I. BÖLÜM : ekolojiye giRİŞ
Yüklə 0,78 Mb.
|
|
Yeşil bitkilerin besin maddesi yapma hızına yani birim zamanda üretilen madde miktarına "net üretim" (N. Ü.)adı verilir. Genellikle net üretim birim alanda zaman biriminde üretilen kullanılabilir besin maddesi ağırlığı veya bunun enerji eşdeğeri cinsinden ifade edilir. En cok kullanılan birimi gr / m2 /yıl veya Kcal / m2 /yıl'dır. Enerji dönüşümünde belirli bir verim sözkonusu olduğu için bitki ürettiğinden çot daha fazla enerji alır. Bu enerjiyi kullanarak solunum vbg. metabolik faaliyetlerini yürütür. İşte bitkilerin solunumla harcadığı enerji miktarı ile net üretim miktarı toplamına "brüt üretim " (B.Ü.) denir. Böylece ototrof organizmaların net üretimi (NÜo ) = ototrofların brüt üretimi (BÜo) - Ototrofların solunumuna (So) eşittir. Yani; NÜo = BÜo - So olur. O halde milyarlara varan dünya nüfusunu besleyebilmek için net üretimi maksimum olan bitkiyi ve uygun ekosistemi seçmek gerekir. Burada hangi ekosistemin en yüksek net üretime sahip olduğu ve bu ekosistemin net üretimini hangi faktör sınırlandırdığı konusu çok önemlidir. İşte tarım alanlarında yapılan gübrelemenin amacı gübrenin türüne göre topraktaki azot ve fosfor gibi besi elementlerinin noksanlığını gidermek ve böylece net üretimi optimumda tutmaktır. Ekosistemlerdeki net üretim miktarı tropik ormanlar, allüviyal ovalar gibi verimli alanlarda yılda ortalama 7500 Kcal / m2 olurken, tundralar, çöller ve derin deniz diplerinde bu verim 500 Kcal / m2 / yıl'ın altına düşmektedir. Karasal ekosistemlerin brüt üretimi yıllık 17.2 x 109 ton, deniz ekosistemlerinin ylllık üretimi 25 x 109 ton karbona eşdeğerdir. Bu ikisinin toplamı 42.2 x 109 ton karbon veya 105.5 x 109 ton glikoza eşdeğerdir. Biyosferdeki ortalama solunum kaybı % 40,5 kabul edilirse, biyosferin net üretimi 62.8 x 109 ton glikoza eşdeğerdir. Bunun enerji olarak karşıtı 1973 yılında tüm dünyada kullanılan elektrik enerjisinin 100 katıdır. Ototrof organizmalar tarafından üretilen bu ürünün önemli bir kısmı heterotrof organizmalara aktarılarak ekosistemlerde devretmektedir. Yine heterotrofların solunumu (Sh) ile bir kısmı atmosfere verilmektedir. Bir ekosistemin net ürünü yani net ekosistem ürünü (N.E.Ü.), brüt üründen ototrof ve heterotrof organizmaların solunumunu çıkarmakla elde edilir. Yani, NEÜ = BÜ - (So + S h ) olur. Zira bir ekosistemdeki ürün ototroflardan heterotroflara geçerken kaybolmazken, heterotroflar da bu üründen solunumla ortama vermektedirler. Brüt üretim ile tüm organizmaların (ototrof ve heterotrof ) solunumu arasındaki bağıntı, ekosistemlerin toplam fonksiyonlarının anlaşılması ve gelecekteki olayların tahmini açısından önemlidir. Bir ekosistemde yıllık organik madde üretimi toplam tüketime eşitse ( Ü / S = 1 ise ), sistemden ne organik madde çıkıyor ve ne de giriyor ise ekolojik açıdan sistemde bir kararlı hal mevcuttur. Buna klimax durum denir. Tropikal ve olgun orman ekosistemlerinde bu denge hemen hemen günlük olarak sağlanır. Ilıman iklim bölgelerinde ise yazın ekosisteme organik madde depolaması vardır. Fakat kışın bu depolama harcanarak yıllık bir denge oluşur. Ototrofik göllerde ve genç ormanlarda üretim solunumdan çok fazladır. Yani Ü / S > 1 'dir. Oligotrofik göller ve çöllerde ise üretim tüketimden azdır. Bir ekosistemde en azından yıllık olarak üretim ile tüketim miktarları birbirine eşit değilse (yani Ü / S > 1 veya Ü / S < 1 ise ), o ekosisteme organik madde yığılması oluyor veya bir kısım organik madde depodan harcanıyor demektir ve oradaki organizma topluluklarının ekolojik süksesyon (silsile, gelişme ) denilen olay sonucu yıllar içerisinde değişmesi beklenebilir. Bu gelişme ya son derece ototrofik bir durumdan ( Ü > S ) başlar veya son derece heterotrofik durumdan ( Ü < S ) başlayabilir. Örnek problem; Bir orman ekosisteminde fotosentezin olmadığı gece saatlerinde karbondioksit miktarı ölçülerek ototrofların solunum kaybı, So = 1450 gr. / metrekare / yıl olarak hesaplanmıştır. Yıllık brüt üretim, BÜo = 2650 gr. / metrekare / y ıl , heterotrofların solunum kaybı Sh = 650 gr. / metrekare /yıl olarak hesaplanmıştır. Bu ekosistemin; a) Toplam solunumunu, b) Net üretimini, c) Net ekosistem ürününü, d) % kaç oranında klimax olduğunu, bulunuz. Çözüm: a) Toplam solunum ( S ) = So + Sh = 1450 + 650 = 2100 gr. / m2 / yıl b) Net ürün = NÜ = BÜ - So = 2650 - 1450 = 1200 gr. / m2 / yıl c) Net ekosisitem ürünü=NEÜ= BÜ-(So+S h )=2650-(650+1450) = 550 gr. / m2 / yıl. d) Klimax ekosistemlerde alınan bütün enerji bitki ve hayvanların solunumu ile tüketilir. Yani NEÜ = 0 ' dır. S o+ Sh / BÜ oranından net depolama olup olmadığı hesaplanır. Burada, 1450 + 650 / 2650 = 0.80 oranında klimax olduğu bulunur. 4.5.3. EKOSİSTEMLERDE ENERJİ AKIMI Ekosistemlerde enerji akım süreci ototrofların gerçekleştirdiği fotosentezle başlar ve fotosentezle üretilen organik maddenin heterotroflara aktarımı ile devam eder. Gerek heterotrofların ve gerekse ototrofların ölümü ile ve mikroorganizmal faaliyet ile de enerji kullanım dışı kalır veya başka tür enerjiye dönüşür. Ekosistemlerde madde geçişi ile enerji akımı birbirine bağımlı olarak yürür. Ancak ekosistemlerde maddeler devirsel bir yörünge izlemesine rağmen, enerjide bir devirsellik yoktur. Enerji kullanıldıktan sonra başka bir hale dönüşerek madde döngülerine paralellik göstermez. Ekosistemlerdeki enerji akımı şekil.7'da şematik olarak görülmektedir. Her ekosistemde enerji dinamiğine ait istasyon noktalarının sayısı ve harcanan enerji miktarı aynı değildir. Genel olarak enerji primer üreticilerden, primer tüketicilere, onlardan da sekonder tüketiciler ve tersiyer tüketicilere doğru sıra ile azalan oranlarda akar gider. Enerji bir beslenme basamağından diğer beslenme basamağına geçerken % 90'ınu kaybederek geçer ( % 10 yasası). Böylece enerji miktarı besin zincirinin başında en yüksek, sonunda en düşük düzeyde olup kalan miktar ısı enerjisi halinde ekosistemi terk etmektedir. Önceden de belirtildiği gibi burada ekosistemlerdeki madde ile enerji arasındaki en önemli fark ortaya çıkmaktadır. Enerji tek yönlü olarak ekosistemlerde akıp gitmekte ve ancak bir kez kullanılmaktadır. Madde ise ekosistemlerdeki dolaşım (ekolojik dolaşımlar) ile tekrar kullanılabilmektedir. Bu nedenle ekosistemlerde madde dolaşımı ile enerji akımı deyimleri kullanılmaktadır. Ekosistemlerdeki enerji akımını her ekosistem için belirleme güç olmakla beraber bu hususta isabetli bilgiler elde edebilmek için çeşitli yöntemler önerilmiştir. Bu yöntemlerle enerji akımını gerçeğe yakın olarak belirleme imkanı vardır. Şimdi bu yöntemlerin bazıları kısaca açıklanacaktır. 4.5.3.1 EKOSİSTEMLERDE ENERJİ AKIMININ VE İLK KADEME VERİMİNİN BELİRLENMESİ YÖNTEMLERİ Bir ekosistemde fotosentez yoluşla yapılan organik maddeler brüt üretimi teşkil eder. Solunum ve ayrışma yoluyla bunun bir kısmı harcanır. Geriye net üretim kalır. Bir ekosistemin verimini ölçmek için çeşitli yöntemler vardır. Bu yöntemlerde; (1)- üretilen madde miktarı ( biyomas, klorofil vbg.), (2)- Tüketilen madde miktarı ( azot, fosfor vbg) ve (3) Açığa çıkan yan ürün miktarından (oksijen, karbondioksit vbg.) yararlanılarak net üretim tayin edilir. en çok uygulanan yöntemler ve ölçülen ürünün cinsi aşağıda özetlenmiştir. Kullanılan Yöntem Ölçülen ürünün cinsi Hasat edilen ürün net ürün Oksijen ölçümü net veya brüt ürün Karbondioksit ölçümü net veya brüt ürün Klorofil ölçümü net ürün Tüketilen madde ölçümü net ürün Radyoaktif maddeler net ürün
Bu yöntemin, esası belirli bir alanda belirli zaman diliminde oluşan biyomas (biyokütle) miktarını belirleyerek, bir gram bitkisel kuru maddenin yaklaşık 4-5 kilokaloriye eşdeğer olduğundan yararlanmak suretiyle kimyasal olarak bağlı enerjiyi bulmaktır. Bu yöntem en eski ve ilk kullanılan yöntemdir. Bir tarla, bir çayır ve bir orman ekosisteminde belirli bir zaman aralığında yetişen ürün hasat edilip ağırlık veya hacim olarak miktarı bulunur. Birimi kg. / dakar / yıl, kg. / hektar /yıl olarak alınabilir. Hasat edilen ürün sabit ağırlığa gelinceye kadar kuruduktan sonra biyokütle mutlak kuru ağırlık olarak belirlenir. Bilindiği gibi biyokütle, belirli zaman periyodunda birim alanda meydana gelen canlılara ait ağırlıktır. Bitki türlerine göre değişmekle beraber genel olarak bir gram bitkisel biyokütle 4-5 kilokalorilik bir enerjiye sahiptir. Hasat yöntemi ile sadece dikili ürün ölçülebilir. Dikili ürünü oluşturan otorof canlı ayanı zamanda metabolik faaliyetleri ile bir kısım ürünü harcamaktadır. Bu nedenle bu yöntemle belirlenen organik madde miktarı "net ürün" "primer ürün" veya "dikili ürün" ve belirlenen enerji miktarı da "net enerji"dir. Fakat bir ekosistemin genel enerji bilançosu için brüt ürün önemlidir. Yani net ürünün depolanması esnasında solunumla harcanan ürün miktarı belirlenmelidir. b) Karbondioksit asimilasyonu ölçümü yöntemi Günümüzde bir ortamdaki karbondioksit miktarı çeşitli yöntem ve cihazlarla belirlenebilmektedir. Bu yöntemin esası, oluşturulan bir deney odası (gaz odası) içerisindeki yeşil bitkiye belirli bir zaman süresince verilen karbondioksit ile deney odasından çıkan karbondioksidin ölçülerek miktarının belirlenmesine dayanır. Giren ve çıkan karbondioksit miktarları arasındaki fark bitki tarafından asimilasyonda kullanılan miktar veya fotosentez için organik maddeye bağlanan karbondioksit miktarı olduğu kabul edilir. Böylece fotosentez formülü kullanılarak oluşan organik madde miktarı; 6 CO2 + 6 H 2 O ----- C 6 H 12 O 6 + 6 O2 formülü yardımı ile belirlenir. Deney odasından çıkan karbondioksit miktarı, deneme için verilen karbondioksit miktarı ile fotosentezde kullanılan karbondioksit miktarı arasındaki farka eşit değildir. Çünkü fotosentez esnasında bitki solunum ile bir miktar karbondioksit çıkarmıştır. Bunun miktarı da şöyle hesaplanabilir: Aynı bitki, aynı süre için ışıksız bir ortamda fotosentez yapamayacak, fakat solunum yapacak şekilde denemeye alınarak solunumla ortama verdiği karbondioksit miktarı belirlenir. Solunumla çıkarılan karbondioksit miktarı fotosentez formülü kullanılarak net ürüne eklenmek suretiyle bürüt ürün veya "toplam ürün" hesaplanır. c) Oksijen ölçme yöntemi Alglerin üretimini tayin için kullanılan bu yöntemde, birisi ışık geçirmeyen ikisi de ışık geçiren olmak üzere üç adet BOI şişesi kullanılır. Şişeler ilk üretimin ölçülmek istendiği derinlikten alınan su örnekleriyle doldurulur. Birinci şeffaf sişe kontrol şişesi olup deney başlangıcında içindeki çözünmüş oksijen miktarı ÇO1 ölçülür. Diğer iki şişe alg üretiminin bulunmak istendiği derinliğe indirilir. İkinci şeffaf şişede hem fotosentez, hem solunum olur.