Konu Anlatımı
Bu Konuda Neler Öğreneceğiz?
Canlılar sürekli madde tüketir ve atık üretir. Bu kullanımın devam edebilmesi, tüketilen maddelerin yeniden kullanılabilir hâle gelmesine bağlıdır. İşte bu yeniden kullanımı sağlayan süreçler bütününe madde döngüsü denir. Döngü kastedilen süreçte madde yoktan var edilmez; yalnızca farklı ortamlar arasında yer değiştirir.
Bu konuda dört ana döngüyü ayrı ayrı inceleyeceğiz: karbon, azot, su ve fosfor. Dört döngünün ortak yanı, canlıların bir çoğunun süreçlere katılması ve döngünün insan etkisiyle bozulabilmesidir. Farklı yanı ise hangi ortamda birikim yaptığı ve hangi sürecin baskın olduğudur. Sınav soruları bu ayrımları kullanır.
Ön Bilgi: Kimyasal Süreçler ve Organik Maddeler
Madde döngülerinin temelinde kimyasal dönüşümler vardır. Canlılar, örneğin fotosentezde karbondioksit ve su kullanarak glikoz gibi organik maddeler üretir; solunumda ise bu organik maddeleri parçalayarak karbondioksit ve suyu geri kazanır. Bu iki süreç birbirinin tamamlayıcısıdır.
Bazı maddelerin döngüsü ise canlıların dışındaki süreçlerle tamamlanır. Azot, atmosferde serbest hâlde bulunur ama bitkilerin çoğu tarafından doğrudan kullanılamaz. Onun kullanılabilir hâle gelmesi, bakterilerin gerçekleştirdiği kimyasal süreçlere bağlıdır. Bu nedenle azot döngüsünde doğrudan atmosfere açılan ve kapalı olan yollar vardır.
Temel Kurallar ve İlkeler
Madde döngüsü kapalı bir sistem değil, süreç zinciridir. Döngüde madde miktarı sabit kalmaz; bir ortamda artarken başka bir ortamda azalır. Ancak döngü işler duruma uğrarsa madde birikir veya kaybolur.
Canlılar madde döngüsünde hem tüketici hem üretici konumundadır. Canlılar besinleriyle madde alır ve atıklarıyla madde verir. Ayrıştırıcılar ise ölü maddeleri daha basit maddelere parçalayarak halkayı kapatır.
Azot atmosferde bol, toprakta az bulunan bir elementtir. Serbest azot bitkilerin çoğu tarafından kullanılamaz. Bakteriler tarafından azotun bağlanması, döngünün en önemli adımıdır; bağlanan azot toprakta birikir.
Nitrifikasyon iki basamaklıdır. Birinci basamakta amonyumdan nitrit, ikinci basamakta nitritten nitrat oluşur. Nitrifikasyon topraktaki azotun bitkilerce alınabilir hâle gelmesini sağlar.
Denitrifikasyon azotu atmosfere geri verir. Toprak havasındaki oksijenin az olduğu koşullarda bakteriler nitratı azot gazına dönüştürür. Bu süreç azot kaybı olarak adlandırılır.
Fosfor döngüsünde gaz fazı yoktur. Bu nedenle fosfor, çoğunlukla sedimanlarda ve kayaçlarda birikir. Fosfor döngüsünün en zayıf halkası ayrıştırıcıların çürütmesidir; bu yüzden gübre ve temiz su konusu önemlidir.
Madde Döngüleri Karşılaştırma Tablosu
Aşağıdaki tablo, dört ana döngünün temel evrelerini yan yana koyar. Sorunun kökü hangi döngüye işaret ediyorsa önce o döngünün ayırt edici özelliğini bulun, sonra şıklara geçin.
| Döngü | Ayırt Edici Özellik | Atmosferdeki Durumu |
|---|
| Karbon döngüsü | Fotosentezle alınır, solunumla verilir | Karbondioksit hâlinde bulunur |
| Azot döngüsü | Bakterilerin bağlaması gerekir | Serbest azot gazı hâlinde bulunur |
| Su döngüsü | Buharlaşma ile su gaz fazına geçer | Su buharı hâlinde bulunur |
| Fosfor döngüsü | Gaz fazı bulunmaz | Atmosferde serbest hâlde bulunmaz |
| Denitrifikasyon | Azotu atmosfere geri verir | Azot gazının kaynağıdır |
| Ayrıştırma | Ölü maddeleri parçalayan temel süreç | Maddeyi kullanılabilir hâle getirir |
Adım Adım Çözülmüş Örnek
Adım 1 — Hangi döngü söz konusu olduğunu belirle. Soruda geçen maddenin adına bak: karbondioksit karbon döngüsüne, azot döngüsüne, su buharı su döngüsüne işaret eder. Fosfor için gaz fazından söz edilip edilmediği kontrol edilir.
Adım 2 — Maddenin sistemden çıkıp girişini işaretle. Sorgulanan olayda madde bir ortamdan ayrılıyorsa çıkış, bir ortama giriyorsa giriş olarak işaretlenir. Denitrifikasyon ve yıkama birer çıkıştır; azot bağlama ve yağış birer giriştir.
Adım 3 — Bütçe hesabını yap. Sistemden çıkan toplam miktar ile sisteme giren toplam miktar bulunur, farkı pozitif veya negatif çıkabilir. Farkın işareti, o maddenin biriktiğini mi azaldığını mı gösterir.
Adım 4 — Yorumu süreç adıyla eşleştir. Sayısal sonucun yanına, sonucu hangi biyolojik sürecin oluşturduğunu yaz. Böylece hem sayı hem süreç birlikte doğrulanmış olur.
Sık Yapılan Hatalar
Aşağıdaki hatalar, madde döngüsü sorularında en sık puan kaybettiren başlıklardır.
