Madde Döngüleri (Su, Karbon ve Azot)

Biyojeokimyasal Döngüler

Ekosistemde Madde Döngülerinin Önemi

Dünya, dışarıdan sadece enerji (güneş ışığı) alan ancak madde bakımından kapalı bir sistemdir. Canlıların yapısını oluşturan atom ve moleküller sınırlıdır. Bu nedenle yaşamın sürekliliği, temel maddelerin (su, karbon, azot, fosfor vb.) ekosistem içinde canlı ve cansız ortamlar arasında sürekli devretmesine bağlıdır. Bu sürece madde döngüsü veya biyojeokimyasal döngü denir.

? MADDE DÖNGÜSÜ NEDİR?

Temel maddelerin
CANLI ↔ CANSIZ
ortamlar arasında
SÜREKLI DEVRETMESI

Enerji aksine, maddeler DÖNGÜSEL olarak kullanılır

⚡

ENERJİ

Tek yönlü akış
Geri dönüşümsüz

MADDE

Döngüsel kullanım
Geri dönüşümlü

? Dünya = Kapalı Sistem

Dünya’ya dışarıdan sadece güneş enerjisi gelir, madde gelmez! Bu yüzden mevcut maddeler (su, karbon, azot, fosfor) sürekli geri dönüştürülmek zorunda. Aksi halde yaşam duracaktır.

1. Su Döngüsü (Hidrolojik Döngü)

Su döngüsü, güneş enerjisi ve yerçekimi etkisiyle gerçekleşen fiziksel bir süreçtir. Yeryüzündeki sular (okyanuslar, göller, nehirler) güneşin etkisiyle buharlaşır. Canlılar ise terleme ve solunum yoluyla atmosfere su buharı verir.

Atmosferde soğuyan su buharı yoğunlaşarak bulutları oluşturur ve yağış (yağmur, kar, dolu) olarak tekrar yeryüzüne döner. Suyun bir kısmı yer altına süzülerek yer altı sularını oluştururken, bir kısmı yüzeysel akışla su kütlelerine karışır.

? SU DÖNGÜSÜ AŞAMALARI

1️⃣ BUHARLAŞMA (Evaporasyon)

Güneş enerjisi ile su → su buharı
Okyanuslar, göller, nehirler, toprak

2️⃣ TERLEme VE SOLUNUM (Transpirasyon)

Bitkiler → Terleme (yapraklardan su buharı)
Hayvanlar → Solunum (akciğerlerden su buharı)
Atmosfere su buharı verilir

3️⃣ YOĞUNLAŞMA (Kondensasyon)

Atmosferde soğuyan su buharı → Sıvı su
Bulutlar oluşur

4️⃣ YAĞIŞ (Presipitasyon)

Bulutlar → Yağmur, kar, dolu
Yeryüzüne geri döner

5️⃣ SÜZÜLME VE YÜZEYSEL AKIŞ

Süzülme: Toprak → Yeraltı suyu
Yüzeysel akış: Nehir, göl, okyanus → Döngü başa döner

? Su Döngüsü Özellikleri

Fiziksel süreç: Kimyasal değişim yok (H₂O hep H₂O kalır)
Enerji kaynağı: Güneş enerjisi + Yerçekimi
Canlıların rolü: Terleme, solunum (bitki + hayvan)
Sürekli döngü: Su hiç tükenmez, sadece yer değiştirir

2. Karbon Döngüsü

Karbon, organik moleküllerin temel iskeletidir. Atmosferde temel olarak CO₂ (karbondioksit) formunda bulunur. Karbon döngüsü iki ana mekanizma ile yürür:

? KARBON DÖNGÜSÜ AŞAMALARI

? KARBONUN BAĞLANMASI (Fiksasyonu)

FOTOSENTEZ: Üreticiler (bitkiler, algler)
Atmosfer CO₂ → Organik besin (glikoz)
6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
Karbon organik maddeye dönüşür (yaprak, gövde, kök)

? KARBONUN SERBEST KALMASI

Organik madde → Atmosfer CO₂

a) Solunum (Tüm Canlılar)

Glikoz + O₂ → CO₂ + H₂O + Enerji
Bitkiler, hayvanlar, mantarlar, bakteriler

b) Ayrıştırma (Bakteriler, Mantarlar)

Ölü organik madde → CO₂
Ayrıştırıcılar organik maddeyi parçalar

c) Yanma (Fosil Yakıt, Orman Yangını)