Üçüncü ışık geçirmeyen şişede ise sadece solunum olur. Bu nedenle içindeki suyun çözünmüş oksijen miktarı solunumla harcanan oksijen kadar azalacaktır. Bu şişeler gündüz 6-8 saat müddetle istenilen derinlikte tutulduktan sonra çözünmüş oksijen miktarları hesaplanır. Bu değerler ÇO 2 ve ÇO3 olsun buna göre de; Solunum = ÇO1 - ÇO 3 Net üretim = NÜ= ÇO 2 - ÇO 1 Brüt üretim = net üretim + solunum, yani BÜ = ( ÇO2 - ÇO1 ) + ( ÇO 1 - ÇO 3 ) , BÜ = ÇO 2 - ÇO3 Deniz ve göllerde derine doğru inildikçe ışık miktarı azalır. Işık miktarının azalması da fotosentezi azaltır. Böylece belirli bir derinlikte fotosentez ile üretilen oksijen miktarı ile solunumla tüketilen oksijen miktarı birbirine eşit olur. Bu derinliğe "ışık dengeleme seviyesi" denir. Örnek; Siyah ve şeffaf şişelerle yapılan bir alg üretimi deneyinde aşağıdaki çözünmüş oksijen konsantrasyonları bulunmuştur. Buna göre solunum, net üretim ve brüt üretimi hesaplayınız. Şişe no : 1 2 3 Ç.O (mg./lt) 4 6 3 ÇÖZÜM:
Solunum = ÇO1 - ÇO3 = 4 - 3 = 1 mg. / lt. BÜ = ÇO2 - ÇO 3 = 6 - 3 = 3 mg. / lt. NÜ = ÇO 2 - ÇO 1 = 6 - 4 = 2 mg. / lt. veya NÜ= BÜ - S = 3 - 1 = 2 mg. / lt. Bulunan bu üretim miktarlarına (Ç.O.) karşılık gelen organik madde miktarları fotosentez formülünden bulunabilir. 4.5.3.2. BİTKİSEL (İLK) ÜRETİM İLE ENERJİ ARASINDAKİ BA⁄INTILAR Bitkisel üretimde ekosistemlerin temel enerji kaynağı güneştir. Güneş enerjisinden yararlanarak bitkiler fotosentez yoluyla organik madde üretirler. Güneşten gelen toplam güneş enerjisi ile oluşan ürün için kullanılan güneş enerjisi arasında şöyle bir bağıntı kurulabilir. E1 = ( T1 / G1 ) . 100 Burada, E1 = Brüt ürün için kullanılan güneş enerjisinin % miktarı , G1 = Üretim alanına gelen toplam güneş enerjisi miktarı ve T1 = Brüt ürün için kullanılan güneş enerjisi miktarıdır. Böylece bir alana gelen toplam güneş enerjisinin ne kadarının brüt ürüne dönüştüğü belirlenmiş olur. Bu üretim esnasında solunumla kullanılan enerji miktarının (S1 ), brüt ürün enerjisinin % 'si olarak ifadesi , E2 = ( S1 / T1 ) . 100 şeklinde formüle edilebilir. Burada, E2 = solunumda kullanılan enerji miktarının, brüt ürün için kullanılan enerji miktarına yüzde oranıdır. Bir ekosisteme gelen toplam güneş enerjisi miktarı ölçülerek ve ekosistemde oluşan organik maddelerin enerji eşdeğeri hesaplanarak, yukarıdaki formüller kullanılmak suretiyle ekosistemlerin enerji karakteristikleri ortaya konabilir. Böylece ekosistemlerin enerji harcamaları ve enerji ihtiyaçları basit de olsa bu yaklaşımlarla ortaya konabilir. Bu konularda yapılan birçok araştırmadan elde edilen sonuçlara göre, ekosistemlerdeki organik maddeye bağlanan güneş enerjisi miktarı (fotosentetik etkinlik), ekosisteme ulaşan toplam güneş enerjisi miktarının % 0.1 - 5 arasında değişmektedir. Bu değişme öncelikle bitki türü , iklim ve fizyografik faktörlerie bağlı olmak üzere, ekvatordan kutuplara doğru bir azalma gösterir. 4.5.4. TERMODİNAMİK YASALARININ EKOSİSTEMLER AÇISINDAN DE⁄ERLENDİRİLMESİ İş ve enerjinin içiçe olduğu sistemlere termodinamik sistemler denir. Bu tanıma göre termodinamik yasalarının ekosistemler için de geçerli olması gerekir. Ancak termodinamik yasaları genellikle kapalı sistemler için tanımlandığı ve ekosistemlerin açık ve sibernetik karakter taşıması nedeniyle bu yasaların ekosistemler için uygunluğu tartışılmalıdır. Bu nedenle bu yasaları açıklayarak ekosistemlere ne derece uygun olduklarını tartışalım. Doğadaki tüm enerji ilişkileri termodinamik kanunları ile belirlenmiştir. Birinci termodinamik kanununa göre; "enerji yoktan var edilemez ya da var olan bir enerji yok edilemez". Ancak çeşitli yollarla bir şekilden öbür şekile dönüştürülebilir. Herhangi bir sistemin enerjisi artırılabilir veya azaltılabilir. Fakat sitemin kaybettiği enerji aynı şekilde çevresine eklenmiş, kazandığı enerji de o ölçüde çevresinden eksilmiş olur. Sistem ile çevresi birlikte değerlendirilirse mevcut enerji miktarında bir değişme olmadığı görülür. Sistemin enerjisindeki azalma (E), sistemden çevreye verilen enerji (Q) ile sistem tarafından yapılan işin (W ) toplamına eşittir. Yani, E = Q + W ' dır. Bu kanun gereğince, ortamda var olan enerji şekillerinin miktarı zaman içerisinde değişebilir, ancak toplam enerji miktarı devamlı sabittir ve hiçbir yolla artırılamaz veya azaltılamaz. Örneğin ışık enerjisi ısı ve kimyasal enerjiye dönüşebilir. Bu dönüşümde esnasında enerji kaybı yoktur. Oluşan ısı ve kimyasal enerjinin toplamı ısık enerjisine esittir. Ayni şekilde canlılarda kimyasal enerji ısı ve mekanik enerjiye dönüşebilir. Birinci termodinamik kanununa göre, bir ekosistemin öğeleri tarafından hangi yolla alınırsa alınsın ve hangi enerjiye çevrilirse çevrilsin, sistemden çıkan enerji sisteme giren enerjiye işittir. Bir ekosistemde bir şekilden diğerine dönüştürülen enerjinin miktarı bu enerjinin başlangıç ve son durumuna bağlıdır. Enerji yolunun uzunluğu bu konuda etkili değildir. Bu kural ekosistemlerdeki besin zincirleri için de geçerlidir. Yani besin zincirinin enerji bilançosu ve enerji dönüşümü, besin zincirinin uzunluğuna veya öğelerinin fazlalığına bağlı değildir. Belirli miktardaki madde normal kimyasal reaksiyonlarla diğer bir kimyasal bileşik haline dönüşürken, ara aşamaların oluşması önemli değildir. Bu kanuna göre enerji besin zincirinde doğrusal yönde akıp gitmektedir. İkinci termodinamik kanununa göre; "enerji daima daha yoğun ve düzenli halden, daha az yoğun ve düzensiz hale dönüşme eğilimindedir". Enerji yoğun ve düzenli olduğu halde daha çok işgücüne sahiptir. Daha az yoğun ve dağınık halden ise çoğunlukla ısı enerjisi kastedilir. Bu kanun ekolojik olarak; "Bir ekosistemdeki besin zincirinin bir öğesinden diğerine olan enerji akımı ve enerji dönüşümü esnasında, o sistemin çevresi ile olan karşılıklı ilişkileri sonucunda belirli bir enerji ısı olarak açığa çıkar " şeklinde ifade edilebilir. Oluşan bu ısının bir kısmı işe çevrilir, diğer bir kısmı ise % 10 yasasına göre sistem tarafından kaybedilir yani çevresine verilir. Bu yasaya göre, her enerji dönüşümünde enerjinin büyük bir kısmı (yaklaşık % 90 'u ) iş yapamayacak şekle dönüşür ve sistemin çevresine ısı olarak verilir. Besin piramidinde bu olay açıkça görülebilir.Odum, 1957 yılında yaptığı bir araştırmada; birincil üretecilerin toplam net üretiminin 8833 Kcal /m2/yıl, otoburların 1928 Kcal /m2 /yıl, etoburların 67 Kcal /m2 /yıl ve son besin düzeyinde de 8 Kcal / m2 / yıl olarak bulmuştur. Yani dört besin basamağında üretim 8 kaloriye düşmüştür. Bu da her basamakta ortalama % 90 enerji kaybı demektir. Yani besin piramidindeki her basamakta enerjinin %90'ı iş yapamayacak hale gelmektedir. Ancak yapay sistemlerde enerji kaybı daha aza indirilebilmektedir. Fakat yine de % 100'e yaklaşamamaktadır. Ekosistemlerde kullanılan ısı moleküllerin birbirinden uzaklaşmasına yol açar. Bu durum ekosistemlerde bir düzensizlik doğurur. Bu düzensizlik fiziksel ve kimyasal koşullarla oluşabileceği gibi iklim ve toprak özelliklerinin olumsuz gitmesi ile de oluşabilir. Yani ekosistemlerde düzensizliğe doğru bir eğilim vardır. Ancak bu eğilim insan veya dış etkiler olmadan ekolojik dengeyi sarsacak nitelik arzetmez. Ancak enerji kaybı doğurur. Üçüncü termodinamik yasasına göre de; "devamlı olarak redüksiyona uğrayan ( bozulan ) bir sistemin sıcaklığı mutlak sıfıra ( - 273 C ) düşmez". Bu kural da ekosistemlerdeki besin zincirleri için geçerlidir. Her besin zinciri çevresi ile karşılıklı ilişkilerde bulunduğundan ekosistemlerde madde ve enerji bir öğeden ötekine geçer. Bu nedenle bir öğede madde ve enerji azalabilir fakat çevre ile olan karşılıklı ilişkiler sonuçu bu azalma ile madde ve enerji tamamen tükenmez. Özet olarak termodinamik kanunları sınırlı da olsa ekosistemler için de geçerlidir. Güneş enerjisinin gerek direkt ısıtması ve gerekse ototrof organizmalar tarafından organik maddeye çevrilip diğer çanlılara aktarılması ile ekosistemlerde bir enerji akışı devamlılığı ve dengesi vardır. Bu denge ekosistemlerin güneş enerjisi ile devamlı desteklenmesi ve ekosistemlerin geri besleme mekanizmaları ile korunmaktadır.Bu nedenle ikinci termodinamik kanununda belirtilen ekosistemlerin düzensizliğe doğru gitmesi eğilimi engellenmeye çalışılır. Böylece ekosistemler kendi düzenlerini koruma ve devamlı klimax topluma (daha kararlı ve maksimum ürüne sahip bir hale ) geçme eğilimindedirler. Bu denge özellikle antropojen ve doğal etkilerle lokal de olsa zaman zaman sarsılmaktadır. Ama her durumda doğada ilk doğal koşullardan uzak da olsa yeni bir denge oluşmaktadır.
