3. Ekosistem Kavramı

Bir ekosistem, kızgın çöl, çayır, nehir, göletler, göller veya haliçler vb. gibi belirli bir peyzaj modeline sahip bir alandır. Ekosistemin bileşimi, dağlar, göller, nehirler, kıyı alanları veya adalar gibi coğrafi özelliklerine bağlıdır. Yağış, güneş ışığı, sıcaklık vb. iklim koşulları da ekosistemleri kontrol eder. Coğrafi, iklimsel ve toprak özellikleri cansız (abiyotik) bileşenini oluşturur. Bu özellikler, canlının (biyotik; bitki ve hayvan toplulukları) bu özel koşullarda yaşamasını destekleyen koşulları oluşturur. (Bornmann ve Likens, 1967). Bir ekosistem, bütün bir orman kadar büyük veya bir ağaç kadar küçük olabilir.

Ekosistemler genel olarak karasal ve sucul ekosistemlere ayrılmıştır. Bunlar, tüm canlı organizmalar için iki ana habitat koşulunu oluşturur. Karasal ekosistemler; çöl, çayır ve ormanları içerir; su ekosistemlerini ise göletler, nehirler, akarsular, okyanuslar ve haliçler vb. içerir. Karasal veya sucul ekosistemler, diğer sistemlerle girdi ve çıktıların serbest olduğu kendi kendini düzenleyen, açık bir sistemdir (Bornmann ve Likens, 1967). Bu nedenle ekosistemler, kendine özgü özelliklerini veren bir bölgeye özgü hem biyotik hem de abiyotik bileşenlere sahiptir. Sahada, ekosistemin neye benzediği, yapısı, biyotik parçaların bileşimi dahil olmak üzere her bir ekosistemin bir dizi özelliğini kolaylıkla gözlemleyebiliriz (Elmqvist vd., 2010).

3.1. Ekosistemin Yapısı ve İşlevi

Ekosistem terimi, ilk olarak İngiliz ekolojist Arthur Tansley tarafından 1935 yılında kullanılmıştır. Ekosistem, canlı (bitkiler, hayvanlar, mikroplar) ve cansız varlıkları (hava, su, toprak) bir sistem olarak etkileşime giren yapısal ve işlevsel bir biyosfer birimidir. Canlı, yaşamın fiziksel bölgesini kapsayan abiyotik bileşenler, biyotop ile birlikte biyotik kısımlara, biyosenoza atıfta bulunur (Odum ve Barret, 2005). E.P. Odum (2005)'e göre, biyotik topluluk ve çevresi, bir “ekosistem” olarak adlandırılan ekolojik bir birim olarak birlikte işlev görür.

Ekosistemlerin birbiriyle etkileşim halindeki birçok abiyotik ve biyotik bileşenden oluştuğunu bildiğimiz için, bu etkileşimler ekosistemlerin neler yapabileceğinin anahtarı olmalıdır. Fonksiyonel ekoloji, bileşenlerin bir ekosistemde nasıl çalıştığını, biyotik parçaların çevresel değişikliklere nasıl tepki verdiğini ve enerji ve maddenin ekosistemler boyunca nasıl hareket ettiğini açıklar. Tüm doğal ekosistemlerin bir ana yapısı ve bileşenleri vardır ve her bileşen, sistemin işleyişinde oynamak için belirli bir statüye sahiptir. Her ekosistem, çeşitli enerji transfer mekanizmaları ve biyojeokimyasal döngüler aracılığıyla çalışır. Sistemin hem canlı hem de cansız kısımları, doğal ekosistemleri oluşturmak için çeşitli işlevsel yönler aracılığıyla birbirleriyle etkileşime girer. Ekosistemlerin işlevsel yönleri, ekosistemin yapısal bileşenleri aracılığıyla enerji akışı ve malzemelerin döngüsünü içerir (Şekercioğlu, 2010). Woodbury'ye (1954) göre ekosistem, hayvanların, bitkilerin ve habitatın tek bir birim olarak kabul edildiği, birinin diğerine girip çıktığı madde ve enerjinin olduğu bir komplekstir.

