Bu derste,
Bir besin döngüsü, organik ve inorganik maddenin canlı maddenin üretimine geri hareketini ve değişimini ifade eder. Süreç, organik maddeyi inorganik besinlere ayrıştıran besin ağı yolları tarafından düzenlenir. Besin döngüleri ekosistemlerde gerçekleşir.
Doğadaki besin döngülerine biyojeokimyasal döngüler denir, çünkü elementler çevreden canlı organizmalara ve tekrar çevreye döngüsel olarak hareket eder.
Ekosistemler, biyokütlenin büyümesine katkıda bulunan besin maddelerine olan talebin o sistemdeki arzı aştığı kapalı döngü geri dönüşümü gösterir. Bazı ekosistemlerin besin borcu (yutakları) içinde olabileceği ve diğerlerinin fazladan bir arzı (kaynakları) olacağı yerlerde, malzemelerin büyüme ve değişim oranlarında bölgesel ve mekansal farklılıklar vardır. Bu farklılıklar jeolojik tarih ve topografyadan kaynaklanmaktadır.
Bir besin ağında, bir döngü veya bir döngü, aynı türde başlayan ve biten bir veya daha fazla bağlantının yönlendirilmiş dizisi olarak tanımlanır. Örneğin, okyanusta bakteriler, daha sonra siliatlar tarafından sömürülen heterotrofik mikroflagellatlar gibi protozoalar tarafından sömürülür. Bu otlatma faaliyetini, daha sonra bakteriler tarafından kullanılan maddelerin atılımı takip eder, böylece sistemin çalışması kapalı bir devredir.
Selülozun enzimatik sindirimi, ekolojik geri dönüşümün bir örneğidir. Yeryüzünde en çok bulunan organik bileşikler arasında yer alan selüloz, bitkilerde hücre duvarlarını oluşturduğu ana polisakkarittir. Selülozu parçalayan enzimler, doğal bitki malzemelerinin ekolojik geri dönüşümüne katılır. Farklı ekosistemler, farklı çöp geri dönüşüm oranlarına sahip olabilir.
Kimyasal elementler aşağıdaki gibi kullanıldıktan sonra sürekli olarak geri dönüştürülür:
Her elementin kendi besin döngüsü vardır ve her döngünün rezervuarları, değişim havuzlarını ve kalma sürelerini içeren benzersiz bir yolu vardır.
Rezervuar - Elementin en yüksek konsantrasyonunda olduğu ve bir süre tutulduğu ve depolandığı bir bölge. Örneğin, kömür veya fosil yakıtlar karbon rezervuarlarıdır.
Değişim havuzları – Öğeler kısa süreler boyunca tutulduğunda. Örneğin bitkiler ve hayvanlar bu elementleri sistemlerinde geçici olarak kullanırlar ve tekrar çevreye verirler.
Yerleşik süre – Bir öğenin bir yerde tutulduğu süre.
Enerji, Dünya'nın ekosistemlerinde yönlü olarak akar, tipik olarak güneş ışığı şeklinde girer ve ısı şeklinde çıkar. Ancak canlı organizmaları oluşturan kimyasal bileşenler farklıdır: geri dönüştürülürler.
Karbon dioksit ve metan, atmosferde dolaşan ve küresel iklimleri etkileyen karbon bileşiklerinin örnekleridir. Fotosentez ve solunum süreçleri aracılığıyla karbon, ekosistemin canlı organizmalar ve cansız bileşenleri arasında da dolaşır.
'Hızlı' karbon döngüsü, karbonun çevredeki biyotik bileşenler yoluyla hareketidir. Fotosentez yapabilen bitkiler ve diğer organizmalar, çevrelerinden karbondioksit elde eder ve bunu biyolojik maddeler oluşturmak için kullanırlar. Bitkiler, hayvanlar ve bakteri ve mantarlar gibi ayrıştırıcılar, solunum yoluyla karbondioksiti atmosfere geri verir.
Karbonun çevredeki kayalar, toprak ve okyanuslar gibi abiyotik elementler yoluyla hareketi, yavaş karbon döngüsünü oluşturur. Karbonun bu abiyotik elementler yoluyla taşınması 200 milyon yıl kadar uzun sürebilir.
Azot sabitleyen bakteriler gibi organizmalar, hayatta kalmak için gerekli olan biyolojik molekülleri sentezlemek için azot kullandıklarından, atmosferik azotun önce su ve toprak ortamlarında azot sabitleyen bakteriler tarafından amonyağa dönüştürülmesi gerekir. Amonyak daha sonra bakteriler tarafından nitrit ve nitrata dönüştürülür. Bitkiler, kökleri aracılığıyla amonyum (NH4-) ve nitratı emerek topraktan azot elde ederler. Nitrat ve amonyum daha sonra organik bileşikler üretmek için kullanılır. Hayvanlar daha sonra bitkileri tüketir ve böylece organik bileşiklerdeki nitrojeni elde eder. Organik formdaki nitrojen daha sonra diğer hayvanlar bu hayvanları yediğinde besin zincirine geçer. Ayrıştırıcılar daha sonra katı atıkları ve ölü veya çürüyen maddeleri ayrıştırarak amonyağı toprağa geri döndürürler. Nitrifikasyon bakterileri amonyağı nitrit ve nitrata dönüştürür. Denitrifikasyon bakterileri daha sonra nitrit ve nitratı nitrojene dönüştürerek nitrojeni tekrar atmosfere salar.
Fosfor, bitki gelişimi ve hayvanlar için de gerekli olan temel bir besin maddesidir. Hücre gelişiminde hayati bir role sahiptir ve Adenozin Trifosfat (ATP), Deoksiribonükleik Asit (DNA) ve lipitler gibi enerji depolayan moleküllerin temel bir bileşenidir.