Kömür, petrol, doğalgaz → CO₂
Odun, bitki → CO₂

? JEOLOJİK SÜREÇLER

Volkanik patlama: Yerkabuğu → Atmosfer CO₂
Kireçtaşı aşınması: Kayaçlar → Atmosfer CO₂
Okyanus: CO₂ çözünür (karbonat iyonu)

⚠️ Karbon Döngüsü ve Küresel Isınma

Fosil yakıt kullanımı (kömür, petrol, doğalgaz) ve orman tahribatı atmosferdeki CO₂ miktarını artırır → Sera etkisi → Küresel ısınma → İklim değişikliği

? Karbon Dengesi

Fotosentez (CO₂ alımı)
=
Solunum + Yanma + Ayrıştırma (CO₂ salımı)

Denge bozulursa → Atmosfer CO₂ artar → Küresel ısınma

3. Azot Döngüsü

Atmosferin %78’i azottur, ancak çoğu canlı bu serbest azotu (N₂) doğrudan kullanamaz. Azot döngüsü biyolojik olarak en karmaşık döngüdür ve bakterilerin kilit rolü vardır:

? AZOT DÖNGÜSÜ AŞAMALARI

A) AZOT FİKSASYONU (Bağlama)

Atmosfer N₂ → Toprak (kullanılabilir form)

1. Biyolojik Fiksasyon (Bakteriler)

Rhizobium: Baklagil bitkileri (fasulye, bezelye) köklerinde yaşar
N₂ → Amonyak (NH₃)
Azotobacter, Clostridium: Serbest yaşayan toprak bakterileri

2. Fiziksel Fiksasyon

Yıldırım/Şimşek: N₂ → Nitrat (NO₃⁻)
Yağmurla toprağa karışır

B) PÜTRİFİKASYON (Kokuşma) – Amonyak Oluşumu

Ayrıştırıcılar (saprofitler):
Ölü canlı + Dışkı + Protein → Amonyak (NH₃)
Bakteriler ve mantarlar organik azotu parçalar

C) NİTRİFİKASYON (Nitrat Oluşumu)

Kemosentetik bakteriler amonyağı oksitler:

1. Adım: Nitritleyici Bakteriler

Nitrosomonas, Nitrosococcus
Amonyak (NH₃) → Nitrit (NO₂⁻)

2. Adım: Nitratleyici Bakteriler

Nitrobacter
Nitrit (NO₂⁻) → Nitrat (NO₃⁻)
Bitkiler azotu bu formda alır!

D) ASİMİLASYON (Bitki Tarafından Alım)

Bitkiler nitrat (NO₃⁻) topraktan emer
Nitrat → Protein, DNA, RNA
Hayvanlar bitkileri yiyerek azot alır

E) DENİTRİFİKASYON (Atmosfere Geri Dönüş)

Denitrifikasyon bakterileri:
Pseudomonas, Thiobacillus
Topraktaki fazla nitrat → Serbest azot (N₂)
Atmosfere geri verilir → Döngü tamamlanır

? Azot Döngüsü Akışı

Atmosfer N₂ (78%)
↓ (Fiksasyon: Bakteriler, Yıldırım)
Toprak NH₃ (Amonyak)
↓ (Nitrifikasyon: Nitrosomonas)
NO₂⁻ (Nitrit)
↓ (Nitrifikasyon: Nitrobacter)
NO₃⁻ (Nitrat)
↓ (Asimilasyon: Bitkiler emer)
Protein (Canlı doku)
↓ (Ölü + Dışkı)
Organik azot
↓ (Pütrifikasyon: Ayrıştırıcılar)
NH₃ (Amonyak) → Döngü devam
↓ (Denitrifikasyon: Pseudomonas)
Atmosfer N₂ (Döngü tamamlandı)

? Azot Döngüsünde Bakterilerin Rolleri

Rhizobium: Azot fiksasyonu (N₂ → NH₃) – Baklagil kökleri
Azotobacter: Azot fiksasyonu – Serbest toprak
Ayrıştırıcılar: Pütrifikasyon (Protein → NH₃)
Nitrosomonas: Nitrifikasyon 1 (NH₃ → NO₂⁻)
Nitrobacter: Nitrifikasyon 2 (NO₂⁻ → NO₃⁻)
Pseudomonas: Denitrifikasyon (NO₃⁻ → N₂)

? Baklagil Bitkilerinin Önemi

Baklagil bitkileri (fasulye, bezelye, nohut, mercimek, yonca) köklerinde Rhizobium bakterileri barındırır. Bu bakteriler atmosferdeki azotu bağlar, toprağı azotça zenginleştirir. Bu yüzden baklagiller münavebe tarımında (toprak verimliliği için ekim rotasyonu) kullanılır.