3.1.1. Üreticiler, Tüketiciler ve Ayrıştırıcılar

Beslenme açısından bakıldığında, biyotik bileşenler besin kaynaklarına göre ototroflar veya heterotroflar olarak kategorize edilebilir. Karada ve suda yaşam, ototrofların, alg gibi fotosentetik organizmaların ve bitkilerin varlığından dolayı mümkündür. Bu organizmalar, kendi enerjileri ve diğer tüm organizmalar için organik besin üretmek için yalnızca inorganik besinlere ve güneş ışığına ihtiyaç duyar. Bu yüzden onlar üreticileri yaşayan dünyanın temel biçimi olarak adlandırılırlar (Benerje vd., 2013; URL-1). Fotosentetik organizmalar klorofil içerir ve deniz ve tatlı su habitatlarında fotosentez yapar.

Diğer bir büyük organizma grubu heterotroflardır. Bir üretici tarafından üretilen enerjiyi aldıkları için tüketiciler olarak adlandırılırlar. Dört tür tüketici vardır. Otçullar, bitkileri veya algleri yiyen hayvanlardır. Etoburlar otoburlarla ve bazen diğer etoburlarla beslenir. Omnivorlar hem bitkileri hem de hayvanları yiyen hayvanlardır. Detrivorlar, organik maddelerden oluşan tortularla beslenen ve toprağa geri dönen bitki ve hayvanlardır. Mantarlar da dahil olmak üzere bakteri ve mantarlar ayrıştırıcıdır. Bitki ve hayvan vücutlarında bulunan karmaşık organik maddeleri parçalayarak besin elde ederler. Bu maddeler bitkiler tarafından tekrar alınır (Odum ve Barret, 2005; URL-2)

3.1.2. Ekosistemde Enerji Akışı

Hiçbir ekosistem enerji olmadan işleyemez. Pek çok ekosistemde güneş tek nihai enerji kaynağıdır. Enerji ekosistemde fotosentez yoluyla akar. Güneş ışığının ilk olarak bitkiler ve fotosentetik bakteriler tarafından yakalandığını ve basit inorganik malzemelerden yiyecek yapmak için dokularında depolandığını biliyoruz (Likens ve diğerleri, 1987; Kooijman ve diğerleri, 2010). Organik besinler ekosistemin bir bölümünden diğerine geçerken, örneğin bir etobur bir otobur yediği zaman, orijinal enerji miktarının sadece bir kısmı aktarılır. Sonuç olarak, hücresel enerji salınımı sırasında, organik moleküllerde depolanan enerjinin önemli bir kısmı ısı olarak kaybolur. Bitkilerden ve hayvanlardan kaçan ısı, canlı organizmalar tarafından geri alınamaz ve tekrar kullanılamaz. Tüm heterotroflar, yiyecekleri için doğrudan veya dolaylı olarak üreticilere bağımlıdır. Dolayısıyla güneşten üreticilere ve ardından tüketicilere tek yönlü enerji akışı vardır. Termodinamik yasaları, ekosistem üzerindeki enerji akışı kavramını destekler. Birinci yasa, enerjinin ya yaratılabileceğini ya da yok edilebileceğini ifade eder (Bornman ve Likens, 1967; Odum ve Barret, 2005). Bu, ekosistemlerin neden fotosentetik organizmalar tarafından organik besinleri sentezlemek için kullanılan sabit bir enerji kaynağına bağlı olduğunu açıklığa kavuşturuyor. İkinci yasa, enerjinin her zaman ısı gibi daha kullanışlı bir formdan daha az kullanılabilir bir forma dönüştürüldüğünü belirtir (Odum ve Barret, 2005). Doğal koşullar altında, enerji daha yüksek seviyeden alt seviyeye akma eğilimindedir.

Şekil 1. Biyotik bileşenler. a. Üretici - yeşil bitki. b. Otobur - geyik. C. Etobur - kurt. D. Ayrıştırıcılar - mantarlar. (URL-3; URL-4; URL-5; URL-

