Enerji besin zinciri halkalarından geçerek ekosistemden düzenli olarak akar. Sistem dışardan sürekli bir enerji girdisi olmadan fonksiyonunu sürdüremez. Diğer bir deyişle, sürekli hareket eden makineler olamayacağından, enerji döngüsü gibi bir şey söz konusu değildir. Fakat çoğu maddeler için bu durum geçerli değildir.
Aynı maddeler tekrar tekrar kullanılabilir ve kullanılmalıdır. Böylece ekosistem boyunca süresiz olarak dolaşıp dururlar. Bu nedenle, madde döngülerinden söz edebiliriz. Fotosentezin ham maddeleri, ışık, su (transpirasyon için de gereklidir) ve karbondioksittir. Ek olarak, büyümekte olan bitkiler önemli miktarlarda azot, fosfor, potasyum, kükürt, magnezyum ve kalsiyuma gerek duyarlar. Biz burada, birkaç döngüyü izleyerek, insan aktivitesinin bu maddelerin varlığını ve dağılımını nasıl etkilediğini göreceğiz.
Yağmur yeryüzüne düştüğünde, bir kısmı hızla buharlaşarak atmosfere geri verilir. Kalan bir kısmı bitkilerce absorblanır veya hayvanlar tarafından içilir, bir kısmı yeryüzünde nehirlere ve göllere akarken, bir kısmı da yeraltı suyu olarak birikmek üzere topraktan aşağı doğru süzülür. Akarsu ve göllerdeki su ve yeraltı suları sonuçta okyanuslara ulaşır. Göller, nehirler ve okyanuslardan, ayrıca bitki ve hayvanların vücutlarından sürekli bir buharlaşma vardır. Bu buharlaşmanın büyük bölümü için gerekli enerji, dolaylı veya dolaysız olarak güneş ışınlarından gelir.
Suyun yeryüzüne yağmur olarak düşüp, buharlaşmayla tekrar atmosfere ve atmosferden tekrar yeryüzüne yağmur olarak inerek devam eden sonsuz döngüsü, çeşitli tatlısu ortamlarının oluşumunu sağlarken, karalardaki yaşam için gerekli olan suyu da sağlar. Sıcaklığı değiştirmede ana faktör olan su döngüsü, ekosistemlerde birçok kimyasal besini bir yerden bir yere taşır. Karasal ve tatlısu yaşamı için yağışın taşıdığı büyük önemi burada ayrıntılı incelemeye gerek yoktur; yalnızca bir çöl ile verimli bir tropikal ormanın göz önünde canlandırılması yeterlidir.
Atmosferde bulunan veya suda çözünmüş olan karbondioksit, hemen hemen tüm organik karbonun köken aldığı inorganik karbon kaynağını (deposunu) oluşturur. Geri kalanın çoğu, denizci organizmaların kabuklarını da oluşturan kireç taşının (CaCO3) çökelmesi ile oluşmuş depolardan gelir; suyun kireç taşı üzerindeki aşındırıcı etkisi CO,’in suya geçmesini sağlar. Karbonu bu inorganik rezervlerden çıkaran ve onu canlıların karmaşık organik molekülleri şeklinde bağlayan fotosentezdir. Bu organik moleküllerin bir kısmı kısa bir süre sonra tekrar parçalanır ve karbon, bitkilerin kendi solunumları sırasında CO, olarak serbest bırakılır. Ancak büyük bir bölümü, bitkiler ölünceye, yakılıncaya veya hayvanlar tarafından yeninceye kadar bitki bünyesinde kalır. Hayvanlar tarafından bitkilerden elde edilen karbon, solunum sırasında serbest bırakılabilir veya vücut atıkları ile daha karmaşık bileşikler içinde atılabilir veya hayvanlar ölünceye kadar onların vücutlarında kalır. Genelde hayvan atıkları, hem bitki hem de hayvanların ölü vücutları, ayrıştırıcılar tarafından parçalanır ve karbon, CO, olarak salınır. Karbon, ister yalnız bir veya iki trofik düzeyi kapsayan kısa bir yol, isterse üç, dört veya daha fazlasını kapsayan uzun bir yol izlesin, sonunda çoğu, başlangıçta bulunduğu, havaya veya suya CO2 olarak geri döner. Öyleyse bu bir gerçek döngüdür, sürekli olarak karbon, inorganik depolardan canlı sistemlere ve sonra tekrar geriye doğru hareket etmektedir.