Yeryüzünün şekillenmesine neden olan jeolojik yer hareketlerini ifade eder. İç magmatik kuvvetlerle büyük kara kitleleri ve kıtaların hareketi ve kayması, dış kuvvetlerin etkisi sayesinde jeolojik aşınma ve taşınmalarla yeryüzünün şekillenmesini sağlar. Bu olaylar milyonlarca yıl alırlar. 4.5.5.3. MADDE DOLAŞIMLARI Doğada canlılar için önemli maddeler canlılar tarafından cansız çevreden alınıp, metabolik faaliyetlerde iş gördükten sonra tekrar cansız çevreye verilirler. Bu alış-veriş sonucunda madde dolaşımları, çevrimler veya döngüler dediğimiz olaylar vuku bulur. Bu çevrimlerin bir kısmı sadece fiziksel değisimler ile atmosfer, litosfer ve hidrosfer arasında dolaşır ki buna örnek olarak su dolaşımı verilebilir. Bir kısmı ise canlılarla (biyo), jeolojik çevrelerini (jeo) kapsar ve canlı metabolizmasında kimyasal değişime uğrar ki buna da biyojeokimyasal dolaşım denir. Su ve biyojeokimyasal çevrimlere giren tüm maddeler menşey olarak yapay (sentetik) ya da doğal kaynaklıdır ve canlılara gereklilik açısından dört gruba ayrılırlar. a) Yaşam için çok miktarda gerekli maddeler: Bunlar, C, H, O, N, P, S, Ca, Mg, K gibi maddeler olup canlı vücudunun ağırlıkça % 95-98'ini oluştururlar. b) Yaşam için eser miktarda gerekli elementler: Canlılarda çok miktarda kullanılmamasına rağmen bazı vitamin ve enzimlerin çatısını oluştururlar. Fe, Mn, Cu, Zn, Na, Mo, Cl, Co,gibi. c) Yaşam için gerekli olmayan fakat döngülere girebilen altın, civa gibi maddeler. d) Yaşam için gerekli olmayan yapay (sentetik) maddeler. Bunlar arasında DDT, PCB, PVC, Sr-90 gibi insektisit, deterjan katkı maddeleri, yapı malzemeleri sayılabilir. Canlı sistemler bu maddelerin doğada bulunmasına alışık değildirler. Doğal olmadıkları için metabolik faaliyetler sonucu ayrıştırılamazlar ve bu maddeleri ayrıştırarak zararsız hale getirecek mikroorganizma grubu gelişmemiştir. Doğal koşullarda 20-30 ile 300 yıl gibi uzun sürede ayrışan bu maddeler canlı dokulara girerek biyolojik birikim ile çeşitli zarar ve hastalıklara neden olmaktadırlar. 4.5.5.3.1. HİDROLOJİK DOLAŞIM Doğadaki su atmosferden kara ve denizlere, oradan da tekrar atmosfere dönerek Şekil 8'de görüldüğü gibi basit bir yörünge izler. Böylece canlıların yaşamını ve cansız çevrenin fonksiyonlarını yapmasını sağlar. 
Şekil 8. Su dolaşımının şematik gösterilişi. Su, güneş enerjisi ve yerçekimi ile atmosfer, litosfer ve hidrosfer arasında sistemli bir şekilde dolaşmaktadır. Bir ekosisteme düşen yağış miktarı yeryüzü şekli (bakı, denizden yükseklik, denize uzaklık), enlem derecesi ve atmosferik özelliklere göre değişir. Atmosferden yeryüzüne ve denizlere yoğuşarak, buradan atmosfere ise buharlaşarak ulaşır. Buharlaşma üzerinde en önemli etkiyi sıcaklık yapar. Bu etki denizlerde daha bariz bir şekilde görülür. Yeryüzünün % 71'i denizlerle kaplıdır ve toplam buharlaşmanın % 88'i denizlerden olur. Atmosfer ve hidrosfer güneş ışınları tarafından farklı şekilde ısıtılarak bu iki ortam arasında oluşan ısı değişimleri rüzgarlar ve deniz akıntılarını meydana getirmektedir. Böylece su dolaşımı için gerekli itici güç oluşmaktadır. Hava tarafından tutulan su buharı ortalama 24 mm. yağış verecek kadardır. Yeryüzünde yılda ortalama 1000 mm. yağış düştüğüne göre suyun yıllık devri 1000 / 24 = 41-42 kez olmaktadır. Bu dolaşım esnasında su atmosferde 9 gün kalabilmekte ve günde 100-1000 km. taşınabilmektedir. Buna karşı suyun denizlerde kalma süresi 3000 yıl gibi uzun olabilmektedir. Su dolaşımı izole edilmiş bir devire sahip değildir. Az da olsa bazı kısa devreler mevcuttur. Ultraviyole ışınları ile bir kısım su, oksijen ve hidrojene ayrılır. Yine bir kısmı sızarak yeraltı suyuna karışır. Ancak yeraltından çıkan sularla bu kayıplar dengelenmektedir. Yeryüzünde mevcut suların ; % 97'si denizlerde tuzlu su olarak, % 2,25'i kutuplarda buz halinde, % 0,75'i ise ancak taban suyu, göl, nehir ve diğer tatlısular halindedir. Tatlısu kaynaklarının kıt olması nedeniyle günümüzde özellikle endüstride kullanılan suların arıtılarak tekrar kullanılması zorunlu görülmektedir. Bunun yanında dünya nüfusunun hızlı artması ile 2010 yılından itibaren mevcut su kaynaklarının ihtiyacı karşılamakta yeterli olamayacağı tahmin edilmektedir. Bu nedenle hidrolojik dengenin bozulmaması için atıksuların arıtılarak tekrar kullanılması ve arazi kullanımı ile su kirlenmesinin önlenmesi zorunludur.
a) Bu çevrimlerin insan, bitki, hayvan ve mikroorganizma gibi tüm canlıları kapsaması, b) Besin maddelerinin çevreden canlılara ve canlılardan yine çevreye gitmesi, c) Canlılar tarafından değişime uğratılmaları, d) Atmosfer ve litosferde bir jeolojik depoya sahip olmaları. Biyojeokimyasal dolaşımlar, dolaşımı oluşturan maddenin çevrimin herhangi bir aşamasında mutlak surette gaz haline geçmesi ile gaz halindeki maddelerin dolaşımı, tüm aşamalarda katı olması ile de sediment besin maddelerinin dolaşımı şeklinde iki gruba ayrılır. Ancak bazı karışıklıklara neden olabileceği için böyle bir ayırıma gerek duyulmamıştır. Bu dolaşımlar arasında karbon, azot, oksijen, kükürt, fosfor, kalsiyum, magnezyum, sodyum, potasyum gibi madde dolaşımları sayılabilmesine rağmen dört tanesi üzerinde durulacaktır. 4.5.5.3.2.1. KARBON DOLAŞIMI Karbon canlıları oluşturan ana maddelerden biridir. Canlıların yaşamının bağlı olduğu büyük organik moleküllerin yapısında mutlaka bulunur. Karbonun yeryüzünde canlılar, atmosfer, litosfer ve hidrosfer olmak üzere dört büyük deposu vardır. Karbon atmosferde karbondioksit, suda bikarbonat ve karbondioksit, karalarda ise kireçtaşı, kömür, doğal gaz ve petrol halindedir. Canlılarda ise tüm organik moleküllerin temel yapısını oluşturur. Biyosferde karbon döngüsü denizler, karalar, atmosfer ve canlılar arasında olmaktadır (Şekil 9). Ancak denizler ve karalarda korbon dalaşımı farklı karakteristikler gösterir. Karalardaki dolaşımın en belirgin özelliği atmosferdeki karbondioksidin yeşil bitkiler tarafından fotosentez esnasında alınması, oksijen verilmesi ve oluşan bu organik maddelerin solunum ile yakılması ve ölüm halinde mikrobiyal ayrışma ile tekrar karbondiokside dönüşmesi şeklindedir. Denizlerde ise; bitkisel planktonlar suda çözünmüş karbondioksidi olarak fotosentez ile oksijen üretirler. Üretilen bu oksijen ve organik maddeler tüketiciler tarafından kullanılarak solunum ve diğer metebolik faaliyetlerle tekrar korbondioksit oluşturulur. Böylece döngü sağlanmış olur. Deniz ve okyanuslarda atmosferin 50 katına yakın miktarda karbondioksit bulunur. Karbon dolaşımı madde dolaşımlarının en basiti gibi görünmesine rağmen bazı durumlarda dolaşımda kesintiler ve aksamalar görülür. Ölü organik maddelerin akarsularla deniz diplerine taşınması ve çökmesi (sedimantasyon), ölü organik materyalin ayrıştırılması esnasında yeterli sıcaklık ve oksijenin bulunmaması ile turbalıkların oluşması, denizlerdeki kalsiyumkarbonattan karbondioksidin bitkiler tarafından alınarak kalker oluşması ile kesintiler olur. Ancak ısınma ve endüstride fosil yakıtların kullanılması ile bu kesintilerden daha fazlası atmosfere verilmektedir. Karbon dolaşımı karalar ve denizlerde ayrı ayrı cereyan etmekte ve bunlarla atmosfer arasında dengeli bir şekilde oksijen dolaşımı ile yakından bağımlı olarak yürümektedir. Bilindiği gibi atmosferdeki karbondioksit oranı yaklaşık 300 ppm.'dir. Ancak günümüzde fosil yakıtların aşırı kullanımı ve bitki örtüsünün tahribi ile bu oran değişmektedir. Yapılan ölçümlerde 1860 yılında havadaki karbondioksit oranı 290 ppm. iken, 1988 yılında bu oran 348 ppm.' yükselmiştir. 2000 yılında ise 380 ppm olması beklenmektedir. Korbondioksit konsantrasyonunun yılda 1,5 ppm. arttığı hesaplanmıştır. Fosil yakıt kullanımından yılda 5 x 1015 gram karbon, doğal bitki örtüsünün yok edilmesinden de yılda 2 x 10 15 gram karbon fazlasının devreye girdiği hesaplanmıştır. Böylece atmosferdeki korbondioksit miktarı gittikçe artmaktadır. Bu olayın iklim üzerinde etkili olacağı ve dünya iklimini değiştireceği belirtilmektedir.