3.1.3. Besin Zinciri

Bir ekosistemde, birbirini izleyen beslenme ilişkileri zinciri veya kimin kimi yediği besin zinciri olarak adlandırılır. Sistem içinde enerjinin bir organizmadan diğerine nasıl hareket ettiğini belirler. Trofik seviye, bir besin zincirindeki enerji seviyesidir (organik şekli - besin). Bir besin zincirindeki enerji akışı, transfer edilen enerjinin yüzde 80 ila 90'ı ısı olarak kaybolur (termodinamiğin ikinci yasası). Besin zincirlerinin kısalığı, trofik seviyeler arasındaki enerji kaybına bağlanabilir. Genel olarak, bir trofik seviyenin enerjisinin yalnızca yaklaşık% 10'u bir sonraki trofik seviyede mevcuttur. Dolayısıyla, bu aynı zamanda çoğu karasal gıda zincirindeki seviye sayısını da sınırlar (Barnes vd., 2018; Cebrian, 2015). Daha uzun karasal gıda zincirleri nadirdir çünkü gıda zincirleri genellikle birçok tüketiciyi desteklemek için yeterince büyük bir üretici tabanına sahip değildir. Organizmalar, konumlarına veya trofik seviyelerine göre bir besin zincirinde sınıflandırılır. Yeşil bitkiler - üreticiler, otlayıcı besin zincirinin temelidir ve ilk trofik seviyeye aittir (birincil tüketiciler) ve otlayanlarla beslenen etoburlar üçüncü trofik seviyededir ve bu böyle devam eder.

Ardışık trofik seviyeler arasında büyük kayıplarla enerji transferi bazen “Ekolojik Piramit” olarak tasvir edilir. Bir trofik seviyeden diğerine enerji transferi, bireysel organizmaların sayısına veya canlı madde miktarına ve her trofik seviyedeki toplam kuru ağırlığa bağlı olarak bir piramit oluşturur. Ekolojik piramitler, biyokütle ve trofik seviyeler arasındaki enerji transferini karşılaştırmak için kullanılır (Bornman ve Likens, 1967).

Şekil 2. Bir ekosistemdeki enerji akışı. (URL-7)

3.1.4. Ekosistemde Beslenme Döngüsü

Ekosistemin canlı (biyotik) ve cansız (abiyotik-jeolojik) bileşenleri arasındaki elementlerin aktarım yolları "element döngüleri" veya "besin döngüleri" olarak bilinir. Bu, canlı organizmaların biyosferin farklı bölümleri aracılığıyla ihtiyaç duyduğu besinlerin döngüsüdür (Kooijman, 2010). Bir ekosistemdeki besin elementlerinin hareketini içerir. Tüm ekosistem işlevleri, biyotik topluluklarının büyümesi ve çoğalmasıyla ilgilidir. Bu bağlantılı süreçler, çeşitli döngüler olarak tanımlanabilir. Doğal ekosistemlerin sürdürülebilirliği, güneşten gelen enerjiye ve yaşamın temel bileşenlerinin sürekli olarak tedarik edilmesini sağlayan besinlerin geri dönüşümüne dayanmalarına bağlıdır.

Şekil 3. Besin zincirleri kimin kimi yediğinin tanımlasıdır. (URL-7)

Besinler, canlı organizmaların çeşitli yaşam süreçleri için gerekli olduğu bilinen 40'tan fazla element içerir (Cebrian, 2015). Besinler, karbon, oksijen, hidrojen, nitrojen vb. gibi büyük miktarlarda gerekli makro besinler veya küçük miktarlarda gerekli olan mikro besinler, örneğin demir, çinko, bakır, iyot, vb. olarak sınıflandırılabilir.

Ekosistemlerde, besin elementleri çevredeki ortamdan besin zincirleri yoluyla akar, ancak nihayetinde çevreye geri salınır. Bitkiler iyonik formdaki besinleri alır ve hayvanlar bunları canlı veya ölü organizmaları tüketerek organik formda elde ederler. Besinler genellikle mikroorganizmalar tarafından herhangi bir mineral veya organik formda kullanılır. Canlı organizmalar ve çevrelerindeki besin alışverişi, ekosistemin temel unsurlarından biridir.

Bir besin veya biyojeokimyasal döngü genel olarak iki türe ayrılabilir: a. tortul ve b. gazlı. Karbon ve nitrojen döngüleri gaz halindedir, yani bu tür bir besin döngüsü için rezervuar atmosferde mevcuttur. Kükürt ve fosfor döngüsü bir tortul döngüdür; besinler bitkiler tarafından topraktan alınır, heterotroflara aktarılır ve nihayetinde ayrıştırıcılar tarafından toprağa geri verilir (Likens ve diğerleri, 1981; URL-2)

Şekil 4. Ekosistemlerin bu bileşenleri arasındaki besin döngüsü. (URL-9)

3.1.5. Su Döngüsü

Su döngüsü, suyun yeryüzündeki, içindeki ve üzerindeki varlığını ve hareketini tanımlar. Su her zaman hareket halindedir ve her zaman sıvıdan buhara, buza ve geriye dönüp tekrar tekrar durum değiştirir. Yeryüzü suyunun küçük bir kısmı canlı organizmalar tarafından kullanılabilir. Su döngüsünde buharlaşma, yağış ve yoğunlaşma temel süreçlerdir.

