Karbon Döngüsü

1. Karbon Döngüsü • Canlılarda mevcut karbon bileşikleri aerobik (havacıl) parçalanma ile karbondioksit (CO2) ve suya (H2O) dönüşür. Bu parçalanma bazen anaerobik (havasız) şartlarda cereyan ederek CH4, CO2, N2 ve H2S oluşumuna yol açar. Oluşan CO2 ve H2O fotosentezle bitkiler ve fotosentetik organizmalar aracılığıyla karbonhidratlara ve oksijene dönüşür. Oksijen ve karbonhidratlar aerobik solunum yapan canlılar aracılığıyla tekrar CO2 ve H2O'ya dönüşür. Bu döngü, dinamik reaksiyonlar zinciri halinde sürüp gider. Fosil yakıtların (kömür, petrol) ve ağaçların (odun) yakılması ile doğaya aşırı ölçüde CO2 verilmesi doğanın dengesini bozmakta ve "Sera Etkisi" denilen olaya neden olmaktadır.

2. Dünyanın ısınması şeklinde ifade edilebilecek bu etkiyi gidermek için bitki populasyonunun arttırılması ve fotosentezin hızlandırılarak karbondioksitin karbonhidrat olarak doğaya dönmesi sağlanmalıdır. Bu da orman ve bitki alanlarının arttırılması ile mümkün olur. Her yıl 40 milyar ton karbon bitkiler tarafından asimile edilerek selüloz, nişasta ve diğer karbonhidratlara dönüştürülmektedir. Bu miktarın yaklaşık %25'i (10 milyar ton), bitkilerin solunumu ile CO2 halinde tekrar atmosfere verilmektedir.

3. Net karbon dioksit asimilasyonu yılda 30 milyar tondur. Ormanlar bu miktarın yarısını sağlayan en önemli fotosentetik canlılardır. Dengeyi sağlayabilmek için her yıl 30 milyar ton karbondioksit doğaya verilmektedir. Bu miktarın %75'i mikroorganizmalar tarafından aerobik parçalanma ile sağlanır; %25'i ise hayvanların solunumu ile gerçekleşir. Mikroorganizmalar, toprak ve sudaki organik bileşikleri ve çürüyen canlıları aerobik koşullarda CO2 ve H2O'ya dönüştürerek karbon döngüsüne önemli katkılarda bulunurlar (Kargı, 1996).

4. AZOT ÇEVRİMİ • Azot, doğada ve özellikle atmosferde (%78 N2) oldukça bol bulunan bir elementtir. Azot gazı atmosferin önemli bir kısmını oluşturur. Diğer azot bileşikleri (amonyum, nitrat, nitrit, organik azot) belli konsantrasyonların üzerinde canlılara toksik etki yapabilir (Kargı, 1996). • Organik azot bileşikleri (proteinler vd) biyolojik parçalanma ile amonyuma dönüşür. Bu amonyumun bir kısmı, protein sentezi ile yeni canlı (organizma) bünyelerinde tutulur. Serbest amonyumun bir kısmı toprak ve sudaki bazı organizmalarla "nitrifikasyon"a uğrayarak önce nitrite (NO2-) sonra da nitrata (NO3-) dönüşür. Oluşan nitrat ise, oksijensiz koşullar oluştuğunda "denitrifikasyon" ile önce nitrite sonra da azot gazına dönüşür.

5. Atmosferdeki azot gazı, azot bağlayan organizmalar (Azotobacter sp, Rhizobium sp, Clostridium) tarafından bağlanarak amonyuma dönüştürülür. Böylece azot döngüsü tamamlanmış olur. Canlılar tarafından doğaya verilen azotlu bileşikler giderek artmakta, nitrifikasyon ve denitrifikasyon işlemleri doğal şartlarda bu bileşikleri azot gazına dönüştürmekte yetersiz kalmaktadır. Bu nedenle doğada NH4+ ve NO3- gibi bazı azot bileşikleri artmaktadır.

