Madde Döngüsü

Madde döngüsü temel olarak 5 anamaddeye ayrıbilirizBunlar:

1 Su döngüsü
2 Karbon döngüsü
3 Azot döngüsü
4 Fosfat döngüsü
5 Oksijen döngüsüdür
1Su döngüsü
Yeryüzünde 14milyarkilometreküp suyun bulunduğu varsayılmaktadır
Tabiatın çeşitli bölgelerine değişik şekilde dağılmış olan bu su kütlesinin büyük bölümü okyanus ve denizlerde bulunurAtmosfer hareketleri ve denizlerdeki akıntılar su döngüsünün itici gücünü oluşturur
Yağışlarlarla yeryüzüne gelen suların tabiattaki birikim yeri,kaldığı süre ve miktarı ile canlı hayatı arsında sıkı bir ilişki bulunur
Bugün kullandığımız suyun milyonlarca yıldır dünyada bulunduğu ve miktarının çok fazla değişmediği doğrudur Dünyada su hareket eder, formu değişir, bitkiler ve hayvanlar tarafından kullanılır, fakat gerçekte asla yok olmaz Buna Hidrolojik Döngü (Su Döngüsü) denir
Su döngüsünü oluşturan basamaklar

Bu döngüde suyun hareket etmesini sağlayan beş değişik olay vardır:
1- Yoğunlaşma (kondansasyon),
2- Yağış (precipitation),
3- Toprağa geçiş (Infiltration) ve yeraltı sularının oluşumu,
4- Yüzeyel akıntı (Runoff) ve yüzey suları ile yeraltı sularının oluşumu,
5- Buharlaşma (Evapotranspiration)
Su buharı yoğunlaşarak bulutları oluşturur, koşullar uygun olduğunda yağış meydana gelir Yağış şeklinde yeryüzüne düşen su, toprağa sızarak yeraltı sularına veya yüzeyel akıntı olarak okyanuslara, denizlere karışır Yüzey sularının buharlaşmasıyla su atmosfere geri döner
Yoğunlaşma: Suyun buhar formundan sıvı formuna değişim sürecidir Havadaki su buharı konveksiyon yardımıyla artar Ilık-nemli hava yükselirken soğuk hava aşağı doğru hareket eder Ilık hava yükseldikçe sıcaklığı azalıp enerjisini kaybettiğinden gaz halden sıvı veya katı (kar veya dolu) haline döner
Yoğunlaşmayı buzdolabından soğuk bir su şişesi aldığınızda ve oda ısısında bıraktığınızda şişe yüzeyinde açıkça görebilir, su şişesinin oda ısısında nasıl “terlediğini” rahatlıkla izleyebilirsiniz
Yağış: Yağmur, sulusepken kar, kar veya dolu olarak bulutlardan salınan sudur Atmosferde yoğunlaştığı, atmosferik hava akımında kalmasının zorlaştığı durumda su buharından sonra yağış meydana gelir
Toprağa geçiş: Dünya yüzeyine erişen yağışların bir kısmı toprağa sızar (infiltrasyon) ve yeraltı sularını meydana getirirler
Toprağa sızan su miktarı, toprağın eğimi, bitkilerin tipi ve miktarı, toprağın su ile doygun olup olmamasına bağlı olarak değişir Yüzeyde büyük yarıklar, delikler bulunması, toprağa su geçişini kolaylaştırır
Yüzeyel akıntı: Çok fazla yağış olduğunda, toprak suya doyar ve suyun fazlasını alamaz Kalan su toprağın yüzeyinden akar (Runoff) Suyun toprağa emilemeyen kısmı yüzey suları olarak isimlendirilir Yüzeyel sular kar ve buzların erimesiyle de oluşabilir
Yüzey suları çaylara, derelere ve nehirlere akar Yüzey suları daima daha alçak noktalara doğru taşınır, dolayısıyla okyanuslara karışır