Su döngüsü sırasında, tatlı su buharlaştırma yoluyla tuzlu sudan damıtılır. Buharlaşma sürecinde su, sıvıdan gaz veya buhar durumuna değişir. Ardından yoğunlaşma meydana gelir. Yoğuşma, havadaki bir gazın sıvı suya dönüştürüldüğü süreçtir. Yoğuşma bulutların oluşumundan, okyanuslar ve kara üzerinde yağmur olarak soğumaya ve düşmeye neden olur (Bets, 2010). Yağış, atmosferik suyun Dünya'ya iletilmesini sağlayan su döngüsündeki birincil bağlantıdır. Yağıştan gelen suyun bir kısmı (örneğin yağmur, kar) yeraltı toprağına ve kayaya sızar. Sızan suyun miktarı, zemin örtüsüne veya toprak türüne bağlıdır (Bets, 2010).

3.1.6. Karbon Döngüsü

Karbon, canlı dokuları oluşturan ana maddelerden biridir. Hayat, büyük organik moleküllerin varlığına bağlı bir olaydır. Büyük moleküller ayrıca yapılarında karbon içerir. Karbon olmadan hayat olamaz. Kayadaki doğal karbondioksit kaynağı yanardağlardır. Bununla birlikte, milyonlarca yıldan fazla bir süredir, devreye giren yeni karbon ile kireçtaşı ve fosil yakıt olarak etkisiz hale getirilen karbon arasında bir denge kurulmuştur. Atmosferdeki karbondioksit ve sudaki karbondioksit denge halindedir.

Karbonun canlı organizmalar ve çevre arasındaki hareketine karbon döngüsü denir. Karbon, tüm canlılar için gerekli olan karbonhidratların, yağların, proteinlerin ve diğer biyomoleküllerin kaçınılmaz bir parçasıdır. Çevresel karbon döngüsünde, karbondioksitin iki yutağı vardır: Atmosfer ve yüzey suyu. Atmosferik karbondioksit (CO2) havadan bitkiler ve diğer fotosentetik organizmalar tarafından alınır. Karbondioksit (CO2), besin zinciri boyunca kullanılan fotosentez yoluyla besin maddelerine dönüştürülür. Organizmalar nefes aldığında, karbon atmosfere karbondioksit (CO2) olarak yeniden girer. Ortaya çıkan tüm organik maddeler, solunum ve ayrışma sonucunda hemen karbondioksite dönüşmez. Bitkilerin ürettiği organik madde jeolojik dönemlerde ayrışmadan gömülmüş, denizlerdeki planktonlardan kömür, linyit ve petrol denizin altında kalmıştır.

Şekil 5. Su döngüsü (URL-10)

Su ekosistemlerinde, atmosferik CO2 suda çözünerek suda yaşayan besin ağının temeli olan algler ve bakteriler tarafından elde edilebilen ve sabitlenebilen bikarbonat iyonu (HCO3-) üretir.

Hem bitkiler hem de hayvanlar, salgıladıkları atıklarla toprağa sabit karbonu geri verir. Öldüklerinde karbonlarını çevreye geri verirler. Bu işlemler karbon döngüsünü tamamlar. Genel olarak, organizmaların ayrışması karbondioksit (CO2) atmosfere geri döndürür (Kooijman, 2010; Woodmansee, 1990).

Bir miktar karbon, yeryüzünün derinliklerinde kömür, petrol, doğalgaz, “fosil yakıtlar” dediğimiz malzemeler olarak yatıyor. Fosil yakıt, milyonlarca yıl boyunca yer kabuğundaki ısı ve basınca maruz kalmanın bir sonucu olarak bitki hayvan kalıntılarının tamamen veya kısmen ayrışmasının ürünüdür. Bu yakıtlar çıkarılıp yakıldığında havaya karbondioksit (CO2) ve karbon monoksit gazı salmaktadır.