6. Kükürt Döngüsü: • Organik bileşiklerde, özellikle proteinlerde mevcut kükürt anaerobik koşullarda parçalanarak H2S halinde doğaya verilir. Hidrojen sülfür ve diğer sülfür bileşikleri, bazı aerobik kükürt bakterileri (Thiobacillus sp, Sulfolobus sp.) tarafından ya da kimyasal olarak oksitlenerek önce elementel kükürde (S°) sonra da sülfat iyonlarına (SO4=) dönüşürler. Oluşan sülfatın bir kısmı organizmalar tarafından asimile edilerek hücre yapısına katılır; büyük bir kısmı da anaerobik kükürt indirgeyici organizmalar tarafından (Desulfovibrio sp), S=’ye indirgenirler (Kargı, 1996).

7. Fosfor Döngüsü: • Fosfor doğada ya mineral (Ca3(PO4)2, K3(PO4) vb. ya da organik bağlı olarak (nükleik asitler, ATP, fosfolipidler) bulunur. Organik fosfor bileşikleri, biyolojik aktivitelerle parçalanarak ortama fosfat (PO4-3) verirler. Bu fosfat, ya mineralize olarak doğaya verilir ya da organizmalar tarafından tutulur. Biyolojik olarak fosfat tutulması iki şekilde olur: Fosfat ya organizmaların yapısına asimile olur (nükleik asit, fosfolipid, ATP vb) ya da polifosfat halinde bazı organizmalar tarafından (Acinetobacter sp) hücre içinde tutulur. • Fosfor döngüsü sadece toprak ve suda cereyan eden basit bir döngüdür. Atmosferdeki fosfor bileşikleri yok denecek kadar azdır (Kargı, 1996).

8. Biyojeokimyasal döngü • Kimyasal terimlerle yaşamı yaklaşık 6 elementle ifade etmek mümkündür: Karbon, hidrojen, oksijen, azot, fosfor ve kükürt (CHONPS). Canlı organizmaların bünyesinde bulunan bu altı element ve ilaveten birkaç element nispeten yüksek miktarlarda gerekli olduğu için "makro nütrient" denilmektedir. Bu elementlerin miktarları sabit olduğundan, hava, su ve toprakta sürekli olarak devretmektedirler. Biyojeokimyasal döngüler; gaz çevrimi, hidrolojik çevrim ve çökelti çevrimini kapsamaktadır .

9. Fotosentez • Bitkilerin güneş ışığını kullanılabilir besin enerjisine dönüştürmesi olayına birincil üretim ya da fotosentez denilmektedir. Ototrof (kendibeslek) mikroorganizmalar tarafından gerçekleştirilen en önemli olay fotosentezdir. Klorofil içeren bitkiler ve algler, fotosentez olayı sonucunda ürettikleri oksijen nedeniyle yüzeysel sulardaki oksijen bilançosuna önemli etkiler yaparlar. Enerji kaynağı olarak ışığı kullanan bu canlıların büyüme işlemi belirgin bir gece-gündüz periyodu gösterir. Bu yüzden yoğun bitki büyümesi ve yüksek fitoplankton konsantrasyonlarına sahip olan akarsulardaki çözünmüş oksijen miktarı 24 saatlik bir süreçte diğer tüm etkileri önemsiz kılabilecek boyutlarda bir değişim gösterebilir.

10. Fotosentezin yanısıra, bitkilerin yaşamsal etkinlikleri solunum olayını da içerir. Solunum sırasında oksijen tüketilir ve karbondioksit açığa çıkar. Fotosentez ve solunum karşıt kavramlardır. Fotosentez sırasında, güneş ışınlarının yardımıyla karbondioksit ve sudan organik madde üretilir. Bu reaksiyonu tanımlayan klasik denklem Güneş ışığı CO2 + H2O HCOH + O2 veya Güneş ışığı 6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6 O2 şeklinde ifade edilebilir.