Yeraltı suları: Dünya yüzeyine erişen yağışların bir kısmı toprağa sızar (infiltrasyon) ve yeraltı sularını meydana getirirYeraltı sularının bir bölümü derinde kapalı bir su katmanına ulaşır ve kullanılabilmeleri için yeryüzüne özel bir yöntemle çıkarılmaları gerekirYeraltı sularının diğer bir bölümü ise basınç etkisiyle üst toprak katmanlarına doğru hareket eder ve yeryüzüne ulaşır Bu sulara kaynak suyu denir Yeraltı suyu toprak katmanlarından geçerken temas ettiği yüzeydeki mineral vb maddeleri de yapısına alır Bu maddeler suyun yararlı bileşenlerini (demir, magnezyum vb) oluşturabileceği gibi arsenik, nitrat, tarım ilacı kalıntıları gibi zehirli maddeler de olabilir Toprak sarsıntıları, yağmur ve eriyen kar suları, bu zehirli maddelerin suya karışma riskini artırır Bu nedenle suyun bileşimindeki değişikliklerin sürekli izlenmesi ve güvenli hale getirilmesi için etkin filtrasyon yöntemleriyle arındırılması gereklidir
Buharlaşma: Bitkilerin nemlenmesiyle ve toprağın buharlaşmasıyla oluşan sudur Evapotranspiration, atmosfere yeniden giren su buharıdır
Evapotranspiration, buhar olarak atmosfer içinde artmaya başlayan su moleküllerinin neden olduğu güneş enerjisinin suyu ısıttığı durumda oluşur
Görüldüğü gibi, gereksinmemiz olan suyun bize ulaşması için birçok oluşum gerçekleşmektedir Ve bu oluşumlar daima iş başındadır Uç örneklerde ise döngü farklı şekillerde gerçekleşir Örneğin, Antartika donmuş olduğundan buharlaşma oluşmaz (buzlar sublimation adı verilen bir oluşumla doğrudan su buharına dönüşür) Yine örneğin, Sahra Çölü çok kurak olduğundan yağış olmaz (su, yere düşmeden buharlaşma oluşur) Ancak döngü hep sürer
İşte bu nedenle her gün içtiğimiz su, dinozorlar dünyayı dolaştığında da aynı döngü içerisinde dünyamızda dolaşmaktaydı [an error occurred while processing this directive]
2Karbon döngüsü
Karbon(C) atomu olmadan yaşam düşünülemez Canlıların başlıca karbon kaynağı karbondioksit (CO2) oluşturur Doğadaki karbondioksit, kara ve deniz bitkilerinin fotosentezi sayesinde, denizel hayvanların kabuk oluşumu için, denizel hayvanların ölümü ve dibe çökmesiyle, deniz ve göllerde karbonatlı kayalar halinde depo edilmesiyele tüketilirlerTüketilen karbondioksitin tekrar doğaya dönmesi, canlıların solunumları, organik maddelerin yanması, çürümesi, kömür, odun gibi hidrokarbonlu yakıt kullanılması, karbonlu formas-yonlardan üretilen yapay gübrelerin kullanımı, beşeri faaliyetler sonucu atmosfere ve yere verilen karbondioksit sayesinde olmaktadır Doğal mekanizmalarla tüketilen karbondioksit-in, çeşitli mekanizmalarla yeniden doğaya dönmesine “”KARBON DÖNGÜSÜ”” denir
Bitkilerin fotosentez yoluyla bileşik sentez etmekte kullandıkları karbonun tek kaynağı (CO2) tirFotosentez olayı çok karmaşıktır ve ancak 30-40 yıldır bilinmektedir(Melvin Calvin,Nobel ödülü 1961) 6Mol CO2 in 1 mol glukoza dönüşmesi 100 basamak kadar tepkime üzerinden gerçekleşirse de net dönüşüm şöyledir:6 CO2+6 H2O-------C6H12O6+6O2