Atmosferdeki gazlar günesten gelen belirli dalga boyundaki ışınları geçirmekte, diğerlerini yansıtarak veya tutarak alıkoymaktadır. Yeryüzüne kısa dalga boyunda ve yüksek enerjiye sahip olarak gelen ışınlar cisimlere carptıktan sonra ısıya dönüşmekte ve daha sonra bu cisimlerden uzun dalga boyunda ışınlar olarak atmosfere yansıyarak uzaya gitmektedirler. Böylece yeryüzünün ısısı dengede durmaktadır. Ancak havadaki korbondioksit miktarının artması ile yeryüzünden yansıyan uzun dalga boyundaki ışınların korbondioksit tarafından tutularak uzaya verilmediği ve böylece atmosferdeki toplam ısının günden güne arttığı belirtilmektedir. İşte sera etkisi diye adlandırılan bu olay sonucunda ( herhangi bir seranın içine giren yüksek enerjili ve kısa boylu ışınlar katı cisimlere çarpıp ısıya ve büyük dalga boylu ışınlara dönüşünce seranın dışına çıkamaz ve seranın içi dışarıdan çok daha fazla ısınır) dünyanın sıcaklığının 3-4 C artması ile kutuplardaki buzulların eriyerek karaların büyük bir kısmının sular altında kalacağı iddia edilmektedir. Buna karşın yine fosil yakıtların kullanılması ile oluşan katı partiküllerin atmosferde artması ile de güneşten gelen ışınların hiç yeryüzüne gelmeden yansıtılması sonucu yeryüzünün ıssının azalacağı da iddia edilmektedir. Bu iki karşıt tezin hangisinin ne ölçüde etkili olacağı konusu tartışmalıdır. Ancak yeryüzünün iklimlerinin değişme eğiliminde olduğu da bir gerçektir. 
4.5.5.3.2.2. AZOT DOLAŞIMI Azot canlı vücudunun temeli olan proteinler, nükleik asitler, çeşitli vitamin ve hormonların yapısında bulunur. Azotun yeryüzünde atmosfer ve canlılar olmak üzere iki büyük rezervi vardır. Azotun bu iki rezervi ve canlılar arasındaki çevrimi Şekil 10'da görülmektedir. Atmosferin % 78' i azot gazı olmasına rağmen canlılar bundan yararlanamazlar. Canlıların azottan yararlanabilmesi için bu gazın mikroorganizmalar tarafından toprağa fikse edilmesi gerekir. Azot topraktan bitkiler tarafından çoğunlukla inorganik nitrat (NO3), veya amonyum tuzları (NH4) şeklinde alınır. Hayvanlar ise azotu hazır organik maddelerden sağlarlar. Bu nedenle havada çok miktarda bulunan azotun kısıtlayıcı etkisi kullanılabilir haldeki formunun azlığından kaynaklanmaktadır. (Şekiller : Ekoloji ve Çevre Bilimleri- Berkes-Kışlalıoğlu’ndan alınmıştır) 
Toprakta nitrat tuzlarının azlığı bitkisel üretimi kısıtlar. İnsanlar açısından da azot noksanlığı protein eksikliği yani beslenme noksanlığı anlamına gelir. Bu nedenle havadaki azot gazının doğal ve yapay yollardan bitkilerin kullanabileceği forma sokulması önem taşır. Azot dolaşımının temelini havadaki serbest azotun mikroorganizmalar tarafından inorganik tuzlara dönüştürülmesi ve ardından bu tuzların bitkiler tarafından azot içeren organik moleküllere sentezlenmesi ve bu organik moleküllerin biyolojik ayrışma ile tekrar parçalanması ile yeniden inorganik tuzlara çevrilmesi oluşturur. Azotun bir kimyasal halden öbürüne çevrimi mikroorganizmalar tarafından yapılır. Azotun toprağa fikse edilmesi mikrobiyoloji dersinden de hatırlanacağı gibi baklagil bitkilerin kök yumrularında yaşayan Rhizobium, toprakta serbest yaşayan azotobakter, Clostridium gibi bakterilerle Anabeana ve Nostoc gibi mavi-yeşil algler tarafından gerçekleştirilir. Son yıllarda elde edilen bulgulara göre de birçok bitkinin kökleriyle ortak yaşayan küf ve küfe benzer birçok mikroorganizma da azot tespit etmektedir. Bunların haricinde de havadaki şimşeklerle bir kısım azot nitratlara dönüşmektedir. Ancak bu çok küçük miktardadır. Azot döngüsünde görülen kayıplar, yeraltı ve nehir sularındaki nitratların dip sedimanlarında birikmesiyle olur. Buna karşın yanardağlardan çıkan azot gazları bunu telafi etmektedir. İnsanlar tüm madde döngülerine olduğu gibi azot döngüsüne de müdahale etmektedir. Bu müdahale beş şekilde olmaktadır. a) Nitrat ve amonyum tuzları halinde suni gübre üreterek, b) Termik santral ve metal işleyen tesislerin bacaları ile araba eksozlarından azot oksit gazları halinde, c) Endüstriyel ve evsel atıksuların nitrat içerikleriyle, d) Topraktaki azotun yıkanarak sulara karışması ile, e) Son yıllarda artan besiciliğin neden olduğu dışkı atıklarıyla. İnsanların azot döngüsüne en önemli etkisi suni gübre üretimi ile olmaktadır. Yapılan tahminlere göre 1980 yılında çevrime giren azotun yarısı yapay yolla üretilen azottur. Bunun ise biyolojik yapıda nasıl sonuçlar doğuracağı henüz bilinmemektedir. Azotlu gübreler gübre tüketiminin yarısından çoğunu oluşturmaktadır. Havadaki azotun yapay yolla gübre olarak tespiti çok enerji gerektiren bir işlemdir. Zira azot gazı 950 C'ın üstünde reaksiyon verebilen bir gazdır.Bir kg. azotlu gübre üretimi için 6000 kilokalori enerjiye ihtiyaç vardır. Bu enerji de fosil yakıtlardan sağlanmakta ve aynı anda karbon çevrimi de etkilenmektedir. Tarımda kullanılan gübrelerin yağışlarla yıkanması, evsel ve endüstriyel atıksulardaki azotlu bileşikler göl ve denizlere taşınarak fosfor ile birlikte ötrifikasyona neden olurlar. 4.5.5.3.2.3. FOSFOR DOLAŞIMI Fosfor canlılarda nükleik asitlerin, enerji aktarımını saglayan ATP'nin, hücre zarının yapısında, kemik ve dislerde bulunur. Fosforun doğadaki esas rezervleri, yeryüzündeki fosfatlı kayalar ve sulardır. Şekil 11'de de şematik olarak görüldüğü gibi fosfor döngüsünün temelini, fosforun karalardan denizlere ve denizlerden de karalara taşınımı teşkil eder. Fosfor bitkiler tarafından genellikle suda çözünmüş olarak ortofosfot halinde (H2PO4) alınır. Bitkiler tarafından organik fosfora çevrilir. Beslenme yoluyla tüketici organizmalara ve organik atık veya ölü organik maddelerin mikroorganizmalar tarafından ayrıştırılması ile de inorganik hale geçerek tekrar bitkiler tarafından kullanılacak forma girer. Fosforun canlı dokularda bulunan kısmı, kara ve sulardaki rezerve oranla çok azdır. 
Yıkanma ve erozyon yoluyla aşınarak sulara karışan fosfatın büyük bir kısmı denizlere ulaşır. Bu fosfat su bitkileri tarafından kullanılırlar. Besin zinciri yoluyla tüketicilere aktarılır. Organizmaların ölümü ve sığ sularda dibe çökmesi ile tortularda birikir. Milyonlarca yıl süren jeolojik yer hareketleriyle tekrar yeryüzüne ulaşır. Ancak fosforun karalardan denizlere taşınması olayı hızlı, dağların oluşmasıyla denizlerden karalara taşınması olayı çok yavaştır. Jeolojik hareketlerden başka fosforun denizlerden karalara dönüşü başlıca iki yolla olur. Bunlar balıkçılık ve kuş gübresi (guano) üretimidir. Dolaylı olarak balıkçılık yoluyla yılda ortalama 60000 ton, kuş gübresi ile de 300000-400000 ton fosfor karalara aktarılır. İnsanların fosfor döngüsüne etkisi, zaten hızlı olan karalardan denizlere akışı daha hızlandırarak olur. Fosfatlı gübre üretiminde ham madde doğadaki fosfatlı kayalardır. Bu kayalar çıkarılarak işlenmek suretiyle fosfatlı gübreler üretilir. Yılda ortalama 2 milyon ton fosfatın çıkarıldığı tahmin edilmektedir. İşlenerek gübre yapılan bu fosfat kullanıldıktan sonra sularla yıkanarak göl ve denizlere taşınır. Bu arada evsel ve endüstriyel atıklardaki fosfatlar da önemli kirleticilerdir. Göl ve denizlerde mg/lt olarak yıllık ortalama 0,1 fosfat / 0.8 azot yılboyu, ilkbahar ayı için 0.02 fosfat / 0.32 azot miktarı da ilkbaharda ötrifikasyona neden olmaktadır. Bu konuda en önemli kriter karbon/azot/fosfor oranıdır. Ancak fosfor toksik karakterde bir kirletici olmayıp besin maddesi çokluğu ile alg üretimi oluşturur.
Kükürt yaşam için gerekli bir madde olup, tüm canlılardaki amino asitlerin yapısında bulunur. Taşkürede bol miktarda bulunduğundan sınırlayıcı etkisinden ziyade hava kirliliğine katkısı açısından önemlidir. Bitkiler kükürdü topraktaki inorganik ve organik bileşiklerden sülfatlar halinde alır. İnorganik kükürt kaynakları olarak jips (CaSO4. 2H2O), anhidrit ( CaSO4), pirit (FeS2), ve kalkopirittir (CuFeS2). Fakat topraktaki kükürdün % 80'i biyolojik kökenlidir. Organik kükürt bileşiklerinin aerop veya anaerop parçalanması ile önce hidrojen sülfür oluşur. Bu da kademeli olarak aşağıdaki gibi kükürt bakterileri tarafından oksitlenirse sülfat anyonu oluşur. 2 H2S + O2 ------- 2 H2O + 2 S + 122 Kcal 2S + 3 O2 + 2 H2O -------- 2H2SO4 2H2SO4 ------- 4 H + 2 SO4 İnorganik kükürt bileşiklerinin oksitlenme reaksiyonları ise yine aşağıdaki gibi gösterilebilir. FeS + H2O + 1/2 O2 ---------Fe (OH)2 +S 2S + 3O2 + 2H2O -------- 2 H2SO4 2 H2SO4 --------- 4 H + 2SO4 Bu reaksiyonlarda hidrojen sülfür oksitlenerek elementer kükürt, bu da oksitlenerek inorganik sülfat ve bunun redüksiyonu ile de tekrar hidrojen sülfür oluşur. Bu dönüşüm kükürt döngüsünün şematik görünümünde yer almaktadır. (şekil 12). Haliçte ve karadenizin 200 m.'den derin kısımlarında oksijensiz ortamlarda organik maddelerin ayrışması ile hidrojen sülfür oluşur. Böylece bu ortamlarda aerobik yaşam sona erer yani balık ve diğer canlılar yaşayamazlar. Bitkiler tarafından topraktan sülfatlar halinde alınan kükürt organik bileşikler halinde bitkisel biyokitleye bağlanır. Buradan tüketicilere aktarılır. Gerek bitki gerek hayvan atıklarının aerop ve anaerop ayrışması ile tekrar mineralize olmaktadır. Böylece kükürt toprak ile canlı organizmalar veya toprak- su ve atmosfer arasında elementer kükürt, hidrojen sülfür, sülfatlar ve kükürt dioksit halinde dönüşüm sağlamaktadır. Doğal koşullarda bu dolaşımların ara basamaklarında oluşan bazı bileşikler (örn.SO2) canlılar için toksit etkiye sahiptir. Ancak doğal konsantrasyonun düşük olması toksik etkiyi sınırlamaktadır. Özellikle fosil yakıtların yakılması ile atmosfere karışan doğal miktarın çok fazlası SO2 günümüzde hava kirletici parametreler arasında birinci sırayı almaktadır. Bu konuda birçok araştırma yapılmış ve canlılar üzerindeki etkisinin canlı türüne, havadaki konsantrasyonuna, sıcaklığa, hava nemine göre değişik şekil ve derecede etki ettiği belirlenmiştir.
