdiği kaynaklardan karşılarlar. Eğer yaşa-mın sürmesi için gerekli olan su, oksijen ve diğer maddeler sadece bir kez kullanılmış olsaydı hepsi şimdiye kadar tükenmiş olurdu. Doğanın tüm işlevlerinin çevrimler halinde düzenlenmiş olması bu işlevlerin sonsuza dek yinelenmesini sağlamaktadır. Hava, su, toprak, bitkiler ve hayvanlar arasında sürekli bir alışveriş olması yeryüzünün tüm zenginliklerinin tekrar kullanılabilmesine ve böylelikle yaşamın sürmesine olanak verir.

Su Döngüsü : Dünya üzerinde su döngüsü olmasaydı canlıların yaşama olanak ları ortadan kalkardı. Örneğin; dünya üzerine ortalama olarak yılda 1000 mm yağış düşmektedir. Eğer su döngüsü olmasaydı bu miktar sadece 24 mm olacaktı. Çünkü havada buhar halinde tutulan su ancak 24 mm yağış verebilecek miktardadır. Bu nedenle ancak su döngüsüyle bir su damlacığının buharlaşması ve yağış halinde yer yüzüne düşmesi olayı yılda 40 -42 kez tekrarlanarak yıllık ortalama 1000 mm yağış meydana getirebilmektedir.

Karbon ve Oksijen Döngüsü : Bir dönümlük şeker kamışı her yıl atmosfer tabakasından 20 ton kadar karbondioksit kullanılır. Bitki ve hayvan enerji elde etmek için organik maddeleri yıkar. Karbondioksit ve suya kadar parçalanır. Hücre solunumu denen bu olay sonucunda oluşan karbondioksit tekrar atmosfer tabakasına verilir. Bu örneğin tersine bir şekilde olsaydı yani karbon devri gerçekleşmeseydi oluşabilecek en önemli olumsuz sonuç atmosferdeki oksijen ve karbondioksit dengesinin bozulması olurdu. Oksijen miktarı kısa bir süre içerisinde tükenirdi. Çünkü canlıların tükettiği oksijen, bitkiler tarafından sağlanamayacaktı. Yine buna bağlı olarak atmosferdeki karbondioksit gazı fazlalığından canlıların sonu gelirdi.

Azot Döngüsü: Tüm canlıların büyümek için gerekli olan proteinleri üretebilmek üzere azota(nitrojen) gereksinimleri vardır. Azot oldukça karmaşık bir yoldan sağlanır. Soluduğumuz havanın yaklaşık olarak % 78 ini oluşturmasına karşın canlılar tarafından gaz biçimiyle kullanılamayan azotun önce nitritlere daha sonra da nitratlara dönüşmesi gereklidir. Eğer azot döngüsü tamamlanmasıydı; nitrit, nitrat ve azot üretilemez birbirlerine çevrilemezdi. Dolayısı ile azot içeren bitkiler olmazdı buna bağlı olarak da protein sentezlenemezdi ve canlılar protein ihtiyacını karşılayamazlardı.

Kükürt Döngüsü: Kükürt de azot, karbon ve diğer elementler gibi yaşam için gerekli olan elementler arasındadır. Bitkiler kükürdü SO şeklinde topraktan absorbe ederek H S ‘e çevirirler. Daha sonra kükürdü de proteinlerin yapıtaşı olan aminoasitlerin sentezinde kullanırlar. Eğer kükürt döngüsü olmasaydı canlılar için gerekli olan protein sentezlene- meyecekti. Canlılar yaşamları için gerekli proteinlerden yeteri kadar alamayınca hızla ölmeye başlayacaklardı.

Fosfor Döngüsü: Fosfat canlıların diş, kemik ve kabuk kısımlarında bulunması gereken bir maddedir ve bu ancak fosfor döngüsü sayesinde çeşitli aşamalardan geçerek; kayaçlardan, deniz kabukları ve kayıp kalıntılardan elde edilir. Eğer fosfor döngüsü gerçekleşmeseydi ya da sözünü ettiğimiz aşamalarda kullanılan P bağlayan bakteriler olmasaydı hayvan ve bitki artıklarındaki protein ve diğer bileşiklerin ayrışması mümkün olmayacaktı. Bu nedenle artıklar sonsuza kadar hiç bozunmaya uğramayacaktı ve doğada sürekli bir madde kaybı meydana gelecekti.