11. Solunum sırasında ise, bitkisel metabolizmanın gereksindiği enerjinin üretilmesi için ortamdan oksijen alınır. Bu olay sırasında fotosentez reaksiyonunun yönü değişir ve depolanan enerji açığa çıkar (Uslu, 1987): C6H12O6 + 6O2 6H2O + 6CO2 + enerji

12. Ekosistemde Değişimler • Ardışma (Suksesyon: Succesion): Bir tropik yağmur ormanı, ya da deniz dibindeki bir mercan yığını bize "hep vardı" gibi görünse de, gerçekte çok karmaşık ardışma olayları sonucunda ve çok uzun bir süreç içerisinde oluşmaktadır. Öncül basit sistemler yerini zaman içerisinde daha karmaşık sistemlere bırakarak aşamalardan geçmiş ve bugüne gelinmiştir. Zaman içerisinde bir organizma grubunun bir diğeri tarafından yer değiştirmesine "ekolojik ardışma" (succesion-süksesyon) denilmektedir. Ekologlar ardışmayı birincil ve ikincil ardışma olarak iki grupta toplamaktadır.

13. Birincil ardışma daha önce hiçbir topluluğun bulunmadığı bir ortamdaki ardışma olarak tanımlanmaktadır. Mesela çıplak kayalar ve kumlar ya da soğumuş volkanik kaya üzerinde bitki büyümesi buna örnektir: kaya  liken  yosun  bitki  ağaç  orman

14. İkincil ardışma daha yaygın olup, herhangi bir nedenle mevcut topluluğun uzaklaştırılması durumunda ortaya çıkmaktadır. Mesela tarım arazilerinin terkedilmesi, yangın, fırtına veya diğer doğal felaketler, insan etkisi gibi nedenlerle ortaya çıkan bozulmanın düzelmesi uzun bir sürede tamamlanabilmektedir.

15. Ardışmanın ilk aşamalarında organizma sayısı çok, tür sayısı azdır. Başka bir deyişle tür farklılığı düşük ve bunun bir sonucu olarak ta sistemin kararlılığı azdır. Ardışma ilerledikçe, olgunlaşmaya paralel olarak tür farklılığı ve kararlılık artmaktadır. Ekolojik ardışmaya ilişkin bilgileri kullanarak tabiattan daha yüksek verim sağlamak mümkün olabilmektedir.

16. Geçmişte insanlar ardışma ile tarımsal üretimi artırmaya çalışmışlardır. İnsan zekasını kullanarak genç ve olgun ardışma aşamalarını birarada kullanarak yarar sağlayabilmektedir. Bir örnek vermek gerekirse, orman ve ovanın birarada bulunması durumunda; orman, su ve mineralleri tutarak yavaşca ovaya vermekte ve çok iyi bir verim elde etmek mümkün olabilmektedir.

18. Çevre ili İlgili Temel Yasalar • Termodinamiğin birinci yasası: Termodinamiğin birinci yasası enerjinin yaratılıp yok olamayacağını öngörmektedir. Başka bir deyişle "enerji yoktan var olmaz, vardan yok olmaz". Ancak enerji bir formdan diğerine dönüşebilmektedir. • Termodinamiğin ikinci yasası: Bir metal çubuğun bir tarafı sıcak, diğer tarafı soğuksa, bütün çubuk aynı sıcaklığa gelinceye kadar bir ucu soğur, diğer ucu ısınır. Isı sıcak uçtan soğuk uca doğru akar. Bu olayın tersinin kendiliğinden gerçekleşmesi mümkün değildir.

19. Termodinamiğin ikinci yasası şu şekilde ifade edilebilir. Hiçbir enerji dönüşümü yüzde yüz randımanla meydana gelmez. Her dönüşümde bir miktar enerji, ısı şeklinde çevreye verilir. Dolayısıyla her dönüşümde faydalı enerjinin bir kısmı ısı enerjisine dönüşmüş olur. Isı enerjisi ise, moleküllerin keyfi hareketlerinden ibarettir. Bu düzensiz molekül hareketi faydalı iş yapmak için kolay kolay kullanılmaz. Enerjinin faydalı şekli yüksek iş yapma kapasitesine sahip olandır.