Şekil 6. Karbon Döngüsü (URL- 10)

3.1.6.1. Küresel Isınma

Tüm canlılar içinde ekosferde en aktif olan insan, ekolojik döngüleri ve doğanın birçok yönünü değiştirme yolundadır. Örneğin: Fosil yakıtların gömüldükleri yerden çıkarılması ve kullanılması, yeryüzünün doğal bitki örtüsünün yok edilmesi, ekosferdeki karbon dengesini önemli ölçüde etkiler. Sanayi devriminden bu yana, fosil yakıtları yoğun bir şekilde kullanan insanlar tarafından üretilen karbondioksit, ekosistemdeki karbon döngüsünün doğal dengesini çoktan değiştirdi.

Son 100 yılda, küresel atmosferik karbondioksit (CO2) seviyeleri yaklaşık% 30 artmıştır. Atmosferdeki karbondioksit (CO2) seviyelerindeki artış, çoğunlukla fosil yakıtların yanmasına ve çeşitli insan faaliyetlerine atfedilen karbon döngüsündeki bozulmadan kaynaklanmaktadır. Bu, dünya atmosferinin sera kabiliyetini artırdı ve dünyanın ısınmasına neden oldu. Bu gerçek, "Küresel Isınma" olarak adlandırılır (Kooijman, 2010). İklim değişikliği, dünya çapında fosil yakıtlara alternatiflerin kullanılmasının yanı sıra emisyonlarda derin kesintiler gerektiriyor.

Şekil 7. Sera etkisi nasıl gerçekleşir (URL-11)

3.1.7. Azot Döngüsü

Atmosferde en bol bulunan element olan azot, yaşam için çok önemlidir. Canlı vücudun temeli olan proteinlerin yanı sıra, kalıtım görevi gören nükleik asitler, çeşitli hormonlar ve vitaminlerin yapısında bulunur.

Azot gazı (N2) atmosferin% 78'ini oluşturur ancak bir dönüşüm geçirmeden bitkiler tarafından doğrudan absorbe edilemez. Bu azot, ekosistemin hem biyotik hem de abiyotik kısımlarında hareket eder. Esas olarak biyolojik süreçler aracılığıyla döngüye girer. Bu sürece "Azot Döngüsü" adı verilir (Stein ve Klotz, 2016).

Azot döngüsünün temeli, havada bulunan serbest nitrojenin canlılarda inorganik tuzlara ve ardından azot içeren organik moleküllere dönüştürülmesidir; Ayrıca biyolojik ayrışma yoluyla organik moleküllerin parçalanarak inorganik tuzlara dönüşmesini sağlar. Daha az nitrat tuzu içeren topraklarda bitkisel üretim çok daha düşük olacaktır. İnsan toplumları açısından, çevrede azot eksikliği, protein eksikliği, yani beslenme ve açlık sorunları anlamına gelmektedir. Bu nedenle havadaki azot gazının bitkilerin hem doğal hem de yapay olarak kullanabilecekleri kimyasal forma dönüştürülmesi büyük önem taşımaktadır.

Şekil 8. Nitrojen döngüsü ara oksitler (Stein ve Klotz, 2016)

a. Azot bağlanması: Azot bağlanması, belirli bakteriler nitrojen gazını (N2) bitkilerin kullanabileceği amonyuma (NH3) dönüştürdüğünde meydana gelir. Bu işlem, nitrojen gazını (N2) bitkilerin kök sistemleri aracılığıyla alabilecekleri forma dönüştürür. Bazı bakterilerin (Rhizobium) belirli baklagil bitkileriyle sembiyotik bir ilişkisi vardır, diğer bakteriler toprakta veya Siyanobakteri veya Azot bakterisi gibi suda serbestçe yaşar.

b. Nitratlaşma: Nitratlaşma, nitrojen döngüsü sırasında nitratların işlemidir. Nitrat, bitkiler için değerli bir azot kaynağıdır. Nitrifikasyon iki aşamalı bir süreçte gerçekleşebilir: amonyum iyonu önce Nitrosomonas tarafından nitrite dönüştürülür (NH4 + + O2 → NO2 + H2O + H +) ve sonra NO2-, NO3- (nitrata) dönüştürülür. Bitkiler topraktan NH4 ve NO3'ü emer ve bu iyonları proteinleri ve nükleik asitleri ortaya çıkarmak için kullanır.

c. Amonyaklaştırma: Bu süreçte ayrıştırıcı bakteriler, azot bakımından zengin atık bileşikleri daha basit olanlara dönüştürür.

d. Denitrifikasyon: Nitratın atmosfere salınan N2O, NO ve N2 gibi nitrojen gazına geri dönüştürülmesine “Denitrifikasyon” diyoruz. Denitrifikasyon, topraktan genel bir nitrojen kaybına neden olduğu için tarım üzerinde olumsuz bir etkiye sahiptir.