- Azotun doğrudan bitkilerce alınabildiğini düşünmek: Atmosferde bol miktarda bulunan azot gazını bitkilerin çoğu doğrudan kullanamaz. Toprağa bağlanan azotun bitkilerce alınabilir hâle gelmesi gerekir.
- Azot bağlamayı azot kaybı saymak: Azot bağlama, atmosferdeki azotu bağlayarak toprak havuzuna ekler; bu bir kazançtır. Azot kaybı ise bağlanan azotun yıkanması ya da denitrifikasyonla sistemden çıkmasıdır.
- Denitrifikasyonu yıkama ile aynı saymak: Denitrifikasyonda azot gaz hâline dönerek atmosfere çıkar, yıkamada ise azot topraktan suyla uzaklaşır. İki kayıp yeri ve sonraki süreç farklıdır.
- Fosforun gaz hâlinde döngüye katıldığını düşünmek: Fosfor döngüsünde gaz fazı yoktur. Bu nedenle fosfor birikimi sedimanlarda ve kayaçlarda gerçekleşir ve döngü geri dönüşümü zayıftır.
- Buharlaşmayı su kaybı saymak: Buharlaşma suyu yok etmez; suyu katı ve sıvı fazdan gaz fazına taşır ve su döngüsünün bir parçasıdır. Su kaybı denince sistemden ayrılan su kastedilir.
Özet
Madde döngüsü, maddelerin ortamlar arasında dolaşmasıdır. Karbon döngüsünde fotosentez atmosfere karbondioksit verir, solunum geri alır; ayrıştırma ve denizler karbonu depolar. Azot döngüsünde bakteriler azot bağlamakla toprakta azot biriktirir; nitrifikasyon bitkilerce alınabilir hâle gelmesini, denitrifikasyon ve yıkama ise kaybını sağlar. Su döngüsünde buharlaşma, yağış, süzülme ve terleme olayları suyu sürekli dolaştırır. Fosfor döngüsünde gaz fazı olmadığından fosfor sedimanlarda birikir ve ayrıştırma halkası zayıftır. Canlıların tümü bu döngülerde madde alan ve veren taraflardır.
Bir tarlada gübre uygulaması yapıldıktan sonra toprağın nitrat bakımından zenginleştiği, buna karşılık çevreye süzülen suyun nitrat bakımından kirli olduğu gözlenmiştir. Bu durumu azot döngüsünün hangi evreleriyle açıklarsınız? Aynı tarlada gübre kullanılmaması hâlinde verim neden düşebilir? Son olarak karbon döngüsünde atmosfere karbondioksit veren olayları ve karbondioksiti atmosfere geri veren olayları sayınız.
Ne Öğreneceğiz
Canlıların ve çevrelerinin oluşturduğu maddelerin atmosfer, su ve toprak arasında belirli yollarla dolaşmasını ve bir süre sonra yeniden kullanılabilir hâle gelmesini sağlayan kimyasal süreçleri tanıma; karbon, azot, su ve fosfor döngülerinin temel evrelerini karşılaştırarak canlıların bu döngülerdeki rolünü açıklama becerisi. Bu konuda ögrenme çıktıları:
- Madde döngüsü kavramını, döngünün bir süreç zinciri olduğunu açıklayabilir.
- Karbon döngüsünde fotosentezin, solunumun, ayrıştırmanın ve denizlerin rollerini sıralayabilir.
- Azot döngüsünde azot bağlama, nitrifikasyon, denitrifikasyon ve azot kaybı süreçlerini birbirinden ayırt edebilir.
- Su döngüsünde buharlaşma, yağış, süzülme ve bitkilerin terlemesi yoluyla su kaybını açıklayabilir.
- Fosfor döngüsünün diğer döngülerden farkını ve neden sedimanlarda biriktiğini yorumlayabilir.
- Bir bölgedeki madde bütçesini sayısal olarak kurarak hangi maddenin fazla hangi maddenin eksik olduğunu yorumlayabilir.
Basit Örnek ve Günlük Yaşam
Günlük yaşamda ve mesleki bağlamda bir uygulama:
Soru: Atmosferdeki azotun toprakta biriktirilmesini sağlayan süreç nedir?
- Sürecin sonunda atmosferden toprak yönüne madde aktarımı olup olmadığına bakılır.
- İşlemi yapanlar azot bağlayan bakterilerdir.
- Bu yüzden süreç azot bağlamadır ve bir kazançtır.
Sonuç/cevap: Azot bağlama
İleri Örnek
Daha ileri bir uygulama:
Soru: Toprakta 450 birim ölçülebilir fosfor vardır ve bu fosforun yalnızca yüzde 30'u sedimanlarda birikmiştir. Sedimanlarda kaç birim fosfor birikir?
- Toplam fosforun yüzde 30'u sediman payına karşılık gelir.
- Dört yüz elli ile otuz çarpılıp yüze bölünür.
- Sonuç 135 birim bulunur.
Sonuç/cevap: 135 birim
Kendini Dene
Soru: Azot döngüsünün evrelerini sırayla yazarak her evrede olayı yapan canlı grubunu ve olayın sonucunu belirtiniz.
Örnek cevap: Puanlama anahtarı: Azot bağlama evresi yazılır ve bağlayan canlı grubunun bakteriler olduğu belirtilir (4 puan). Nitrifikasyonun iki basamağı ayrı ayrı yazılır (4 puan). Toprakta alınabilir hâle gelen azotun sonucu açıklanır (4 puan). Denitrifikasyon evresi ve azot kaybı sonucu yazılır (4 puan). Yıkama yoluyla gerçekleşen kayıp da eklenirse tam puan verilir. Sıralama hatalı ise ilgili evre puanlanmaz. Toplam 20 puan.