20. Entropi: Entropi, bir sistemdeki düzensizliği ifade etmek için kullanılan bir terimdir. Düzensiz sistemlerin entropisi yüksek, düzenli sistemlerin entropisi ise düşüktür. Herhangi bir değişiklik kendiliğinden oluşuyorsa, sistem + çevre'nin entropisi artar . Bir sistemdeki toplam enerjinin yanlızca bir kısmı yararlı iş için kullanılabilmektedir. Kalanı çevreye ısı kaybı olarak verilmekte ve evrenin entropisini artırmaktadır.

21. ÇEVRE VE AHLAK Halen dünya nüfusunun önemli bir kısmı yoğun ekonomik sorunlarla uğraşmakta ve çevre kirliliği diye bir kavramın varlığından habersiz bulunmakta ya da önemsiz bulmaktadır. Halbuki çevre kirlenmesi artık o kadar büyük boyutlara ulaşmıştır ve o kadar yaygındır ki yaşantımızın bir parçası haline gelmiştir. Günümüzde insan faaliyetlerinin pek çoğu doğaya yabancı hatta aykırıdır. Doğa, kendisine ters düşen bütün bu faaliyetlere karşı büyük bir direnme ve yaşam savaşı vermektedir. Çevre kirlenmesinin kontrolu ve doğanın korunması konusunda sevindirici bazı gelişmelere karşın; halen çevre kirliliği artan bir hızla devam etmektedir. Bu konuda en kötümser kişilerin, çevre konusunu uzmanlık dalı olarak seçmiş bilim adamları oluşu sebepsiz değildir.

22. Günümüzde bilim ve teknolojinin gelişme hızı, insanların ahlaki değerlerinin gelişme ve yükselme hızından çok daha fazladır. Eğer ahlaki değerler teknolojik gelişmeye paralel olarak gidebilseydi, insanlık kuşkusuz çok farklı bir yerde olurdu. Bilim adamları ve ekoloji konusuna gönül vermiş kişilerin de gayretleriyle "çevre ahlakı" (environmental ethics) adı verilen yeni bir kavram oluşmaya başlamıştır. Ekonomi uzmanları ve politikacılar; "projelerin fayda fiyat analizleri yanlızca paraya göre mi yapılmalıdır" ya da "bu projenin insan sağlığına getirdiği risk ne kadardır" türünden sorularla karşılaşmakta ve cevap vermekte güçlük çekmektedir. Birkaç onyıl öncesinde, özellikle kalkınmaya çalışan ülkelerde, bu tür sorular hiç sorulmazken, günümüzde artık cevaplanması ve açıklanması gerekli hale gelmiştir.

23. Ekonomi ve ekoloji arasında bir çatışma olduğu kesindir. Ancak, insan sayısının sürekli artışı ve doğal kaynakların hızla tüketilmesi insanlığın sonunu hazırlar gibidir. Ekonomi ve ekoloji arasındaki çatışmaya çevreci bakış açısı aşağıdaki gibi özetlenebilir (Vesilind, 1975): "Ekoloji ekonomik değil deniyor. Doğru değil, Ekonomi ekolojik değil." Gözle görülebilir boyutlardaki çevre kirlenmesine karşın, ülkemizde çevre ahlakının gelişmekte olduğu söylenebilir. "Kirleten öder" türünden açık bir mantık henüz tam manasıyla işlerlik kazanmasa da, her türlü atığın çevre ortamına verilmeden önce arıtılması gerektiğine inanan ve mevcut yasa ve yönetmeliklere uygun davranan sanayicilerin sayısı hızla artmaktadır. Bu gelişmeler çevre konularının dışsallık özelliğine karşın sürmektedir.