Çeşitli ölçümler, doğadaki nitrojen döngüsünün oldukça düzenli ve dengeli bir döngü olduğunu göstermektedir. Bu döngüdeki ana kayıplar; Yeraltı suları ve nehirler tarafından denizlere taşınan nitratların dip çökeltilerde birikmesi döngüden çıktıklarında meydana gelir. Ancak yanardağ püskürmeleriyle havaya eklenen azot gazlarının bu kaybı telafi edecek miktarlarda olduğu düşünülmektedir.

İnsanlık, nitrojen döngüsünü ve tüm döngüleri etkiler. İnsanın nitrojen döngüsü üzerindeki en önemli etkisi, gübre üretimi için havadaki azotun insan eliyle tespit edilmesidir. Azotun endüstri yoluyla gübreye dönüştürülmesi günümüzde önemli seviyelere ulaşmıştır. Artan nüfusu beslemek için dünyada inorganik gübre kullanımı her geçen yıl artmaktadır. Azotlu gübreler, tüm gübre tüketiminin yarısından fazlasını oluşturmaktadır. Yapay nitrojen tayini, enerji ağırlıklı bir süreçtir. Bu enerji fosil yakıtlardan sağlanmaktadır. Bu nedenle azotun gübre olarak belirlenmesinin bir başka çevresel etkisi de fosil yakıtların kullanımında görülmektedir.

Tarımda kullanılan gübrelerin yanı sıra kanalizasyon suyu, çeşitli azotlu kimya endüstrilerinden gelen kalıntılar, göllerde, nehirlerde ve kıyı deniz sularında nitrat ve diğer azotlu kimyasalların miktarını arttırır. Bu, fosfatlarla birlikte ötrofikasyon olayına katkıda bulunur. İnsanların nitrojen döngüsü üzerindeki bir diğer etkisi, endüstride ve araçlarda kullanılan fosil yakıtlardan gelen nitrik oksitlerdir (NO). Nitrik oksitler, büyük şehirlerin hava kirliliğine katkıda bulunan ana gazlardır.

3.1.8. Fosfor Döngüsü

Fosfor, azot gibi canlılar için gerekli olan temel maddelerden biridir. Hücrelerdeki nükleik asitler, hücre zarının yapısındaki enerji transferini sağlayan ATP, ayrıca dişlerde ve kemiklerde de bulunur. Yerkabuğundaki fosfat kayaları, doğadaki fosforun ana rezervuarıdır ve ikinci en büyük rezervuar sudur. Fosfor döngüsünün temeli fosforun karadan denize ve denizlerden karaya taşınmasıdır.

Fosfor döngüsü, litosfer, hidrosfer ve biyosfer boyunca fosfor taşınması ve kimyasal dönüşümü sağlayan biyojeokimyasal döngüdür. Fosfor döngüsü, fosfor (P) dönüşüm adımlarını içeren yavaş bir süreçtir: Aşınma ve çökelme, mineralizasyon ve hareketsizleştirme ve adsorpsiyon ve desorpsiyon (Eckert ve Nishri, 2014; Flippelli, 2009).

Yerkabuğundaki fosfat kayalarında bulunan fosforun bir kısmı erozyonla suda çözünür. Bu inorganik fosfat, bitkiler tarafından çoğunlukla suda çözünmüş ortofosfat formunda alınır. Otçul ve etçil hayvanlara beslenme yoluyla geçmektedir. Bitki artıkları, hayvan kadavraları ve salgılarındaki organik fosfatlar, mikroorganizmaların ayrıştırılmasıyla inorganik forma dönüştürülür. Böylelikle bitkiler tarafından tekrar kullanılabilir. Canlı rezervlerdeki fosfor kısmı, kaya ve su rezervuarlarına göre oldukça küçüktür.

Okyanus tortusundaki fosfor kalıntılarının çoğu, jeolojik bir yükselme nedeniyle karaya taşınır. Karada, fosfor ayrışarak kayalardan serbest bırakılır ve daha sonra bitkiler topraktaki fosfat iyonları fosforu emip büyüyebilir. Bitkilere ek olarak hayvanlar bitkileri yerler, su içerler ve fosfatın bir kısmını vücutlarına dahil ederler. Ancak bitkiler ve hayvanlar öldüğünde ve hayvan atıklarının ayrıştığında, fosfat iyonlarının su veya toprak yoluyla üreticilere geri dönmesi ile sonuçlanır.