Belirtilen bu yollar karbonun oldukça hızlı hareket ettiği yollardır. Sistemdeki döngünün tamamlanması yalnızca dakikalar, saatler veya en çok bir kaç yıl alabilir. Bununla birlikte, daha uzun süren değişik yollar da vardır. Organizmaların ölü vücutlarının parçalanması uzun sürer; kömür, petrol veya kayaya (özellikle kireç taşına) dönüştürülür. Bu şekillerdeki karbon, çok uzun peryotlarda, döngüden uzaklaştırılsa da, bir kısmı kömür, petrol ve gaz (fosil yakıtlar) halinde yakılarak veya kayaçların yeterince aşınması ile sonunda inorganik depolara dönebilir. İnsanlar, bu karbonun aktif döngüye katılmasını önemli oranlarda hızlandırmaktadır.
Fosil yakıtların yanmasıyla salınan CO2 ‘in, yaklaşık yarısı atmosferde kalır ve kalanın bir kısmı da okyanuslar tarafından absorblanır.
Atmosferdeki CO, birikimi, ormanların yakılması, yollar, binalar ve tarım için diğer alanların açılmasıyla çarpıcı olarak artmaktadır. (Tarımsal bitkiler, yerini aldıkları doğal bitki örtüsünden genelde daha az CO2 fikse ederler; çünkü bunlar oldukça kısa bir zaman için yüksek verimlilik gösterirler. Bu sırada, doğal bitki örtüsü tarafından toprakta oluşturulan organik döküntü rezervi, içerdiği karbonu atmosfere CO2 olarak salarak, yavaş bir şekilde parçalanır. İnsanın bu etkinlikleri, son yüzyılda, atmosferik CO2 ve CH4 ‘ı %15 oranında artırmıştır. CO2 ve CH4 konsantrasyonlarının gelecek yüzyıl içinde iki katına çıkma olasılığı vardır.
Karbondioksit ve metan, yeryüzündeki sıcaklığın düzenlenmesinde tamamlayıcı bir rol oynarlar. Dünyadan yansıyan ısı, atmosferde CO2 ve CH4 tarafından absorblanır ve yüzeye geri yansıtılır. Bu, sera etkisi olarak adlandırılan bir etki yaratır. Buna bağlı olarak atmosferdeki CO2 ve CH4 düzeylerindeki artış, dünya sıcaklığındaki artışa neden olabilir. Su buharı ve atmosferdeki partiküller kadar, toplam bulut örtüsü ve dağılımı da insan etkinliklerinin bir sonucu olarak değişmekte olup, solar (güneş) radyasyonun yeryüzünden geri yansımasında etkili olabilir. İnsan aktivitelerinin iklimi nasıl etkileyeceğini tahmin etmek zordur. Bununla birlikte tarihsel kanıtlar, CO2 ve ondan yaklaşık 50 kez daha aktif olan CH4 konsantrasyonları ile sıcaklık arasında kuvvetli bir bağlantı olduğunu göstermektedir. En son tahminler dünyanın ortalama sıcaklığının gelecek 20- 30 yılda, en azından 2-3°C artacağını göstermektedir. Dünya sıcaklığındaki bu küçük artış, deniz düzeyinde bir kaç metrelik yükselmeye neden olacak şekilde kutuplardaki ve diğer buzulların erimesi için yeterlidir. Kıyısal alanlar ve özellikle New York gibi büyük liman şehirleri için sonuç, felaket olacaktır.
Azot Döngüsü
Kommünite metabolizmasında diğer önemli bir element, amino asitlerin ve nükleik asitlerin yapısına katılan azottur. İnorganik azot kaynağı, atmosferin kabaca %78’ini oluşturan gaz halindeki N2’dir. N’nin biyolojik aktivitesi çok azdır. Bu gaz organizmaların vücuduna girerse de, çoğu durumda yaşam süreçlerinde herhangi bir rol oynamadan geri döner. Bununla birlikte, bazı mikroorganizmalar siyanobakteriler N2’u diğer organizmaların yararlanabileceği maddelerin sentezinde kullanabilir. Bu işlem azot fiksasyonu olarak bilinir.