24. Evrenin henüz bilinen tek canlı barındıran gezegeni olan dünyamızın, daha sağlıklı ve dengeli olabilmesi, gelecek nesillerin de hakkı olan çevre mirasının onlara devredilebilmesi, ve milyonlarca yılda oluşmuş canlı yaşamın uzun bir süre daha devam edebilmesi için çevre ahlakı gereklidir. Çevre ahlakı, neredeyse kaderimiz haline gelen bir çevre felaketinin olmaması için önşarttır. "Dünya sadece biz insanlarındır" anlayışı doğru bir yaklaşım değildir. Diğer canlılar çevreye aykırı davranışlarımızı onaylamadıklarını bize bir mesaj vererek iletiyorlar: ölerek, yok olarak. Tabiatta sadece insanların ve insanların işine yaradığı için yetiştirilen hayvanların olduğu bir dünyayı düşünebiliyor musunuz, ben düşünmek dahi istemiyorum.

25. Çevre konusunda bir ahlak normu oluşmalıdır. Kirleticiler bu baskıyı, ancak çevre konusunda duyarlı ve bilinçli kişilerin sayısı toplumun önemli bir kesimini oluşturduğunda hissedeceklerdir. Bazı ülkelerde çevre konusuna dini kesimler de sahip çıkmaktadır. Hep iyi doğru ve güzeli arama misyonu üstlenmiş olan çeşitli dinlerin böyle bir konuyu da üstlenmesi belki doğal karşılanabilir. Ancak hangi dinden olursanız olun, uygun kirlilik kontrol önlemleri alınmadığı taktirde, kirliliğin olumsuz etkileri insanları aynı şekilde etkileyecektir. Başka bir deyişle kirlilik insanlar arasında ayırım yapmamaktadır.

26. KÜRESEL ÇEVRE SORUNLARI Bir çok çevre sorunu nispeten yerel özellik taşımakla beraber, bazı çevre sorunları dünya ölçeğinde, başka bir deyişle küresel (global) niteliktedir. Küresel çevre sorunlarını aşağıdaki başlıklar halinde toplamak mümkündür • Ozon tabakasının bozulması • Atmosferde karbondioksit artışı ve dünyanın ısınması • Dünya nüfusunun artışı

27. Ozonun büyük bir kısmı yeryüzünden 10 ila 50 kilometre yükseklikte stratosfer denilen tabakada bulunmaktadır. Stratosferdeki ozon, "ozon tabakası" olarak adlandırılır. Son on yıl içinde stratosferdeki ozon tabakasında görülen azalma ölçülebilmektedir. Antartika'nın bazı kısımlarında ozon tabakasının % 60'a kadar azalmış olduğu ve ozon deliği diye adlandırılan boşluğun oluştuğu bilinmektedir. Ayrıca daha küçük ölçekte ozon incelmeleri yeryüzünün diğer bölgelerinde de görülebilmektedir. Ozon tabakasındaki incelmenin özellikle kloroflorokarbon (CFC) denilen maddeler nedeniyle oluştuğu bilinmektedir. Bu maddeler, soğutmada, havalandırmada, köpük kullanılan yerlerde, elektronik maddelerin temizliğinde ve bazı yangın cihazlarında kullanılmaktadır. Ozon tabakasının bozulması

28. 1987 tarihinde imzalanan Montreal Protokoluna uygun olarak çok sayıda ülke, endüstride bir çok alanda kullanılmakta olan CFC'leri yasaklamakta ve yerine ozon dostu denilen bazı maddeleri kullanmayı teşvik etmektedirler. Ozon tabakasını tahrip eden maddeler çoğunlukla kuzey yarımkürede kullanılıyor olmakla birlikte, atmosferde ve özellikle stratosferde olan bu maddeler rüzgarların da etkisiyle kutuplarda yoğunlaşmaktadır. Ancak, Güney kutbunda denizlerin daha fazla olması bu maddelerin yeryüzünün güneyindeki kutup noktasında yoğunlaşması sonucunu getirmiştir. Bilimsel araştırmalar, ozon tabakasındaki deliğin genişlemesinin devam ettiğini göstermektedir. Bu sebeple insanlığı tehdit eden bu gelişme karşısında 1987 tarihli Montreal Protokolu ve eklerinin taşıdığı hükümler bütün ülkeler tarafından uygulanmalıdır.

