Biyojeokimyasal Döngüler
Yaşamı oluşturan kimyasal elementler, organizmalar, toprak, su ve atmosfer arasında sonsuz bir döngü içindedir; bu döngülerin izlenmesi, ekosistemlerin ve Dünya sisteminin nasıl bağlantılı olduğunu ortaya koymaktadır.
Tanım
Biyojeokimyasal döngüler, kimyasal elementlerin ekosistemlerin ve Dünya sisteminin canlı, toprak, sucul ve atmosferik bölmeleri arasında hareket ettiği ve dönüştüğü yollardır.
Kapsam
Bu konu, yaşam için temel olan elementlerin küresel ve ekosistem ölçeğindeki döngülerini kapsamaktadır: karbon döngüsü ve biyosfer, atmosfer ve okyanuslar arasındaki değişimi; fiksasyon, nitrifikasyon ve denitrifikasyon içeren azot döngüsü; fosfor döngüsü; kükürt döngüsü; ve çözünmüş besin maddelerinin taşıyıcısı olarak hidrolojik döngü. Havuzları (pools) ve akıları (fluxes), kalış sürelerini (residence times) ve insan faaliyetlerinin bu döngüleri nasıl değiştirdiğini ele almaktadır.
Temel sorular
- Karbon, azot ve fosfor organizmalar ve çevre arasında nasıl hareket etmektedir?
- Her bir element döngüsünde hangi dönüşümlere uğramaktadır?
- Havuzlar (pools) ve akılar (fluxes) nasıl nicelleştirilmekte ve kalış sürelerini (residence times) ne belirlemektedir?
- İnsan faaliyetleri küresel biyojeokimyasal döngüleri nasıl değiştirmiştir?
Temel kuramlar
- Havuzlar (pools), akılar (fluxes) ve kalış süreleri (residence times)
- Her döngü, bir elementin rezervuarları ve bunlar arasındaki akılar (fluxes) ile tanımlanmaktadır; havuz (pool) boyutunun akıya oranı, kalış süresini (residence time) tanımlamakta ve hangi bölmelerin bozulmaya (perturbation) hızlı veya yavaş tepki verdiğini ortaya koymaktadır.
- İnsan kaynaklı element döngüsü değişiklikleri
- Endüstriyel azot fiksasyonu, fosil yakıt yanması ve gübre kullanımı, reaktif azot girdilerini yaklaşık olarak iki katına çıkarmış ve karbon ile fosfor döngülerini önemli ölçüde bozmuş, yaygın ekolojik sonuçlara yol açmıştır.
Mekanizmalar
Elementler, biyolojik dönüşümler ve fiziksel taşınım yoluyla rezervuarlar arasında hareket etmektedir. Karbon, fotosentez ile sabitlenmekte, solunum ve ayrışma ile geri dönmekte ve atmosfer ile okyanuslar arasında değiş tokuş edilmektedir; azot, atmosferden özelleşmiş mikroplar tarafından sabitlenmekte, nitrifikasyon ve asimilasyon yoluyla dönüştürülmekte ve denitrifikasyon ile havaya geri dönmektedir; gaz fazı bulunmayan fosfor ise kayaçların ayrışması, alım ve sedimantasyon yoluyla yavaşça döngüye girmektedir. Her bir havuzun (pool) giriş ve çıkış akılarına (fluxes) göre boyutu, ne kadar hızlı döndüğünü ve bozulmaya karşı ne kadar hassas olduğunu belirlemektedir.
Klinik önem
Biyojeokimyasal anlayış, iklim değişikliği biliminin, besin kirliliğinden kaynaklanan ötrofikasyon yönetiminin, toprak verimliliği ve gübre kullanımının ve küresel element döngülerindeki bozulmayı sınırlamaya yönelik politikaların tasarımının temelini oluşturmaktadır. Bu, yönetim reçetesi değil, eğitimsel bir bağlamdır.
Tarihçe
Vernadsky, 1920'lerde biyosferi jeokimyasal bir güç olarak tanımlamış, Hutchinson ise yirminci yüzyılın ortalarında kantitatif biyojeokimyayı geliştirmiştir. İnsan kaynaklı bozulmaya (perturbation) ilişkin endişe, asit yağmuru çalışmaları, Galloway tarafından tanımlanan azot şelalesi (nitrogen cascade) ve küresel karbon döngüsünün iklim değişikliğindeki rolü ile artmıştır.
Öne çıkan isimler
- Vladimir Vernadsky
- G. Evelyn Hutchinson
- William Schlesinger
- James Galloway
İlgili konular
Temel eserler
- schlesinger2013
- chapin2011
- galloway2004
Sıkça sorulan sorular
- Fosfor neden karbon ve azottan farklı döngüye sahiptir?
- Fosforun önemli bir gaz formu bulunmamaktadır, bu nedenle atmosfer aracılığıyla döngüye girememektedir; bunun yerine kayaçların ayrışması yoluyla ekosistemlere yavaşça girmekte ve sonunda tortullara (sediments) karışmaktadır, bu da onu yaygın bir sınırlayıcı besin maddesi yapmaktadır.
- Azot şelalesi (nitrogen cascade) nedir?
- Azot şelalesi (nitrogen cascade), reaktif azotun tek bir atomunun hava, su ve toprakta hareket ederken neden olabileceği çevresel etkiler dizisidir; sırasıyla duman (smog), asit yağmuru, ötrofikasyon ve sera ısınmasına katkıda bulunarak denitrifikasyona uğramadan önce bu etkileri yaratmaktadır.