4- Biyo-jeokimyasal Döngüler Aslı Sade Memişoğlu kisi.deu.edu.tr/asli.memisoglu
Biyojeokimyasal döngüler Bir biyojeokimyasal döngü bir maddenin (Ör: su, karbon, azot, fosfor) biyotik ve abiyotik çevreler arasındaki dönüşümüdür Bu döngüler ekosistem ekolojisinin yapıtaşlarıdır
Doğa herşeyi tekrar kullanır. Canlılar arasında aktarılan maddelerin tümü, ekosistemin sağlığını idame Karbon döngü sü Fosfor döngü sü Azot döngü sü Su döngü sü Oksije n döngü sü ettirmede çok Çevrede ısı önemlidir. ısı ısı ısı
Biyojeokimyasal madde döngüleri biyolojik, jeolojik ve kimyasal süreçleri içerir. Madde bu döngüler arasında geçiş yaptıkça, ne yok olur, ne de yoktan var olur, sadece şekil değiştirir.
* Hemen hemen tüm biyokimyasal döngülerde, canlı kaynaklarında, cansız kaynaklardan daha az madde bulunur. Karbon döngü sü Fosfor döngü sü Azot döngü sü Su döngü sü Oksije n döngü sü Çevrede ısı ısı ısı ısı
İnsan pekçok biyojeokimyasal döngüyü etkilemektedir Atmosfer CO 2 konsantrasyonu Karasal azot bağlanması Ulaşılabilen yüzey suları Doğada oluşan İnsan etkisi Doğada oluşan İnsan etkisi Ulaşılabilen Kullanılan
1. Su (hidrolojik) Döngü Bitkiler topraktaki suyu emer Terleme (güneş sebebiyle yapraklardan suyun buharlaşması) ve solunum ile su atmosfere aktarılır Yağış, (yağmur, kar vb gibi) suyu tekrar toprağa aktarır Su topraktan süzülür ve yeraltı kaynaklarında toplanır
Buz ve karda su depolanması Su Döngüsü ece Atmosferde suyun depolanması Yoğunlaşma Yağış Süblimleşme Terleme ile buharlaşma Buharlaşma üzülme Eriyen kar akarsulara karışır Kaynak Akarsu Buharlaşma Yüzey akıntıları Temiz su deposu Okyanuslarda su depolanması Yeraltı suyu depolanması
Su döngüsü Su buharı Okyanus üzerine yağış Buharlaşma Kara üzerine yağış Terleme buharlaşma Okyanus Yüzey su akışı Yeraltı suyu Yeraltı suyu akışı Karaya düşen yağışın sadece %40 ı okyanustan buharlaşan, %60 ı bitkilerden terleme yoluyla buharlaşan sudur.
Temiz su çok değerli ve çoğunlukla az bulunan bir kaynaktır
Küresel temiz suyun ulaşılabilen yüzdesi çok küçüktür Tuzlu su Temiz su Okyanuslar Buzullar Yeraltı suyu Göller, akarsular, toprak Atmosfer
Su döngüsü üzerinde insan etkisi Çok büyük miktarlarda temiz su kullanır suyun yönünü değiştirme, yeraltı suyu tüketme, sulak alan tahliyesi Karasal bitki örtüsünü yok etme Yüzey akıntıları artar, toprak içine süzülme azalır, sel ve erozyon artar Su kalitesini değiştirir fosfat, nitrat gibi içerikler değişir
Canlılığın temel elementleri Canlıları oluşturan makromoleküllerin ortak elementleri Karbon (C), Azot (N), Fosfor (P)
2. Karbon Döngüsü Karbon tüm organik moleküllerin temelidir Atmosferdeki karbon dioksit ve metan gibi C bileşikleri küresel iklimi büyük ölçüde etkiler 3 temel süreç karbonun ekosistemlerde dönüşümünü sağlar: 1. Fotosentez/solunum 2. Atmosfer ve okyanuslar arasında CO 2 alış verişi 3. Karbonat tortularının okyanuslarda çökelmesi