Şimşek gibi elektrik deşarjlarının bir sonucu olarak, bir miktar azot fiksasyonu gerçekleşebilmesine ve şu an ticari gübrelerle giderek daha fazla azot sağlanmasına karşılık, dünyadaki ekosistemler için kullanılabilir azotun büyük bölümü mikroorganizmalar tarafından biyolojik azot fiksasyonu ile sağlanmaktadır. Azot fikse eden bakterilerin bazıları, belirgin modüllerde yüksek bitkilerin kökleri ile yakın bir mutualistik ilişki içinde yaşarlar. Baklagiller (bezelye ailesine bağlı fasulye, yonca, adi yonca, bakla ve benzerleri gibi) özellikle, çok sayıda kök nodüllerine sahip olmalarıyla bilinirler. Azot fikse eden diğer mikroorganizmalar toprakta veya suda serbest olarak yaşarlar. Azot fikse eden bu organizmaların tümü N2’u amonyağa (NF1s) indirgerler. Bunlar daha sonra amonyağı ya organik azotlu bileşiklerin sentezinde kullanırlar ya da yaşadıkları su ortamına veya toprağa verirler. Kök nodüllerindeki bakteriler tespit ettikleri azotun çoğunu, genellikle aminoasit formunda hızlı bir şekilde konakçı bitki sitoplazmasına verirler. Tesbit edilmiş azotun %90 kadarı bu şekilde konakçı sitoplazmasına verilir. Sonuçta baklagiller, azot bakımından fakir topraklarda gayet iyi gelişebilir. Nodüllerdeki bakteriler, bitkilere gereksinme duydukları tüm azotu sağlamakla kalmayıp, (karşılığında, bitki tarafından besin sağlanır) daha fazlasını üreterek, bunun bir kısmını toprağa verirler.
Diğer bazı bakterilerin (Azotobacter ve Clostridium gibi) rolü varsa da, toprakta veya suda serbest yaşayan siyanobakteriler en önemli azot fikse eden mikroorganizmalardır. Yıllık olarak dönüm başına 10-15 kg azot fikse edebilen bu organizmalar, bulundukları ortamlara amonyak verirler; öldüklerinde hücrelerinde fikse edilmiş azot, ayrıştırıcı organizmalar tarafından amonyağa parçalanır. Çürükçüller; yeşil bitkiler, hayvanlar veya diğer organizmalar öldüğünde, vücutlarındaki organik azot bileşikleri üzerine ve hayvanların idrar ve dışkılarındaki organik azot bileşikleri üzerine aynı şekilde etki ederek parçalarlar. Bu serbest amonyağın bir kısmı özellikle çayırlar ve orman ağaçları gibi, yüksek bitkilerin kökleri tarafından amonyum iyonları (NH4+ ) olarak alınır ve daha kompleks bileşiklere katılır. Fakat, çiçekli bitkilerin çoğu, nitratı, amonyağa tercih eder. Nitrifikasvonu sağlayan bakteriler tarafından topraktaki amonyaktan üretilen nitrat, yüksek bitkiler için ana azot kaynağıdır.
Nitrifikasyon işlemi genelde ardışık olarak çalışan iki bakteri grubu tarafından gerçekleştirilir. Birinci grup amonyum iyonlarını nitrite (N02) dönüştürür; ikinci grup, bu nitriti, nitrata(NO3-) dönüştürür ve bunu, bitki kökleri tarafından alınacağı toprağa bırakır. Köklerdeki nitratın çoğu, hızla azotlu organik bileşiklere girer ve daha sonra ya biriktirilir veya iletim dokusuyla bitkinin diğer kısımlarına taşınır.
Bitki bünyesindeki azot bileşikleri, sonuçta, bitki öldüğünde ya da o bitkiyi yiyen hayvan öldüğünde veya salgılandığında, ayrıştırıcılar tarafından tekrar amonyağa parçalanabilir. Azotun bitkilerden, ayrıştırıcılara, nitrifıkasyon bakterilerine ve bitkilere, tekrar tekrar dönebileceğine dikkat edin. Bu yönüyle azot döngüsü, her bir döngüyle havaya veya suya CO, geçişini kapsayan karbon döngüsünden farklılık gösterir.