Kükürtdioksit ve asit yağmurları bitkiler ve insanlar için de birçok zararlı etkiye sahiptir. Ülkemizde Artvin-Murgul bakır fabrikası, Samsun-Gelemen Bakır izabe ve gübre fabrikası, Yatağan Termik santrali gibi birçok yer SO2 zararlarından bitki örtüsünü tamamen kaybedilmiştir. Bunun yanında 1952 yılında İngiltere’de Londra'nın üstünde 15 gün hareketsiz kalan ve konsantrasyonu 1500 mikrogram /m3'ü aşan SO2 4000 kişinin ölümüne neden olmuştur. Yapılan çeşitli araştırmalarla denize karışan SO2'nin okside edilerek aerosol şeklinde atmosfere verildiği ve bu aerosollerin de havada yükselerek tıpkı kloroflorokarbon bileşikleri gibi ozon tabakasını bozabileceği bildirilmektedir.
Bilindiği gibi canlıların kullandığı maddeler menşey olarak; doğal ve yapay (sentetik) olmak üzere iki gruba ayrılırlar. Asrımızda bu iki grup madde de ekolojik döngülerde sorunlar oluşturmaktadır. Doğal maddelerin oluşturduğu sorunlar, doğaya mikroorganizmaların ayrıştırma kapasitesinden fazla yüklenme ile oluşmaktadır. Biyolojik ayrıştırma kapasitesinden fazla doğal ortamlara verilen maddeler birikerek çeşitli çevre sorunları oluşturmaktadır. Sentetik maddeler ise doğada bulunmadıkları ve yabancı oldukları için bunları ayrıştıracak mikroorganizma grubu yoktur. Bu nedenle uzun yıllar içerisinde kendiliğinden parçalanırlar. Bu parçalanma 20-30 yıl ile 300 yıl gibi uzun zaman dilimleri aldığından büyük tehlikeler arz ederler. Ekolojik çevrimlere insan etkisi üç şekilde olmaktadır. Bunlar; a) Doğal maddelerle aşırı yüklenme veya kaçaklar nedeniyle devir hızının değiştirilmesi, b) Çevrimin koparılması c) Cevrimlere sentetik maddelerin sokulması, şeklinde sıralanabilir. Bu etkiler sonucunda ekolojik döngülerde canlılar ve doğal denge açısından istenmeyen ötrifikasyon, biyolojik birikim, asit yağmurları, küresel ısınma, ozon tabakasının incelmesi, radyoaktif kirlenme gibi birçok çevre sorunu ile karşı karşıya kalmaktayız. -Ötrifikasyon: Deniz, akarsu ve göllerde görülen ve genellikle fosfat ve azot fazlalığından kaymaklanan bir besin maddesi kirliliğidir. Besin maddelerini toksik etkisi olmayıp bu ortamlardaki alglerin artışına neden olurlar. Bilindiği gibi alglerin genel formülü C 106 H263 O110 N16 P1 şeklinde gösterilebilir. Yani algler bünyesinde oransal olarak 106 karbon, 16 azot ve 1 fosfor bulundururlar. Ötrifikasyonun olması için birinci şart bu besin maddelerinin 106/16/1 oranında bulunmasıdır. İkinci şartı ise, Bu besi maddelerinin sularda belirli bir konsantrasyonda olmasıdır. Bu konsantrasyonlar ise ilkbahar için 0,02 mg./lt ortofosfat halinde fosfor, 0,32 mg./lt. azottur. Besi elemetlerinin sularda miktar ve oran olarak yeterli olması halinde büyük bir alg üretimi başlar ve bu alglerin ölerek dibe çökmesi ve ayrışması ile suda aşırı organik madde yükü oluşur. Bu organik maddeyi ayrıştırmak için aerobik bakteriler hızlı bir şekilde çoğalır ve metabolizmaları sonucunda sudaki çözünmüş oksijen miktarı azalır. Aynı anda su yüzeyinde ve kıyılarda büyük miktarda çürümüş alg birkir ve kokuşmaya neden olur. Bu da oksijen azaltıcı etki eder. Böylece balıklar ve diğer yüksek su ürünleri oksijen yokluğundan ölerek göller gittikçe ölügöl haline doğru yol alır. Göllerdeki gelişmiş canlılar ölerek yerini kirlilik indikatörü ilkel canlılara ve patojenlere bırakır. Ötrifikasyon olayını sadece göllerde değil, dalyanlarda, koylarda, denizlerde ve akarsularda bile görebiliriz. Biyolojik birikim: İnsan açısından ekolojik döngü kavramının önemli bir uygulaması biyolojik birikim denilen olaydır.Bazı kirleticiler besin zincirinde birikir, bazıları birikmezler. Cansız çevreye eklenen ve gerek mikrorganizmal faaliyet ve gerekse insan ve hayvanların metabolizması ile ayrıştırılamayan ssentetik (yapay) maddeler canlı dokularda birikirler. Biyolojik birikimin klasik örnekleri DDT, PCB, Sr-90, Cs-137, Co-60 gibi maddelerdir. Birikim üç nedenle olur.
b) Bu maddelerin suda çözünmeyip, birçoğunun yağda çözünür olması, c) Besin zincirindeki enerjiye çevrilme ve enerji aktarımında çok randımansız oluşları. Biyolojik birikimi bilinen sentetik maddelerin besin zircirlerindeki konsantrasyonlarının toprak ve sulardaki miktarın binlerce hatta milyonlarca katına çıktığı belirlenmiştir. Biyolojik birikimi görülen birçok madde bazen organizmalar tarafından seçici olarak alınmaktadır. Örneğin, radyoaktif iyot-131 insan tiroit bezi tarafından, Sr-90 biyokimyasal yönden kalsiyuma, Cs-137 de potasyuma benzediğinden canlı dokular tarafından seçilerek alınırlar. Sr-90 ve Cs-137 uzun ömürlü radyoaktif maddelerdir. Sr-90 radyoaktivitesinin yarısını 28, Cs-137 ise 33 yılda kaybederler. Canlı dokularında biriken bu maddeler gerek ömürlerinin uzunluğu ve gerekse metabolik faaliyetlerle ayrıştırılmaları nedeniyle genellikle canlı dokulardaki yağ ve kemiklerde birikirler. Biyolojik birikimi görülen maddeler bulundukları ortamda çok düşük konsantrasyonlarda bile besin zinciri ile bazı tüketicileri ciddi olarak etkileyebilmektedir Özellikle su ürünlerinde birikerek, su ürünlerini kullanılamaz hale getirirler. Suda bulunan 0,6 ppm DDT birçok tür karidesi birkaç günde öldürecek etki gösterir. Buna karşın su ürünleriyle beslenen kuşlarda Sr-90 ile kalsiyum metabolizmasının etkilenerek, yumurtaların kabuklarının incelmesi sonucu kırılan yumurtalardan cuvciv çıkamamaktadır. Böylece popülasyon azalmaktadır. İnsan üst düzeyde bir tüketici olduğundan biyolojik birikim insanda da görülmektedir. DDT kullanımı yasaklanmadan önce insan dokularında 6 ppm civarında bir konsantrasyonu tespit edilmiştir. Bu da hayvansal ve bitkisel besinlerdeki DDT'den kaynaklanmaktadır. Örneğin, DDT ile ilaçlanan bir fındık bahçesinden otlayan ineklerin kendi vucudunda biriktiği gibi, tereyağında da 6-7 ppm'e kadar tespit edilmiştir . İnsan dokularında biriken gerek DDT ve gerekse radyoaktif maddelerin nasıl bir zarar oluşturacağı henüz kesinlik kazanmamıştır. Ancak birikim ile vucut direncinin zayıflayarak çeşitli hastalıklara yakalanma riskinin artması ve kanser vakaları arasında bir ilişki olduğu da muhakkaktır. - Asit yağmurları: Kükürt ve azot döngüsünün bozulması ve döngülere aşırı müdahale hava kirliliği gibi yöresel bir sorun yaratırken aynı anda da asit yağmurları gibi uluslarası bir çevre kirliliğine neden olmaktadır. Normal yağmur suyu doğal yapısında bulundurduğu çeşitli gazlar nedeniyle hafif asittir. Ancak özellikle günümüzde kükürtdioksit, azotoksitler, karbonmonoksit ve korbondioksit gibi gazların çok miktarda atmosfere verilmesi ile bu gazlar havadaki su buharı ve hava sıcaklığına bağlı olarak havadaki bazı katı partiküllerdeki maddelerin katalizörlük etkisiyle aside dönüşerek yağmurlara karışmaktadırlar. Bu konuda özellikle kükürtdioksit ve azotoksitler büyük etkiye sahiptirler. Havadaki kükürtdioksit yukarıda sayılar faktörlerin etkisiyle önce sülfiröz asidine(H2SO3) dönüşmekte, sonra da sülfirik aside dönüşerek yağmurlarla yere düşmektedir. Suyun normal pH'sının 7, normal yağmur suyunun pH'sının da 6 olduğu kabul edilir. Normal yağmur suyunun pH'sının 6 olduğu düşünülürse bu değerin altındaki pH'ya sahip yağmurlar asit yağmurları olarak düşünülmelidir. Ancak bataklık vs. gibi extrem koşullarda normal yağmur suyunun pH değeri bazen 5,6-5,8' e inebilmektedir. Bu nedenle pH değeri 5,6' dan küçük olan yağmurlar asit yağmurları olarak kabul edilirler. Kuzey-batı Avrupa ve Kanada'da asit yağmurlarının pH değeri 4'e kadar inmiştir. Ülkemizde ise genel karakter 5 civarında seyretmesine rağmen Murgul bakır fabrikası ve Yatağan termik santralı civarında zaman zaman pH = 4,5 civarında yağmurlar yağmaktadır. Birinci termodinamik kanununa göre hiçbir madde yok edilemeyeceğine göre yanmadan kaynaklanan kükürtdioksit ve diğer gazlar atmosferde kalmaktadır. Bazı sanayi kuruluşlarnın 300 metreden büyük baca yapması ile bu kirleticiler üst atmosfer tabakalarına verilerek uluslararası bir hava kirlilği yaratılmaktadır. -Radyoaktif kirlenme: Gelişmiş ülkeler tarafından yapılan nükleer denemeler , Japonyaya karşı kullanılan atom bombası ve nükleer santrallerde oluşan kazalar sonucu nükleer atıklar yeryüzüne yayılmaktadır. Birleşmiş milletler bilimsel komitesinin yaptığı bir araştırmaya göre 1963 yılına kadar tüm dünyada yapılan nükleer denemelerden 63000 kisinin etkilendiği tespit edilmiştir. Japonyada kullanılan ve birkaç yüzbin kişinin ölüp binlerce kişinin sakat kaldığı, binlerce kişinin değişik derecede etkilendiği atom bombası kulanımı bunun haricindedir. Radyoaktif maddelerin insan kemik ve dokularında birikmesi ile kanser arasında bir ilişki olduğu belirlenmiştir. Bunun yanında sakat doğumlara neden olmakta ve ayrıca uzun zaman içerisinde vucut direncini bozarak çeşitli hastalıklara neden olmaktadır. Atmosferde yapılan denemeler biteli görünüşte 25 yılı aşmıştır. Ancak denizlerde ve yeraltında yapılan nükleer denemeler sonucu balık ve diğer deniz canlılarına geçen Sr-90 gibi nükleer maddeler besin zinciri yoluyla insanlara aktarılmaktadır. Bunun yanında Çernobil nükleer santral kazası sonucu oluşan Cs-137, Sr-90, I-137 radyoaktif maddeleri birçok Avrupa ülkesini etkilediği gibi ülkemizin Karadeniz bölgesini de büyük oranda etkilemiştir. Ayrıca 1999 yılında İstanbul'da kurşun levhalarla korunan Co-60 izotopunun hurdacılar tarafından parçalanması sonuçu ülkemizde ilk nükleer kaza gerçekleşmiştir. Radyoaktif maddeler aynı zamanda ekolojik döngülere girmek suretiyle de canlılara geçebilmektedir. Böylece ekolojik denge tahrip edilmektedir. 