2.1 Fotosentez/solunum Fotosentez ve hücresel solunum, karbon ve oksijen döngülerini sağlar Karbon bitkiler tarafından bağlanır 6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 Karbon tüketiciler tarafından açığa çıkarılır C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O Karbon içeren organizmalar fosil yakıtları oluşturur Fosil yakıtların kullanımı karbon açığa çıkarır 2 C 8 H 18 + 25 O 2 16 CO 2 + 18 H 2 O
Karbon döngüsü Atmosfer CO 2 Fosil yakıt kullanımı Fotosentez Solunum Solunum Bitkiler Hayvanlar Bakteri ve mantarlarca ayrıştırma Fosil yakıtlar Ölü organizmalar
2.2 Okyanus-atmosfer alış verişi CO 2 suda kendiliğinden çözünür; okyanuslar atmosferin 50 katı CO 2 içerir CO 2 okyanus/atmosfer sınırlarında sürekli alıp verilir. Okyanustaki CO 2 miktarı okyanus-atmosfer sistemi dışında bir kaynaktan yenisi eklenmedikçe sabit kalır Ör: Fosil yakıtlar Okyanus, insan etkileri sonucu oluşan fazla CO 2 için bir çukur oluşturmaktadır =tamponlayıcı etki
3.3 Karbonat çökelmesi Karbon dioksit suda çözündükten sonra hidrojen, bikarbonat ve karbonat iyonlarına dönüşür Suda bulunan kalsiyum, karbonat iyonlarıyla dengelenerek kalsiyum karbonat oluşturur Kalsiyum karbonatın çözünürlüğü düşüktür ve suda çöker
Karbon döngüsü Atmosfer (CO2) Solunum Fotosentez Solunum Doğal ve insan eliyle yakma Suda çözünmüş CO2 Erozyon Arazi değişimi (biyokütle yıkımı) Deniz plankton solunumu ve fotosentez Toprakta ayrışma Kömür Organik tortu Kireçtaşı Doğal gaz Petrol
Karbon Döngüsüne İnsan Etkisi Fosil yakıtlar ve biyokütle (ağaç) yakılması, karbon çukurları (okyanus, orman) tarafından yeterince hızlı alınamayacak miktarda CO 2 açığa çıkarır. CO 2 ısının uzaya çıkışını engelleyen bir sera gazıdır Bu da küresel ısınmaya katkıda bulunur. Sonuçta biyoçeşitliliğin azalmasına, deniz seviyelerinin yükselmesine, daha şiddetli fırtınalara ve bunlarla ilişkili pekçok değişime yol açar
Karbon döngüsüne insan etkisi Bitki örtüsünün bozulması birincil üretimi azaltır Karbon bağlanmasını azaltır Enerji akışını aksatır Küresel ısınmaya katkıda bulunur Fosil yakıtların kullanımında artış ve bitki örtüsünde azalma = C bağlanmasında azalma = atmosferde CO2 artışı
Karbon döngüsüne insan etkisi Karbon, CO2 haricinde CO (karbon monoksit) ve CH4 (metan) olarak atmosferde bulunur CO: egzoz gazlarından açığa çıkar, zehirli CH4: anaerobik bakteriler üretir Maden ve petrol aramaları sırasında yeraltından açığa çıkar Fosil yakıtlar ve arazi doldurması Metanın emdiği ısı CO2 nin 25 katıdır Önemli sera gazı Donmuş topraklar ve soğuk deniz diplerinde depo halde bulunur Küresel ısınma ile Sibirya ve Alaska da açığa çıkmaya başlamıştır
3. Azot döngüsü Havanın yaklaşık %78-80 ini atmosferdeki N 2 (Azot) oluşturur Organizmalar azotu bu haliyle kullanamazlar Atmosferdeki azotun çok az bir kısmı okyanusta çözünür. Yıldırımlar (az miktarda) ve bazı bakteri türleri azotu kullanılabilir formlara dönüştürür
Azot bağlayıcı mikroorganizmalar Baklagillerle simbiyotik yaşam süren bakteriler. Nodüller Kökler Nodüllerde yaşarlar
Azot bağlanması atmosferdeki azotu (N 2 ) amonyuma dönüştürür (NH 4+ ) = amonifikasyon Bu, bitkiler tarafından amino asitler gibi organik moleküllerin yapımında kullanılabilir. N 2 NH 4 + Sadece belirli bakteri türleri ve endüstriyel teknolojiler azotu dönüştürebilir.