Kayaçlar yağmur suyuyla temas ettiğinde zamanla fosfat iyonları ve diğer mineralleri serbest bırakır. Bu inorganik fosfat daha sonra toprakta ve suda dağılır. Bitkiler daha sonra topraktan inorganik fosfat alır ve bu bitkiler daha sonra hayvanlar tarafından tüketilebilir. Fosfat daha sonra DNA gibi organik moleküllere dahil edilir ve bitkiler veya hayvanlar ölüp çürüdüğünde, organik fosfat toprağa geri döner. Topraktaki bakteriler daha sonra organik maddeyi bitkiler tarafından emilebilen fosfat formlarına ayırır. Aynı zamanda mineralizasyon adı verilen bir süreçtir. Topraktaki fosfor daha sonra su yollarına ve okyanuslara karışabilir ve zamanla tortulara karışabilir.
Kükürt doğal haliyle bir katıdır ve bu formda; tortul döngü ile sınırlıdır. Rüzgar, su erozyonu gibi fiziksel süreçlerle ve volkanik patlamalar gibi jeolojik olaylarla taşınabilir. Ayrıca okyanuslar tarafından ve atmosfere, karaya ve kükürt dioksit, sülfürik asit, sülfat tuzları veya organik kükürt gibi bileşikleri yağmur ve nehirlerle okyanuslara geri taşınabilir.
Bitkiler ve hayvanlar atmosferde oksijen döngüsünde rol oynarlar. Bildiğiniz gibi oksijen, insanlar dahil birçok hayvan için çok önemlidir. Oksijeni soluyoruz ve vücudumuz onu hücresel solunum adı verilen bir süreç sırasında enerji üretmek için kullanıyor. Bu süreç, soluduğumuz karbondioksiti atık bir ürün olarak açığa çıkarır. Bitkiler, besin ve oksijen yaptıkları fotosentez sırasında karbondioksit alırlar. Oksijen salınır ve döngü yeniden başlar.
Yaşam için en önemli kriter sudur. Karbon döngüsü gibi, su döngüsü de suyun canlılar, Dünya ve atmosfer arasında taşınması işlemidir. Su, göller, nehirler ve okyanuslar gibi Dünya'daki su kütlelerinden buharlaşır. Su buharı bulutlarda yoğunlaşır ve suyu Dünya'ya geri döndüren yağış oluşturur. Yeryüzünde, suyun bir kısmı kaynaklandığı göllere ve okyanuslara geri döner ve bir kısmı da yer altı suyu oluşturarak toprağa karışır. Bitkiler ve hayvanlar gibi canlı organizmalar su tüketir. Su tekrar buharlaşarak döngüye devam eder.
Bazı bilim adamları, ekosistemin tam bir geri dönüşüm yeteneğine sahip olduğunu iddia ediyor. Tam geri dönüşüm, atık malzemenin %100'ünün süresiz olarak yeniden oluşturulabilmesi anlamına gelir. Diğer bilim adamları, teknolojik atıklar için tam geri dönüşümün mümkün olmadığını iddia ederek bu fikre karşı çıkıyorlar.
Organik tarımda ekolojik geri dönüşüm oldukça yaygındır. Ekosistem geri dönüşümü yapan organik çiftlikler, daha fazla türü destekleyerek farklı bir besin ağı yapısına sahip olur. Ekolojik geri dönüşüm tarım modeli aşağıdaki ilkelere bağlıdır:
1. Maddenin bir biçimden diğerine dönüşümü - Besin döngüleri, maddenin farklı organizmalarda o elementin kullanılmasını sağlayan farklı spesifik biçimlere dönüşmesine izin verir.
2. Elementlerin bir yerden diğerine transferi – Besin döngüleri, elementlerin bir yerden diğerine transferine izin verir. Bazı elementler, atmosferdeki nitrojen gibi çoğu canlı organizmanın erişemeyeceği alanlarda yüksek oranda yoğunlaşmıştır. Besin döngüleri, bu elementlerin toprak gibi daha erişilebilir yerlere aktarılmasını sağlar.
3. Ekosistemlerin işleyişi – Besin döngüleri, ekosistemlerin işleyişine yardımcı olur. Düzgün çalışması için denge durumuna ihtiyaç duyan ekosistem, besin döngüleri aracılığıyla denge durumuna geri döner.
4. Elementlerin depolanması – Besin döngüleri elementlerin depolanmasını kolaylaştırır. Besin döngüleri yoluyla taşınan elementler, doğal rezervuarlarında depolanır ve tüketilebilir olan küçük miktarlarda organizmalara salınır.
5. Canlı ve cansız organizmaları birbirine bağlayın – Besin döngüleri canlı organizmaları canlı organizmalara, canlı organizmaları cansız organizmalara ve cansız organizmaları cansız organizmalara bağlar. Bu çok önemlidir çünkü tüm organizmalar birbirine bağlıdır ve canlı organizmaların hayatta kalması için hayati öneme sahiptir. Bu organizmalar, besin döngüleri tarafından tasarlanan besin akışıyla birbirine bağlanır.
6. Maddelerin akışını düzenler – Besin döngüleri maddelerin akışını düzenler. Besin döngüleri farklı kürelerden geçerken, her kürenin belirli bir ortamı ve element akışının ortamın viskozitesi ve yoğunluğu tarafından belirlendiği hıza sahip olması nedeniyle elementlerin akışı düzenlenir. Dolayısıyla besin döngülerindeki elementler döngü içinde farklı hızlarda akar ve bu da o döngülerdeki elementlerin akışını düzenler.