Net tepkime oldukça endotermiktirGerekli enerji güneş ışığından sağlanırHayvanlar bitkiyi tükettiklerinde, karbon atomları hayvanlara geçerBir kısım karbon, hayvan solunumu yoluyla, CO2 şeklinde havaya geçerHayvanlar ve bitkiler öldüğü zamanda yine bir kısımCO2 atmosfere geçerKarbonun bir kısmı ise bozunan organik maddeler içinde tutularak, kömür, petrol,doğal gaz biçiminde fosil yakıtlara dönüşürCO2 okyanuslar üzerinden de çevrime girerlerse de bitkisel planktonlar CO2 fotosentez yoluyla organik bileşiklere çevirirler ve diğer organizmalar bu planktonları yerlerKarbonun büyük bir kısmı, karbonat kayaçları (genellikle CaCO3)biçiminde depo edilmiştirBu kayaçlar eskidenizlerdeki yumuşalçaların kabuklarından oluşmuştur
Yeni araştırmaların gösterdiğine göre, Güney Amerika Yağmur Ormanları'nın nemli yerleri ve nehirleri, her yıl kuru bölgelerin soğurduğu kadar karbondioksidi atmosfere geri veriyor Bulgular bütün Amazonlar'ın ve diğer tropikal ormanların bir karbondioksit dengesi içinde olduğunu gösteriyor Karbondioksit önemli bir sera gazı Bu da araştırmacıların, endüstriyel aktivitenin ve ormanların yok edilmesinin küresel ısınmaya etkisini bulmalarına yardımcı olacaktır
Seattle'da Washington Üniversitesi'nden Jeffrey Richey, "Biz başka bir karbondioksit kaynağı belirledik, bu sistemde biraz daha fazla dengesizlik yaratacaktır" diyor Richey ve çalışma arkadaşları, büyüklüğü Avrupa'nın yarısı kadar olan (1,8 milyon kilometrekare) Amazon'un nemli alanlarının üzerindeki karbondioksidi, suda örneklediler Bazı bataklık alanlarda, karbondioksidin kabarcıklar halinde dışarı çıktığının görülebileceğini; bataklık ve nehirlerdeki çürüyen odunların ve bozulan alanlardaki bakterilerin gaz ürettiğini de ekliyorlar
Richey ve arkadaşları, yılın değişik zamanlarında, Amazon Nehri ve bataklarındaki yayılımı, uydu temelli bir teknikle haritalandırdı Sudaki karbondioksit seviyeleriyle bu ölçümleri birleştirerek, nemli alanlarda ne kadar karbondioksit salındığını hesapladılar
‹ngiltere Edinburg Üniversitesi'nde karbon döngüsü araştırmacısı Yadvnder Malhi, "Su umduğumuzdan daha büyük bir karbondioksid kaynağı" dedi ve şimdiye kadar suyun rolünün gözden kaçmış olduğunu belirtti
Woods Hole'de araştırmacı olan jeolog Eric Sundquiste, bu çalışmanın Amazon'un gerçek bir karbon dengesi olduğunu doğrulamadığını, bu kadar geniş bir alanda girdileri-çıktıları hesaplamanın zor olduğunu söylüyor Ama küresel ölçümler, tropikal ormanlar için karbon kaynakları dengesi olduğunu göstermekte
Küresel iklim değişimlerini belirlemeye ve bunları önlemeye çalışan bilim insanları, tropikal ormanlarda ne kadar karbondioksit soğrulup salındığını gösteren kesin bulgulara ihtiyaç duyuyor
Richey ve arkadaşlarının ölçümlerine göre, tropikal bölgelerdeki orman yıkımı, her yıl atmosfere 166 milyar ton karbondioksit formunda karbon ekliyor Endüstriyel emisyonlar 5 milyar tonu bulmakta Amazon Nehirleri'nde ve nemli bölgelerinde 500 milyon ton civarında karbon oluşmakta Yeni karbon kaynaklarının keşfi göstermiştir ki, iklim düzenlemesinde ormanların katkısı sanılandan çok daha yaşamsaldır