4.5.7. EKOLOJİK ÇEVRİMLERİN KORUNMASI VE ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİNE UYGULANMASI Günümüzde tıptaki büyük ilerlemeler ile önceki yüzyıllarda yüzbinlerce insanın ölümüne yol açan bulaşıcı hastalıkların teşhis ve tedavi yöntemleri bulunmuş ve toplam ölümler içerisinde bulaşıcı hastalıkların oranı çok düşmüştür. Ancak buna karşı çağımızda çevre kirliği yaratan birçok madde ekolojik çevrimlere ve insan vucududa girerek değişik tip hastalıklar oluşmuştur. Bu konuda özellikle yapay (sentetik) birçok madde önemli derecede etkendir. Çağımızda ilaçlarla tedavi edilebilen birçok hastalığın çaresi bulunmasına rağmen, ilaçla tedavisi mümkün olmayan yeni hastalıkların toplam ölüm vakaları içindeki oranı artmıştır. Çağımızın hastalıkları olarak kanser ve göğüs hastalıkları ön plandadır ve bu hastalıkların esas etkisi vucudu uzun zaman içerisinde yıpratmak şeklinde görülmektedir. İşte bu hastalıklar ekolojik çevrimlerde ve çevremizde görülen birçoğu biyolojik birikim yoluyla canlı dokularda depolanan yapay maddelerle yakından ilgilidir. Bu nedenlerle ekolojik çevrimlerin doğal haliyle korunması çok önemlidir. Konuyu sadece insan sağlığı açısından değil doğadaki tüm canlılar açısından düşünmek zorundayız. Çünkü bu canlılar doğanın ve doğal dengenin kopmaz birer parçasıdır ve besin zinciri ile birbirine bağlıdır. Doğal dengenin sürekliliği tüm bu canlıların sürekliliğine bağlıdır. Diğer taraftan da bu canlılar aynı zamanda ekolojik döngülerin birer ünitesi veya parçasıdır. Bu nedenle ekolojik döngülerin korunması ile insan sağlığının korunmasını birbirinden ayırmak mümkün değildir. Ekolojik döngülerin korunması iki açıdan düşünülebilir. Birincisi doğaya yabancı olan sentetik maddeleri çevrimlere sokmamak, ikincisi de doğal olarak çevrede bulunan maddelerin dolaşımlarını insan faaliyetlerinin yaratacağı değişikliklerden korumaktadır. Doğaya yabancı maddelerin çevrimlerden çıkması başlıcı dört şekilde olmaktadır. a) Bazı mikroorganizmalar tarafından çok az miktarda ayrıştırma, b) Foto-oksidasyon vbg. fizikokimyasal olaylar, c) Deniz ve göllerin dibine sedimantasyon, d) Canlıların vücuduna alındıktan sonra metabolik yolla parçalanma Çeşitli kirleticiler için bu yolların ancak bazıları geçerlidir. Örneğin, bazı balık türleri DDT'yi matabolizması ile zararsız hale getirebilmektedir. Yine bazı canlılarda bu işlem yağda cözünür maddelerin suda çözünür hale dönüştürülmesiyle gerçekleşir. Fakat birçok canlıda bu maddelerin metabolizma esnasında kanserojen bileşiklere dönüştürüldüğü kanıtlanmıştır. Bu nedenlerle sentetik maddeleri alıcı ortam dediğimiz çevreye vermemeli ve doğal çevrimlere sokmamalıyız. İkinci sık olarak çevremizde bulunan maddelerin döngülerini insan etkilerinin yaratacağı değişiklerden korumak için de özellikle çevre mühendisliğinde kullanılan arıtma ve yeniden kullanma teknolojileri önem kazanmaktadır. Hızla artan dünya nufusunun beslenme, barınma ve diğer ihtiyaçlarını karşılamak zorunluluğu vardır. Bu ihtiyaçları karşılamayarak çevreyi koruyacağız politikası uygulamak mümkün değildir. Ancak burada doğal kaynakların sınırlı oluşu nedeniyle, doğal kaynaklar tahrip edilmemeli, kirletilmemeli ve yeniden kulanımı sağlanarak bu ihtiyaçlar giderilmelidir. Günümüzde çeşitli doğal kaynakların saniyede kullanımı giderek artarken, doğal kaynakları kirletmemek ve aşırı tahrip etmemek için artıklardan yeniden yararlanma (recycling) yaklaşımı güncellik kazanmıştır.
Çeşitli yöntemlerle elde edilen hammaddeler fabrika veya çeşitli kuruluşlarda işlenerek insanların kullanabileceği ürünlere dönüştürülür. Doğadan elde edilen madeni ve plastik malzemeler, sanayi üretimiyle, çeşitli ambalaj malzemesine dönüştürülür. Ambalaj içerisindeki ürünü kullanan, yiyecek veya içeceği içen vatandaş ambalaj malzemesini çöpe atarak bir ortamda yoğunlaştırmak suretiyle, doğada insan ve diğer canlılara zararsız halde bulunan demir veya plastik gibi maddeleri insan ve diğer canlılara zararlı hale dönüştürür. Ekolojik dolaşımlarda böyle tek yönlü ve sonlu bir akışa yer yoktur. Doğada her madde, çeşitli şekillere dönüştürülüyor, çeşitli canlılar tarafından kullanılıyor ve hiçbir safhada devre dışı edilmiyor. Her seferinde yeni bir forma dönüşüp, bir canlıdan öbür canlının kullanımına veya doğaya verilerek tekrar tekrar yeniden kullanılıyor. Bir kez kullanılan suyun arıtılıp yeniden kullanılması, havadan alınan oksijenin solunumla hayvanlar tarafından karbondiokside dönüştürüldükten sonra bitkiler tarafından fotosentezle yeniden oksijene dönüştürülmesi gerekiyor. Dünya denen ekosistemde tüm maddeler, hayatın başlangıcından beri tekrar tekrar kullanılmaktadır. Böylece belki de evvelce çok verimsiz olan araziler ekolojik süksesyonla (ekolojik gelişme aşamalarıyla) zamanla verimlilik kazanarak, verimli arazilerin oranı yıldan yıla gelişerek dünya denen ekosistemin canlı barındırma kapasitesi artmıştır. Canlılar karbon, hidrojen ve oksijen gibi üç temel bileşen ile azot, fosfor, kükürt, potasyum, kalsiyum, sodyum, magnezyum, mangan ve demir gibi diğer bileşenlerden oluşmaktadır. Bu maddelerin hepsi ekosferden canlılara ve canlılardan tekrar ekosfere olmak üzere, canlılığın var oluşundan beri ekosistemlerde geride hiçbir "atık" bırakmadan devamlı halde devretmektedir. Örneğin; karbonun ekolojik dolaşımını şöyle özetleyebiliriz: Karbon atmosferde karbondioksit gazı olarak, sularda karbondioksit ve bikarbonat olarak, yerkürede kömür, doğal gaz, petrol ve kireç taşı olarak ve canlılıların yapısında çeşitli organik maddeler olarak bulunur. Atmosferdeki karbondioksit bitkiler tarafından alınarak fotosentezle organik maddelere, bu organik maddeler hayvanlar tarafından tüketilerek, oksijenli solunumla tekrar karbondioksid ve suya dönüştürülür. Canlılar ölünce vucutlarındaki organik maddeler mikroorganizmalar tarafından parçalanarak tekrar karbondiokside dönüştürülür. Uzun vadede üretilen oksijen ve karbondioksit dengede olur. Karbon, oksijen, azot, fosfor ve kükürt gibi canlı metabolizmasına katılan tüm maddeler canlılar tarafından matabolizma ile değiştirilir, ekosfere verilir, ekosferden canlılar tarafından tekrar alınarak kullanılır ve böylece bir ekolojik dolaşıma girer, fakat bu maddeler dolaşımın hiçbir aşamasında "atık" olmazlar. İşte geri kazanımın temeli budur. Doğadan aldığımız tüm maddeleri kullandıktan sonra "atık" haline dönüştürmeden, tekrar tekrar kullanmak. Teknolojinin aşırı ilerlediği çağımızda bu düşünce ekonomik olarak mümkün değilse de teknolojik olarak mümkündür. Daha önceden açıkladığımız karbon, azot, fosfor ve kükürt dolaşımları ile diğer tüm maddelerin biyojeokimyasal dolaşımlarının hiçbir kademesinde hiçbir ürün veya madde "atık veya çöp" haline dönüşmez. Geri kazanım olayının temeli budur. İster evsel, isterse endüstriyel atıklar olsun, bunlardan elde edilen ürünler hiçbir zaman sonlanmamalı, yoğunlaştırılarak döngü dışında kalmamalıdır. Yoğunlaştırılarak gelişigüzel alıcı ortama verilen maddeler, çağımızın en önemli problemlerinden biri olan çevre kirliliğini oluşturmakta ve böylece birçok canlı türü ortadan kalkmakta veya ekosistemler tahrip edilmekte, belki de daha önemlisi insan sağlığı tehlikeye atılmaktadır. Günümüzde çeşitli doğal kaynaklar, sanayide kullanılan hammaddeler hızlı bir şekilde tüketilirken; atıklardan yeniden yararlanma ya da yeniden kullanım (recycling) yaklaşımı giderek daha büyük zorunluluk halini almaktadır. Ülkemizde teknoloji ve hammadde miktarına bağlı olarak, kullanılmış kaynaklardan yeniden faydalanma imkanlarından randımansız olarak yararlanılmakla birlikte, birçok gelişmiş ülkede kullanılan ve atık haline gelmiş kaynaklar, yeni bazı proseslerle yeniden kullanılarak atık olmaktan kurtarılıp yeni bir ürün veya hammadde haline getirilmektedir. Dünya Sağlık Örgütünün yaptığı bir çalışmaya göre İstanbul ilinin çöpü içerisindeki potansiyel olarak yeniden kullanıma müsait 300 000 ton maddenin ancak 50 000 tonundan yararlanılabilmektedir. Ülkemizde şehir çöplerinin büyük bir kısmı düzensiz olarak depolanmakta, dolgu maddesi olarak kullanılmakta veya denetimsiz olarak yakılmaktadır. Ekolojik ilkelere uygun olan bir çözüm Almanya'da çok düzenli bir şekilde uygulanmaktadır. Burada çöpün özelliğine göre, çöpler evlerdeyken ayrı ayrı poşetlerde konmaktadır. Metaller bir renk poşete, camlar bir renk poşete, yemek atıkları başka bir renk poşete konmakta ve kağıtlar ayrıca biriktirilmektedir. Bizim kullandığımız bir çöp kutusuna karşılık orada üç ayrı maddenin içinde depolandığı üç ayrı cöp kutusu ile kağıtların konduğu başka bir kısım olmakta ve her tür çöpü başka bir çöp arabası toplayarak, kaynağında ayırma suretiyle ayırdıktan sonra ilgili maddenin işleneceği tesise götürmektedir. Böylece metaller ayrı, camlar ayrı, kağıtlar ayrı işlenirken, yemek atıkları da kompostlanarak organik gübre elde edilmektedir. İşte ekolojik döngü pernsiplerine göre atıklar her şeyden önce bir hammadde kaynağı olarak değerlendirilir. Bu yaklaşımın sanayideki uygulamalarına İsveç ve Finlandiya'daki kraft tipi kağıt fabrikalarında rastlanır. Odun hammaddesinden seluloz, liğnin ve reçineyi ayırmak için kullanılan kimyasal maddeler, bu işlemden sonra yeniden kazanılıp kullanılmaktadır. Odun hammaddesinden ortaya çıkan organik atıklar ise sulara verilerek su kirliliği oluşturmak yerine, sudan arıtılarak alınmak suretiyle yakılarak bu tesisler için gerekli enerji üretilmektedir ve tesisin enirjisinin %60'ı bu yolla sağlanmaktadır. Bu tesislerden çıkan su o kadar temizdir ki fabrikalar su ihtiyacını karşılamak için nehirden yeniden su almak yerine, arıttığı suyu kapalı devre olarak tekrar kullanmaktadır. Böylece ülkemizde olduğu gibi önemli su ve hava kirliliği oluşturan kağıt fabrikaları burada pek az kirlilik oluşturmaktadır. Diğer bir örnek olarak da özellikle termik enerji santrallerini gösterebilirz. Elektrik jeneratörlerini çeviren su buharının tekrar iş yapabilir hale getirmek için yoğunlaştırmak amacıyla kullanılan soğutma suyunun tekrar tekrar kullanılması birçok yerde önem arzetmektedir. Çoğu zaman nehirlerden sağlanan soğutma suyunu termik santralin bir ünitesi saatte 35 000 metreküp tüketmektedir. Eğer su kaynakları kıtsa ve termik santral birden çok üniteden oluşuyorsa (ki çoğu zaman termik santraller üç veya daha çok üniteden oluşur), bu durumda termik santrale su sağlamak mümkün olmamakta veya termik santral civarındaki tarım alanlarını sulamak için nehirden su sağlayan çifçilerle, termik santral arasında anlaşmazlıklar çıkmaktadır. Hem termik santralin aşırı su tüketiminin ve hem de tüketilen bu suyun kirletildiğini dikkate alırsak, bu suyu alıcı ortama verince oluşacak kirliliği önlemek için soğutma suyunun da tekrar kullanılması gerekir. Ülkemizde su kaynaklarının kıt olduğu yerlerde bu kurala uyulmakla birlikte, Gökova termik santralinide bu kural, santralin deniz kenarında bulunması nedeniyle gözardı edilmekte ve bir kere kullanılan deniz suyu ısınınca tekrar kullanıma tabi tutulmadan denize verilmektedir. Geri kazanımın en önemli yönü hammaddeler işlendikten sonra oluşan atıkların alıcı ortama verilerek çevre kirliliği oluşturulması yanında, alıcı ortama verilen ve "atık" olarak kabul ettiğimiz maddelerin aslında başka bir fabrika veya üretim teknolojisi için yeni bir"kaynak" olması ve bunların işlenmesi sonucunda doğal kaynakların daha az harcanacağı konusudur. Böylece hem çevre kirliliği minimuma indirilecek, hem de doğal kaynaklar daha az kullanılmış olacaktır. Ülkemizde şehir çöpünün büyük bir kısmı düzensiz depolanmakta ya dolgu maddesi olarak kullanılmakta ya da düzensiz olarak yakılmaktadır. Bunların hepsi su kaynaklarının kirlenmesine yol açarlar. Oysa kompostlama ile rengi toprağa yakın, gübre değeri çok yüksek, kokusuz ve doğal bir madde elde edilerek ekolojik döngülere zararsız bir gübreleme yapılabilir. Bu yöntem İzmir- Çiğli ve Halkapınarda uygulanmaktadır. Şekil 13'de ekolojik döngü ilkelerinin sanayiye uygulanması şematik olarak görülmektedir. Çevre kirliliğinin denetlenmediği bir kuruluşta (Şekil 13 a) bol miktarda hammadde kullanılmakta; elde edilen sanayi ürününün yanında kullanılan bu hammadde yani doğal kaynakların önemli bir kısmı atıklar şeklinde çevreye verilmektedir. Aslında bu atıklardan yan ürünler elde edilebilir. Bu atıklar iki değişik yöntemle giderilebilir. Şekil 13b'de görüldüğü gibi kimyasal arıtma ile girdiler ve üretim yöntemlerine dokunulmaksızın, artıklar arıtma yoluyla az zararlı hale getirilerek doğaya verilebilir, veya; şekil 13c'de görülen ekolojik yaklaşımlara göre yapılacak çözüm yolu ise çevre mühendisliği açısından çok önemlidir. 