Döngünün her bir turunda azotun atmosfere dönüşü gerekmediği halde, bir kısmı topraktan veya sudan, havaya sürekli akar. Bu, bazı bakterilerin amonyak, nitrit veya nitratı N2’a dönüştürerek serbest bıraktıkları bir işlem olan denitrifikasyon ile olur. Kısaca, denitrifikasyon bakterileri, azotu, azot döngüsünün toprak/organizma kısmından uzaklaştırıp, atmosfere geri verirken, azot fikse eden bakteriler bunun tersini yapar: azotu atmosferden alır ve döngünün toprak/organizma kısmına ekler.
Yaşam için gerekli diğer mineral fosfordur. Azot gibi, fosfor da ticari gübrelerin ana girdilerinden biridir. Ana kaynağı atmosfer olan karbon ve azotun aksine, fosforun kaynağı kayaçlardır. Doğal koşullarda, azota göre organizmalar için elverişli fosfor çok daha azdır. Örneğin, doğal sularda fosfor/azot oranı yaklaşık 1/ 23’dür. Bununla birlikte, madencilik yılda yaklaşık 3 milyar ton fosforun, kayaçlardan, döngünün su/organizma kısmına geçişini büyük ölçüde hızlandırmıştır. Pek çok tatlısu gölünde, algler için normal sınırlayıcı kaynak olan bu mineral, bugün lağım sularıyla ve tarımda kullanılan inorganik gübreler aracılığıyla sucul ortamlara önemli miktarlarda girmektedir. Bunun bir sonucu, yoğun alg veya siyanobakteri patlamaları ile suların yüzeyinin ve kıyı bölgelerinin, çözünmekte olan organik maddelerle kaplanmasıdır.
Alg patlamalarına bağlı olarak fotosentetik üretim artışının, besin zincirlerinin daha yüksek seviyeleri için daha fazla besin sağlayabileceği ve bu şekilde biyotik kommüniteye yararlı olabileceği beklenebilirdi.
Fakat alglerin aşırı büyümesi gerçekte besin zincirlerindeki pek çok yüksek seviyeyi yok etmektedir. Büyüme mevsiminin sonunda, birçok alg ölür, dibe batar ve bu bir sonraki yıl heterotrofik bakterilerin kütle halinde çoğalmalarını getirir. Ayrıştırıcı bakteriler derin ve soğuk göl tabakalarındaki oksijenin çoğunu tüketecek kadar aktiftirler, sonuçta alabalık, turnabalığı, ringabalığı ve mersinbalığı gibi soğuk su balıkları oksijensizlikten boğulur ve bunların yerini sazan ve yayın gibi daha az değerli türler alır. Suyun, oksijensizleşmesi dip çamurunda da kimyasal değişikliklere neden olarak pis korkulu, bazen toksik olan gazların miktarında artışa yol açar. Bu değişiklikler, ötrofikasyonun hızlandırılmış bir formuna veya, bazı göllerde “kültürel ötrofikasyon” da denilen, besin zenginleşmesine yol açar.
Son zamanlarda, deterjanların fosfat içeriğindeki azalma ile birlikte, kanalizasyon atıklarının iyice aranması, göllerin görünümündeki ve biyotik komposizyonundaki istenmeyen değişiklikleri azaltacak olsa da sonuçta tamamen engellemeyecektir. Çünkü kirlenme oluşturan fosforun en az yüzde 30’u tarımsal kaynaklı olup, bu mineral artan nüfusu beslemek üzere kültür bitkilerinin fazla miktarlarda üretimi için gereklidir. Bunun ötesinde fosfatın uzaklaştırılmasında çok etkili olmasına karşılık, üç aşamalı arıtım, bozulmamış nehir ağızlarında en önemli doğal sınırlayıcı faktör olan nitratları uzaklaştırmada o kadar etkili değildir. Bundan dolayı, fosfatlı deterjanlardan nitratlı deterjanlara geçilmesi estuarinlere değil, göllere yararlı olacaktır. Böyle besleyicilerden arındırılmış yeni deterjanlar geliştirilinceye veya daha etkili kanalizasyon sularını temizleme yöntemleri geliştirilinceye kadar, azot veya fosfat içermeyen sabunlara dönüş zorunlu olabilir.