Sundquiste göre, insanların müdahaleleri karbon kaynağı olarak suyun rolünü kolaylıkla değiştirebilir Bu yöntemler orman yıkımından kolaylıkla etkilenecektir Orman yıkımı toprak erezyonunu artırır Erozyonla organik maddeler, nehirlere ve bataklıklara daha fazla akabilir ve buralarda karbon çıkışını artırabilir Ya da bu çökeltiler organik maddeleri tutabilir ve bundan dolayı çürümeyi engelleyebilir
3Azot döngüsü
Canlılar yaşamlarını sürdürebilmek için oksijen ve karbondioksite ihtiyaç duydukları gibi, büyüyebilmek için de azota (N2) ihtiyaç duyarlar Azot, canlı vücudunda özellikle nükleik asitlerin, proteinlerin ve vitaminlerin yapısında %15 oranında bulunmaktadır Yani hayatın temel maddelerinden birini teşkil eder Atmosferin de yaklaşık %78’i azot gazından oluşur Ancak canlılar havadaki bu azotu, ihtiyaçları olmasına rağmen doğada bulunduğu gibi bünyelerine alamazlar Bu gazın bir şekilde canlıların kullanabileceği hale dönüştürülmesi ve canlılar tarafından tüketilip bitirilmemesi için bir döngü şeklinde atmosfere geri dönmesi gerekmektedir Bu zorunluluğu ise mikroskobik bakteriler karşılamaktadır
Atmosferdeki azot, çeşitli şekillerde yeryüzüne iner Azot, yeryüzüne yağmurlarla nitrik asit şeklinde döner Nitrik asit toprakta bakteriler tarafından nitratlara dönüştürülür ve bitki ancak bu besini topraktan alabilir
Bir başka döngü şekli de havadaki azotun doğrudan toprağa alınmasıdır Toprakta bulunan bazı bakterilerle bezelye ve fasulye gibi baklagillerin köklerinde bulunan bakteriler, havadaki azot gazını toprağın içine alırlar Bu aşamada, üstün bir tasarımla karşı karşıya kalırız Bütün organizmaların gelişiminde en önemli mineral azottur (nitrojen) Nükleik asit diğer hücre organellerinin büyük bir kısmı bu maddeye muhtaçtır Büyümek için azota ihtiyaç duyan bitkiler ve bu ihtiyacı karşılayan bakteriler arasında, dünyanın en faydalı ortaklıklarından biri kurulur Bitkiler, köklerinden, bakterileri çekmek için özel besinler salgılar ve onları kendilerine yaklaştırırlar Daha sonra bakteriler köklerde ortaya çıkan özel açıklıklardan içeri girerek, bitki köküne yerleşir ve burada büyük miktarlarda çoğalarak kök düğümlerini oluştururlar Bugün yediğimiz sebzelerin, bitkilerin, tahılların büyük bir kısmını ve ekolojik dengenin sağlanması için gerekli olan azot döngüsünü, bu ortaklığa borçluyuz
Evrimcilerin basit olarak nitelendirdiği bakteriler azot döngüsünü gerçekleştirirken, fotosentezde olduğu gibi, bir kimya laboratuvarı olarak çalışırlar ve kimya bilimine aşina olmayanlar için fazla anlam taşımayan karmaşık kimyasal reaksiyonları ilk yaratıldıkları günden itibaren hiç durmadan gerçekleştirirler Aşağıda kimyasal terimlerle özetlenmiş olan azot sabitleme reaksiyonunu çözebilmek bile bilim adamları için büyük bir başarı olmuştur
N2 + 8H+ 8e- + 16 ATP = 2NH3 + H2 + 16ADP + 16 Pi