Amonyum diğer bazı toprak bakterileri tarafından nitrata dönüştürülür = nitrifikasyon Bu da bitkiler tarafından kullanılır ve onları yiyen hayvanlara aktarılır. Organizma öldüğünde ayrıştırıcılar tarafından amonyağa dönüştürülür ve tekrar cansız kaynaklara döner. Buradan diğer mikroorganizmalar tarafından azota dönüştürülerek atmosfere salınır = denitrifikasyon
Atmosferdeki azot (N 2 ) Bitkiler Asimilasyon Denitrifaksyon bakterileri Köklerdeki Azotbağlayan bakteriler Amonifikasyon Amonyum Ayrıştırıcılar (oksijenli/oksijensiz solunum yapan bakteri/mantarlar) Nitrifikasyon Nitrat Nitrit Nitrifikasyon bakterileri Topraktaki Azotbağlayan bakteriler Nitrifikasyon bakterileri
İnsanlar azot döngüsünde önemli rol oynar Havadan gübreleme (azot içerir)
Azot döngüsüne insan etkisi Sentetik azot gübrelerinin kullanımı, bunların sulara karışması alglerin aşırı çoğalmasına sebep olur Bu da oksijeni ve dolayısıyla biyoçeşitliliği azaltır!!! Algler veya fitoplanktonlar fotosentez yaparlar Peki neden oksijen tükenir?
Mississippi nehrinin Meksika Körfezine döküldüğü noktada mevsimsel olarak bir «ölü bölge» meydana gelir. Aşırı alg üremesi sonucu aşırı alg ölümü zooplanktonlar tarafından ayrıştırılma ve oksijen tüketimi yüzeyde ışık geçirmeyen tabaka ve tükenmiş oksijen Tarım arazilerinden gelen azot
http://oceantoday.noaa.gov/happnowdeadzone/
Azot döngüsüne insan etkisi Tarım yönetimi: Azot-bağlayan bitkilerin ekimi toprağa kullanılabilir azot sağlar Ör: ürün değişimi: mısır soya fasülyesi dönüşümlü olarak ekilebilir Yine de aşırı düzeyde ekim topraktaki azotu tüketir. Bataklık alanlar oluşturularak azotun bağlanması sağlanabilir
Azot döngüsüne insan etkisi Fosil yakıtlar Atmosferde azot dioksit oluşturur (NO 2 ) Su ile tepkimeye girerek nitrik asit oluşturur (HNO 3 ) Asit yağmuru
3. Fosfor Döngüsü Fosfor genellikle kalsiyum fosfat olarak toprak ve kayalarda bulunur. Kalsiyum fosfat suda çözünür ve fosfat iyonlarını oluşturur. Bu inorganik form, çoğu canlı tarafından kullanılamaz. ** Fosfor DNA, kemikler ve dişlerin önemli yapı taşıdır
Bitkiler inorganik fosfatı kökleri yardımıyla alır. Daha sonra organik fosfata dönüştürür. Tüketiciler organik fosfatı bitkilerden alır. Ayrıştırıcılar fosfatı toprağa tekrar inorganik olarak verir Fosfat su kaynaklarına karışır Yeni kaya oluşumuna katılabilir
Bu döngünün diğerlerinden farkı nedir? CEVAP: Fosfor döngüsünde atmosfer evresi bulunmaz!
Heterotrof beslenme Hücresel solunum Fosfat atılır Gübre Fosfat bitkilerce alınır. Organik fosfata dönüştürülerek kendi yapılarında kullanılır Tarım Alg fitoplankton Topraktaki fosfat Gübreden sızıntı Fosfat kayalarında madencilik Suda çözünmüş fosfat Milyonlarca yıl Çökelme ile fosfat kayaları oluşumu
Fosfor döngüsüne insan etkisi Büyük miktarlarda fosfat kayası organik gübre ve deterjan yapımı için kullanılır Tarım alanları ve evsel atıklardaki fosfat göl ve göletlerde birikir Alg patlamasına oksijen azalmasına diğer canlıların ölümüne biyoçeşitliliğin azalmasına yol açar = ötrofikasyon (aşırı beslenme)
Besin dengesinde bozulmanın etkileri Aşırı besin karışımı karasal ekosistemlerde de çeşitliliğin azalmasına sebep olur: Birkaç tür daha iyi hayatta kalır ve diğerleri onlarla yarışamaz