Yağmur ve erozyon gibi çeşitli hava koşulları, kayalarda bulunan bazı fosfatın çökeltilerde hapsolduğu su ekosistemlerinde yıkanmasına yardımcı olur. Okyanus çökeltilerinde bulunan fosfor, karadaki bitkiler için bulunmaz (Eckert ve Nishri, 2014). Milyonlarca yıllık bir süreçte yer kabuğunun jeolojik hareketleri sonucunda sığ deniz tortulları dağların oluşumu ile tekrar karaya geri döner. Böylece fosfor geri dönüştürülür.

Şekil 9. Azot Döngüsü (URL 10)

İnsanların doğal fosfor döngüsü üzerindeki etkisi, fosforun karadan denize akışını daha da hızlandırmak olmuştur ki bu zaten hızlıdır. 20. yüzyılın başından beri fosfat kayaları gübre olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Toprağa eklenen bu fosfatlı gübreler, azotlu gübreler gibi uzun süre toprakta kalmaz. Önemli bir kısmı yer altı ve yerüstü suları ile denizlere akar. Topraktan fosfat kaybını telafi etmek için sürekli olarak yeni fosfat yatakları işlenmektedir.

Şekil 10. Fosfor döngüsü (URL-12)

3.1.9. Kükürt Döngüsü

Kükürt ayrıca yaşam için gerekli kimyasallardan biridir. Tüm canlılarda bulunan bazı amino asitlerin yapısında bulunur. Lıtosferde bol miktarda bulunduğundan, genellikle sınırlayıcı maddelerden biri olarak kabul edilmez. Bu nedenle daha çok hava kirliliği açısından önemlidir (Kooijman vd., 2010). Ana doğal kükürt kaynakları, volkanlardan ve bataklıklardan gelen hidrojen sülfür gazı gibi kükürtlü bileşiklerdir. Bu bileşikler jeolojik erozyonun bir sonucu olarak litosferin yüzeyine yükselir; denizlerde tortul kayaçların oluşmasıyla kayaya geri dönerler.

Taş küre yüzeyine yükselen kükürt bileşiklerinde bulunan kükürt, havadaki oksijen ile reaksiyona girerek su buharı ile temas ettiğinde kükürt dioksit (SO2), kükürt trioksit (SO3) ve son olarak da sülfürik asit (H2SO4) şeklini alır. Havadaki kükürt genellikle yağmurlar ile bu formda, yani sülfürik asitle toprağa geri döner ve döngüye girer. Oksijensiz sistemlerde kükürt, farklı kimyasal formlarda iki bakteri grubu arasında değiş tokuş edilir (Benerje ve diğerleri, 2013). Kükürt bakterileri, sülfatlanmış maddelerdeki oksijeni hidrojen sülfüre dönüştürmek için kullanır. Bazı bakteriler de enerji olarak H2S gazını kullanır. Bu bakterilere “kemosentetik bakteri” denir.

Son iki yüzyılda sanayileşmenin kükürt dengesi üzerinde büyük etkisi olmuştur. Fosil yakıt kullanımı ve madenciliği atmosferdeki H2SO4 miktarını büyük ölçüde artırmıştır. Bu nedenle kükürt hava kirliliğine neden olan ana maddelerden biri haline gelmiştir.

3.1.9.1. Asit Yağmuru Problemi

Yağmur suyu normalde hafif asidiktir. Bunun nedeni doğal olarak oluşan CO2 ile doğal olarak az miktarda kükürt ve nitrojen oksitlerin su ile reaksiyona girmesi sonucu oluşan asitlerdir. Ortama çok miktarda kükürt dioksit ilave edilen bölgelerde yağmur suyundaki asit oranı da artmaktadır. Asit yağmurunun uluslararası bir sorun olarak ortaya çıkmasının ana nedenlerinden biri, 1960'larda şehirlerin havasını SO2'den arındırmak için yaygın olarak kullanılan yüksek baca yapımı uygulamasıdır. Bir kısmı 300 metreye kadar uzunlukta olan bu bacalar, yerleşimleri SO2'den korudu ancak bu kez atmosfere salınan SO2, geniş alanlara asit olarak yağmaya başladı.

Şekil 11. Kükürt Döngüsü (URL-13)