Bu reaksiyonun gerçekleşebilmesi için, fotosentez, solunum veya fermentasyon gibi ikinci bir destek reaksiyonunun varlığı zorunludur «çoğu insanın kafasını karıştıran bu formüller, bakteriler için sıradan, günlük bir çalışmadır Dünyaya gelen her yeni bakteri, ancak özel olarak tasarlanmış bir kimya laboratuvarına ve özel olarak eğitilmiş bir kimyacıya ait olabilecek malzeme ve bilgiyle donatılmış olarak görevine başlar Ayrıca bu işlemler sadece bitki kökleriyle sınırlı değildir Bu konuda da büyük bir çeşitlilik ve farklı alternatifler mevcutturBakterilerin bu reaksiyon sırasında kullandıkları, nitrojenaz enzim kompleksi, oksijene karşı aşırı duyarlıdır Oksijene maruz kaldığında aktivitesi durur, bu yüzden proteinlerin demir bileşikleriyle reaksiyona girer Fotosentez yaparak, oksijen üreten Siyanobakteri gibi bakteriler ve toprakta serbest şekilde yaşayan Azotobakteri gibi bakteriler için bu durum büyük bir sorun içerir Ancak bakteriler, bu soruna karşı, çeşitli mekanizmalarla donatılmışlardır Mesela, Azotobakteri türleri, bütün organizmalar içinde bilinen en yüksek solunum oranına sahip metabolizmalarıyla, hücrelerinde çok düşük seviyede oksijen tutarak, enzimi korumaya alırlar Ayrıca Azotobakteri türleri, çok yüksek miktarda hücre dışı kimyasal bir bileşik üretirler Bu bileşiklerin oluşturduğu yapışkan sıvının içinde su muhafaza eden bakteriler, hücre içinde oksijen yayılma oranını sınırlandırırlar Bitki köklerinde azot sabitleyen Rhizobium gibi bakteriler ise, kök düğümlerinde oksijen tüketen moleküllere sahiptirler Tek başına yaşayan bakteriler veya bakterisiz yaşayan bitkiler bu maddeyi üretemezler
4Fosfat döngüsü
Hayvan iskeletlerinin deniz dibinde birikmesiyle oluşan fosfor yatakları oluşmaktadır Fosfor yataklarının tektonik hareketlerle yükselmesi, bitkilerin bunları gübre olarak veya suyun doğrudan çözmesiyle alması, bitkilerin büyümesi, hayvanların beslenmesi ve tekrar hayvanların ölmesiyle iskeletlerin deniz diplerinde toplanması şeklinde olan dolaşıma “FOSFOR DÖNGÜSÜ” denir
Fosforun tabiattaki kaynağını, yer kabuğundaki fosfatlı kayaçlar oluştururFosfor döngüsü, fosforun atnosferde gaz halinde bulunmamasından dolayı azot döngüsünden farklıdırDolaşımın temelini karadan denizlere ve denizlerden de yeniden karalara taşınması oluşturur
Kara ortamındaki fosforlu kayaçlardaki fosforun bir bölümü,aşınma yoluyla suda çözünmüş hale gelebilirBu inorganik fosfat bitkiler tarafından genelikle suda çözünmüş olarak alınır ve organik fosfatlara çevrilirDaha sonra beslenme zinciriyle otçul ve etçil hayvanlara taşınırBitki ve hayvanların günlük atıkları ve ölüm sonrası artıkları mikroorganizmalar tarafından inorganik maddelere çevrilirBu da tekrar bitkiler tarafından kullanılır
Fosforun kara ve deniz ortamlarının veriminde doğrudan etkisi vardırOkyanuslardaki balıklar üzerinde yapılan gözlemlerde balık boyu ile plankton ve fosfor miktarı arasında bir ilişki bulunduğu belirlenmiştir
5Oksijen döngüsü
Oksijen, canlıların hayatlarını sürdürebilmeleri için mutlaka gerekli olan bir gazdırOksijen,solunum için gerekli olup ayrıca organik moleküllerin oksidasyonunda ve bazı maddelerin yanmasında yoğun olarak tüketilirTabiattaki oksijenin kaynağı fotosentezle oluşan oksijendir
KAYNAKÇA
· ZAMBAK YAYINLARI BİYOLOJİ 1
· ASTED FEN BİLİMLERİ