Burada atıkların herşeyden önce aynı zamanda bir hammadde kaynağı olduğu kabul edilir. Bu yaklaşımda atıklardan yan ürünler üretilr; arıtılan su ve bazı maddeler geriye kazanılarak sanayi işlemlerinde yeniden kullanılır. Sonuçta kalan çok az miktardaki atığın arıtma maliyeti azdır ve çevreye zararı ise mimimum derecededir. Bu durumda hem hammadde olarak kullanılan doğal kaynaklar aşırı kullanılarak tahrip edilmez hem de sanayi kuruluşu çok az atık üreterek çevreyi kirletmez. Üstelik elde edilen yan ürünlerin maliyeti ise sadece bu ürünleri üretmek için kurulan tesislerin üretim maliyetinden çok az olur ve sonuç olarak bir taşla belki de beş kuş vurulmuş olur. 4.6. EKOSİSTEMLERİN ZAMAN İÇERİSİNDE DOĞAL DEĞİŞİMLERİ Yeryüzündeki tüm canlı ve cansız varlıkların ortak bir tek özelliği vardır ki o da zaman içerisinde değişmeleri ve yaşlanmalarıdır. Ancak bu değişim ve yaşlanma olayı canlılarda cansız varlıklara oranla çok daha dikkat çekicidir. Yaşlanma canlılar için istenmeyen bir durumdur, zira yaşlanma sonucu tüm canlılar ölüme biraz daha yaklaşırlar. Böylece ekosistemleri oluşturan canlılar doğar, büyür, yaşlanır ve ölürler. Bu doğanın bir kuralıdır. Ancak canlıların oluşturduğu ekosistemlerin sürekliliği bu kurala bağlıdır. Zira bir ekosistemde ölen canlılar, yeni doğacak canlıların madde kaynağıdırlar. Doğanın dengesi deyiminden hiçbir zaman ekosistemlerin değişmeyeceği anlaşılmamalıdır. Ekosistemler statik bir sistem değildir, aksine dinamik sistemlerdir. Tüm organizmalar ve özellikle insan tüm doğal şartları değiştirmektedir. Ekosistemleri oluşturan canlılar toplumu ya toplumların kendileri ya da dış koşullar ile oluşan çevre değişiklerine karşılık verebilmek için devamlı bir mücadele içindedirler. Böylece ekosistemlerin zaman içerisinde değişimi sağlanmaktadır. Bir ekosistem dengesini üç ana mekanizma yardımıyla korur ve devam ettirir.Bunlar; 1) Ekosistemin içerisindeki madde dolaşımlarının kontrolu. 2) Ekosistem içerisindeki enerji akım hızının kontrolü 3) Ekosistemin tür sayısının ve besin zincirlerinin korunması Yine ekosistemlerin dengesinin bozulması da bu üç mekanizmada oluşabilecek aksaklıklar ile meydana gelir. Bir ekosistemin dengesini bozabilecek olaylar aşağıda belirtilen ve bu üç mekanızmada oluşabilecek problemlerle olabilir; 1) Ekosistem içerisindeki madde devirlerinin bozulması a) Devrenin kopması, b) Aşırı yüklenme ve çeşitli etkiler sonucu devir hızının değişmesi c) Devirlere yapay (sentetik) maddelerin sokulması 2) Enerji akımının bozulması a) Atmosferin özelliklerinin değiştirilerek giren ve çıkan güneş enerjisinin miktarını değiştirmek b) Dünya nufusunun artması nedeniyle çok sayıdaki insanın aşırı enerji tüketmesi 3) Ekosistemi oluşturan türlerin ortadan kalkarak besin zincirlerinin azaltılması. Ekosistemlerin değişimi üzerinde birbirinden ayrı karakter taşıyan iki önemli föktör etki eder. Bunların birincisi, doğal koşullar veya doğanın kendisidir ve bizim burada esas inceleme konumuzu oluşturur. İkincisi ise insanlardır. Antropojen etkilerle oluşan bu değişimler ise nispeten konumuz dışı bırakılmıştır. Ekosistemlerin zamanla geçirdikleri düzen değişiklikleri farklı üçü ayrı ekolojik şüreçden kaynaklanır. (1) kısa süreli ve rastlantıya bağlı ekolojik olaylar. (2) Periyodik olarak tekrarlanan ekolojik olaylar. (3) Sürekli ve sistemli olarak meydana gelen olaylar.
Bu tür değişimler, ekosistemlerin yapı ve fonksiyonlarında geçici ve basit olarak nitelenebilen değişimlerdir. Örneğin, bir denizdeki balıkların besin aramaya çıkması esnasında bu canlıların denizde yatay ve dikey yönde hareketi ile ekosistemde geçiçi olarak değişimler olur. Bunun yanında sıcak bir yaz gününde güneş bulutların arkasına girince böceklerin ve diğer canlıların aktivitesi değişir. Bu örneklerden anlaşılacağı gibi bu tür değişimler geçici bir zaman peryodunu kapsayıp, ekosistemin yapı ve fonksiyonunu tamamen değiştirecek nitelikte değildir. 4.6.2. PERİYODİK OLAYLARA BAĞLI SİSTEMLİ DEĞİŞİMLER Dünyanın ve ayın periyodik hareketlerine bağlı olarak yeryüzünde düzenli olarak tekrarlanan birçok olay vardır. Gece ve gündüz, mevsimler , denizlerde oluşan gel-git olayları buna örnek olarak verilebilir. Bu olaylar belirli zaman dilimleri içerisinde düzenli olarak tekrar ettiklerinden ritmik olaylar olarak adlandırılırlar. Bu olayların düzenli olarak tekrar etmesi gibi tüm canlılar da yaşamlarını ve fizyolojik aktivitelerini bu olaylara bağlı olarak ayarlarlar ve bu olaylara göre yaşamlarını şekillendiririler. Gerçekten her kuşun belirli zamanlarda yumurtlayıp, belirli sürelerde yumurta üzerinde kuluçkaya yatıp yavru çıkarması, göçmen kuşların belirli zamanlarda hiç şaşırmadan binlerce kilometre yolu aynen takip etmesi, bazı hayvanların kış uykusuna belirli zamanlarda yatması, bitkilerin tomurcuklanma, çiçek açma, tohum verme, yaprak dökmelerinin zamana göre ayarlanması düzenli olarak tekrarlanan bu ritmik olayların birer delilidir ve burada zaman ayarlaması kusursuz olarak gerçekleşir. İşte tüm canlıların yaşamını bu zaman dilimlerine göre hiç şaşmadan ayarlaması canlılarda bulunan bir "biyolojik saat" veya "fizyolojik saat" ile olmaktadır. Canlılarda bulunan bu yeteneğin bilimsel olarak açıklaması tam anlamıyla henüz yapılamamıştır. Yalnız bazı tezler ortaya atılmıştır. Canlıların zaman ile ilgili yapısını inceleyen Kronobiyoloji bilim dalı gece ve gündüz ile mevsimlerin değişimine bağlı olarak canlılarda görülen ritmik yaşam aktiviteleri üzerinde aşağıda açıklanan sonuçları elde etmiştir. Bu gelişmeler şu sırayla özetlenebilir: Bu konuda ilk ileri sürülen tez ile "göçmen kuşların göç zamanının ve bitkilerin tomurcuk, çiçek vb. açma zamanının geldiğini enzimlerin haber verdiği iddia edilmektedir. Periyodik olaylara bağlı olarak havanın soğuması ve ısınması gibi ekolojik faktörler de bu enzimleri aktif hale geçirerek canlılarda bir tür huzursuzluk ve uyanış yaratarak fizyolojik saatın harekete geçmesıni sağlamaktadır." şeklindeydi. Ancak müteakiben yapılan araştırmalar canlılarda oluşan bu ritmik hareketlerin sadece dış çevre faktörlerinin etkisiyle değil, buna ek olarak canlılarda bir iç takvimin olduğunu ortaya çıkarmıştır. Bu husus şöyle açıklanmıştır. Gündüz uzunluğuna göre karakteristik hareket eden hayvanların gözü bağlanarak aydınlıkla ilişkisi kesilmiş fakat yine düzenli hareketlerini yapmıştır. Bazı hayvanlar laboratuvarda yapay ışık ve sabit iklim koşullarında yıllarca tutulmuş, yani gece ve gündüz ile iklim değişimleri önlenmiştir. Ancak tıpkı doğal koşullarda olduğu gibi günlük saatlerde uyanmış, göç zamanında huzursuz olmuşlardır. Bilim adamları bu verilere dayanarak şu sonuçları çıkarmıştır: Canlılar kendi biyolojilerine bağlı olarak ömür boyu planmış bir içsel takvime sahiptir. Bunu da beyin ve beyindeki epifiz bezinin salgıları yapmaktadır. Çünkü bazı kuşlarda beyindeki epifiz bezinin çıkarılması ile ritmik hareketlerin durduğu, bu kuşa başka bir kuşun epifiz bezinin nakli ile de epifiz bezi nakledilen kuşun rutmik hareketlerinin olduğu belirlenmiştir. Böylece bu kuşlarda bu hareketleri epifiz bezinin salgıladığ melatonin hormonunun yaptığı sonucuna varılmıştır. Ancak bu tez tüm kuşlar ve tüm canlılar için geçerli olamamıştır. Bazı kuşların epifiz bezinin çıkarılması ile yine kendine özgü hareketleri yaptığı bulunmuştur ve sonuç olarak; canlıların yalnızca epifiz bezinin salgılarına bağlı olarak bir içsel saate sahip olmadığı, bunun yanında alt içsel saat üniteleri olabileceği sonucu çıkarılmıştır. Bu konuda yapılan araştırmalar devam etmektedir. Yukarıda açıklanmaya çalışılan canlıların periyodik olarak tekrarlanan olaylara bağlı düzenli değişimi günlük ve mevsimlik olaylara bağlı değişimler olarak iki gruba ayrılabilir. Canlıların gündüzün uzunluğuna (ışıklanma süresine) bağlı olarak gösterdikleri reaksiyonlara veya fizyolojik aktivitelere "fotoperiyodizm", sıcaklık değişimlerine bağlı olarak gösterdikleri reaksiyon değişimlerine de "termoperiyodizm" denir. Bazı bitkiler gündüzlerin gecelere oranla daha uzun olduğu yerlerde çiçek açabilir ve tohum verebilirler. Bunlara uzun gün bitkileri denir. Bazı bitkiler de gecelerin daha uzun olduğu yerlerde çiçek açabilir ki bunlara da kısa gün bitkileri denir. Bazı bitkiler ise gündüz uzunluğuna duyarsızdırlar. Yine hayvanlar da gündüzün uzunluğu ve ışık şiddetine göre kış uykusundan uyanma, çiftleşme, yumurtadan çıkma gibi fizyolojik aktivite gösterirler. Canlı toplumlarının yaşam aktivitelerini gösteren en belirgin özelliklerden biri de mevsimlere göre kendilerini uydurarak, mevsimlik değişimlere bağlı beslenme, barınma, üreme, göç, hareket etme ve diğer fizyolojik etkinlikleri düzenli olarak tekrarlamalarıdır. Bitki, hayvan ve mikroorganizma topluluklarının ekosistemlerdeki uyumu bakımından mevsimlere göre 6 değişik düzenden bahsedilmektedir. Bunlara "aspekt" denir. Canlıların aspektlere karşı sağladığı bu uyumlar olumsuz çevre koşullarına karşı aldıkları fizyolojik tedbirlerden kaynaklanmaktadır. Örneğin, bitkilerin sonbaharda yaprak dökmeleri, çevre koşullarının olumsuz olduğu kış ayalarında su noksanlığı, soğuk, kar kırması, ısı kaybı ve bunlar gibi birçok olumsuz çevre koşuluna karşı kendini savunmak için alınmış fizyolojik bir tedbirdir. Yine hayvanlar da kış uykusuna yatma, deri ve tüy değiştirme, boynuz atımı gibi fizyolojik etkinlikler ile kendilerini iklim koşullarına uydururlar. İlkbaharda ise canlılar aktif hale geçerler.