Ticari Kimyasallar
Modern endüstri ve tarım, önemli miktarlarda yeni veya önceleri çok nadir olan kimyasalları çevreye salmaktadır. Birleşik Devletler Besin ve İlaç İdaresi, her yıl yüzlerce yeni ilave ile bu sayıyı yaklaşık yarım milyon olarak tahmin etmektedir. Ekosistemlere giriş yolları yalnızca birkaçı için bilinmektedir. Çoğu muhtemelen doğal döngülere katılacak ve zararsız olan daha basit maddelere dönüşecektir. Fakat birçoğu doğal maddelerden çok farklı olup, biyosfer üzerindeki etkilerinin neler olabileceğine ilişkin, henüz bir fikrimiz yoktur. Örneğin, güçlü bir insektisit olan dioxin, doğal olarak var olan steroyid hormonlar’ taklide yönelir. Endüstriyel işlemlerin yan ürünlerinin çoğu kimyasal olarak tam karakterize edilmemiştir.
Son 20-30 yılda tehlikeli oldukları keşfedilen bazı maddeler, kesinlikle yaşama zarar verecektir. Fakat ne kadar ve hangi organizmalara zararlı olacaktır? Bu sorularla ilgili olarak gelecekte pek çok ekolojik araştırma yapılmalıdır.
Serbest formda zararlı olmayan bir madde, mikroorganizmalarla veya doğal fiziksel işlemlerle, tamamen farklı özelliklerdeki başka maddelere dönüşebileceğinden, durum daha da karmaşıktır. Bazı plastik fabrikalarına yakın su kaynaklarındaki civa kirliliğinde durum böyledir. Civa, orijinal olarak kararlı olduğu düşünülen çözünemeyen ve toksik olmayan formda ortama verilir. Oysa, civa, dip çamuruna yerleştiğinde, mikroorganizmalar tarafından yüksek organizmalarca biriken, suda çözünebilir bir bileşik olan metil civaya dönüştürülür.
Sonuçta oluşan civa zehirlenmesi, insanlarda ve diğer üst predatörlerde çok şiddetlidir. Plastik fabrikalarından ve belirli fungisitlerden gelen civanın, üst predatorlerdeki zararlı etkisi “biyolojik birikim” olarak isimlendirilen yaygın bir olaya örnek oluşturur. Eğer kalıcı bir kimyasal (biyolojik olarak bulunmayan bir bileşik) atılmak yerine vücut içinde tutuluyorsa, besin zincirinde yukarıya doğru gidildikçe daha fazla birikme eğilimi gösterecektir. DDT (şu an neredeyse tüm organizmaların yağ dokusunda bulunacak kadar çok dağılmış, kalıcı bir insektisit) nin etkisi, biyolojik birikim nedeniyle kartal, şahin ve balık kartalı gibi predatör kuşlar üzerinde, tohtun yiyen kuşlardakine göre daha şiddetli olmuştur. Bu kuşların üreme oranları, DDT ve metabolitleri, DDD ve DDE, ince kabuklu yumurtaların kolayca kırılmasına neden olacak şekilde , yumurta kabuklarında kalsiyum birikimi ile ilişkiye girer. Günümüzde DDT büyük ölçüde yasaklanmış olup etkilenmiş bazı türler iyileşme sürecindedir.
Oldukça farklı bir yol ile, insan yapımı florokarbonlar (klimaların ve buzdolaplarının kompresörlerinde ve deodorantlarda püskürmeyi sağlayıcı olarak kullanılan) atmosferik ozon düzeyinde, yıllık %1 oranında beklenmeyen bir azaltıcı etki yapmıştır.
Ozon, dünya yüzeyini gerçekte yaşanmaz kılacak, zararlı ultraviyole ışınlarının çoğunu absorblar. Florokarbon kullanımını ortadan kaldırmak ve mevcut kompresörlerde (özellikle otomobil klimalarında) gazı yeniden çevrime sokmak için gösterilen uluslararası çabalar salınımın oranını önemli ölçüde azaltabilir; ancak fiorokarbonlar çok kararlıdır. Bu nedenle ozon parçalanmasını katalizleyici etkisini onlarca yıl daha sürdürecektir. U.V’deki bu artışa maruz kalmak (özellikle tropikler dışında) kaçınılmaz gibi görünmektedir.
Kaynakça:
https://www.sciencedirect.com
Yazar: Taner Tunç