29. Atmosferde karbondioksit artışı ve dünyanın ısınması • Karbondioksit yakın zamana kadar yanmanın son ürünü olarak istenen bir madde iken (karbonmonoksit zehirli olduğu için oluşumu istenmediğinden yanmanın tam olması, dolayısıyla bütün karbonun karbondioksite dönüşmesi arzu edilmektedir), son yıllarda dünyadaki karbondioksit miktarının artarak sera etkisine, sonuçta da ısınmaya yol açması nedeniyle artık kirletici gözüyle bakılmaktadır.

30. Fosil yakıt (kömür ve petrol) tüketimine bağlı olarak atmosferdeki karbondioksit miktarındaki artış, dünya sıcaklığının artmasına neden olmaktadır. CO2, 15  dalga boyunda (ısı enerjisi) absorpsiyon vermekte ve dünyanın radyasyonla soğumasını geciktirmektedir. 1968 yılında atmosferde 320 ppm olan CO2 konsantrasyonunun, 2000 yılına kadar 375 ppm'e ulaşacağı tahmin edilmektedir. Dünyanın ısınmasına ayrıca azot oksitleri ve metan gibi diğer gazların da katkısı olmaktadır.

31. "Sera etkisi" de denilen sıcaklık artışı dünyanın tarıma elverişli kuşağını daraltacağından uzun vadede beslenme sorunlarının ortaya çıkacağı sanılmaktadır. Ayrıca dünyanın ısınmasının, kutup bölgelerinde bulunan büyük miktarlarda buz erimesine yol açarak deniz seviyesinin yükselmesine, dolayısıyla deniz kenarı bölgelerin su altında kalmasına neden olacağı tahmin edilmektedir.

32. Karbondioksitin olumsuz etkilerine maruz kalmamak için global ölçekte önlemler almak gereklidir. Bu nedenle bir çok ulusal ve uluslararası kuruluş sera etkisi ve kontrolu konusunda çalışmalar yürütmektedirler. Birleşmiş Milletler Çevre Programı (UNEP), Uluslararası Biyosfer Jeosfer Programı ve Bilimsel Birlik Konseyi gibi uluslararası kuruluşlar ile ABD'deki EPA (Çevre Koruma Ajansı) gibi bazı ulusal kuruluşlar, dünyanın insan faaliyetlerinden nasıl etkilendiğini belirleme konusunda araştırmalar yapmaktadırlar.

33. Dünya nüfusunun artışı Şekil 3.4'te görüldüğü gibi dünyadaki insan nüfusu geometrik bir artış göstermektedir. Günümüzde bu eğrinin dönüm noktası geçildiğinden, nüfus artışı giderek hızlanmaktadır. Yapılan model çalışmaları yardımıyla hazırlanan bu senaryolardan elde edilen sonuçlar nüfus kırılması olayını gündeme getirmektedir. Dünya nüfusunun 1 milyar artması için geçen süre giderek kısalmaktadır. Bu anormal nüfus artışının nedeni nedir?

34. Şekil 3.4. Dünya nüfusunun artışı (BM, 1998).

35. 1940 yılına gelinceye kadar birkaç yüzyıl boyunca dünyada doğum hızı ölüm hızından çok az fazla idi. Fakat 1940'ların başında iki kuvvetli antibiyotik, yani penisilin ve streptomisin ile DDT adı verilen haşere öldürücü ilaçların bulunması, hastalıklara karşı zaferler kazanılmasıyla sonuçlanmıştır. Ayrıca modern tıp, çevre ve halk sağlığı programlarının dünya ölçeğinde uygulanmaya başlanması, ölüm hızlarının düşmesine neden olmuştur.

36. Şekil 3.5. Dünya nüfusunun dağılımı (BM, 1998).