EKOLOJİK SÜKSESYON (GELİŞME AŞAMALARI, GELİŞME SİLSİLESİ) Yeryüzünü oluşturan bitki ve hayvan toplulukları yaratılışından beri yaşadıkları çevrenin toprak, sıcaklık ve yağış gibi fiziksel faktörleri ile çevreye en iyi uyumu sağlayabilmek için sürekli etkileşim içindedir. Bu etkileşimin sonucu olarak bu iki varlık devamlı bir değişim ve dinamizm arzederler. Bu gelişim süreci insan etkisi dışında, doğa kanunlarına göre cerayan eder ve ekosistemlerin kararsız dengeden kararlı denge konumuna geçmesini sağlanır. Jeolojik devirlerden beri doğal kurallar içerisinde ekosistemlerin verim gücünü artırıcı yönde sürdükleri ve günümüzde son aşamasını gördüğümüz gelişme süreçlerine ekolojik süksesyon (ekelojik gelişme aşamaları) denir. Bu etkileşim sonucu canlılar ve çevresi devamlı bir değişim ve dinamizm arzederler. Herhangi bir ekosistemde bir koşulun değişmesi diğer koşulların değişme sürecini başlatabilir. Ancak ekolojik süksesyonda canlıların değişim süreci en önemli unsur kabul edilir. Ekolojik süksesyonun dilimizdeki karşıtı ekolojik gelişme aşamaları ve ekolojik silsile olarak verilebilir. Ekolojik süksesyonda başlanğıçta ekosistemde mikroorganizmalar vardır ve toprak verimli olmadığından toprağı düzeltici rolleri ile mavi-yeşil alglerin (Cyanophyta) bulunması ilk aşamadır. Toprağa havanın serbest azotunu bağlayarak bitkilerin kullanabileceği forma sokan mavi yeşil algleri takiben diğer mikroorganizmaların toprağı az-cok işlemesi ile ortama otlar gelir. Otların ve mikroorganizmaların fiziksel koşulların da yardımıyla geçen zaman içinde toprağı verimli hale getirmesiyle de ortama çalılar gelecektir. Bu aşamaya kadar ortama hayvanlar aleminden otların altında kendini saklayabilen ve otlarla beslenen böcekler gelecektir. Binlerce hatta milyonlanca yıl içerisinde ortamın koşulları düzelince otları takiben çalılar, ağaççıklar ve çalı ve ağaççıkların altında barınabilen tavşan-tilki ebatlarındaki hayvanlar ortamı işgal edecektir. Ve son olarak ortama ağaçlar gelecek ve ağaçlarla beraber de diğer büyük hayvanlar ortamı işgal edecektir. Ekolojik süksesyonun son aşaması olarak iğne yapraklı ağaçla ve büyük hayvanlar kabul edilir ve bu durumda ekosistemimizde mikroorganizmasından, otuna, ağaççığına va ağacına kadar binlerce ve hatta onbinlerce canlı türü birarada yaşar. Gelişme aşamalarına bağlı olarak ekosistemimize birbirine paralel olarak şu ebatlardaki canlıların gelmesi beklenir. Bitkiler: Bakteriler- yosunlar- tek yıllık otsu bitkiler- cok yıllık otsu bitkiler- çalılar- ağaççıklar -ağaçlar. Hayvanlar: Protozoalar- küçük böcekler- büyük böcekler- fareler- tavşanlar- tilki ve kurtlar- kaplan ve aslanlar- ayı ve domuzlar. Ekolojik süksesyonun son aşamasını oluşturan ağaçların ortamı kaplaması ve klimaksın (verimin doruk noktası) oluşması ile diğer küçük türler ortamdan kaybolmazlar. Yaşam birliğinin temel ilkesi diye adlandırdığımız kural gereğince ortamda tür çeşitliliği artar ve verim maksimuma ulaşır. Ancak başlangıçtan itibaren bazı türler de ortamdan kaybolur (kaybolabilir). Brüt üretim ile toplam solunum arasındaki ilişki ekosistemlerin toplam fonksiyonunun ve ekolojik süksesyonun anlaşılması için önemlidir. Bir ekosistemde yıllık organik madde üretimi, toplam tüketime eşitse (Ü/S=1) burada ekolojik bakımdan bir denge vardır. Buna klimaks durum denir. Eğer yıllık organik madde üretimi toplam tüketimden az ise ( Ü/S <1) ekosistemden organik madde eksilmektedir veya yıllık organik madde üretimi toplam tüketimden fazla ise (Ü/S >1) ekosisteme organik madde depolanmaktadır. Buna göre ekosistemdeki biyomas miktarı artar veya eksilir. Bir ekosistemlerde üretim ile tüketim arasında bir dengesizlik olması halinde ekosistemdeki canlı toplumda bir değişiklik süreci başlar, buna ekolojik süksesyon denir. Ekolojik süksesyon şu üç karakteristik ile tanımlanabilir. 1) Ekolojik süksesyon, canlılar toplumunun doğal kurallara göre cereyan eden değişim sürecidir. 2) Bu süreç, ekosistemdeki canlıların oluşturabileceği bir değişimden kaynaklanabileceği gibi abiyotik faktörlerin değişimi sonucu da başlayabilir. 3) ekolojik süksesyon süreci, o ekosistemde biyolojik olarak oluşan dengeli bir durum ile son bulur. Bu dengeli duruma klimaks denir. Klimaksın tanımı şu şekilde yapılabilir: " ekosistemlerin uzun zaman sürecinde geçirdikleri ekolojik süksesyonla (gelişme silsilesi) ulaştıkları; madde dolaşımı, enerji akımı ve ekosistem dengesi bakımından kararlı, toplam ürünün maksimum ve Ü/S oranını 1'e eşit olduğu, olgun ve dengeli hallerini belirten dinamik şüreçlerdir". Ekolojik süksesyon canlı toplumlarının kontrolü altındadır. Her canlı grubu fiziksel çevreyi ve mikroklimayı değiştirir ve diğer organizma grupları için elverişli ortam yaratır. Yeryüzü, biyolojik süreçler ile yeterli derecede değiştirilmiş ise artık değişim durur ve bu değişim sonucunda meydana getirilen yeni faktörler etkin olmaya başlar. Onun içindir ki ekolojik süksesyonun başlangıcında anataşın ve makroiklimin etkisi egemen olduğu halde, sürecin son evrelerinde mikroiklim ve toprak özellikleri ile canlılar toplumunun etkinliği egemen olur. Ekolojik süksesyonda öncü sistemlerden olgun ekosistemlerin (klimaks) meydana gelmesine kadar geçecek süre, coğrafi konum, genel iklim, anakaya ve buna benzer diğer fiziksel çevre faktörlerine göre cok değişir. Sahillerdeki kum yığınları ve yanardağların fışkırttığı lavlar üzerinde klimaks oluşumu yaklaşık 1000 yılı alırken, terkedilen alanlarda sıcak-ılıman bölgede bir orman ekosistemi 200-300 yıl, bir mera ekosistemi ise 40-50 yılda klimaksa ulaşabilir. Sükseşyon kendini oluşturan koşulların karakteristiğine göre özel isimler alır ve çeşitli süksesyon tiplerinden bahsedilir. Ancak burada iki tipi tanımlanacaktır. a) Primek sükseseyon: Tüm canlılardan soyutlanmış (steril) bir alanda başlayan gelişme silsilesi ile oluşan süksesyona denir. Bu alan, çıplak bir kaya, yeni teşekkül etmiş bir kum yığını veya yeni katılaşmış bir yanardağ lavı olabilir. Burada ilk anda çok elverişşiz yetişme koşulları mevcuttur. Buraya gelebilecek canlı grupları yerden yere değişmekle birlikte sırayla şöyle olabilir: kaya, liken - yosun - eğrelti otu ve tek yıllık diğer yabani otlar - çok yıllık otlar ve çalılar - çam ormanı - çam ve karaağaç klimaksı. b) Sekunder süksesyon: Daha önce çok iyi gelişmiş canlı topluluklarının mevcut olduğu yerlerde veya terkedilmiş ya da derin sürülmüş tarlalar, kökünden kesilmiş ormanlar gibi besleyici maddelerce zengin yerlerde gelişen canlılar ikincil (sekunder) süksesyonu oluştururlar. Sekunder süksesyonda gelişme hızı primer süksesyona oranla çok daha fazladır ve daha az zaman alır. Bu tip okesistemlerde klimaksa ulaşma 10-20 yıldan 200 yıla kadar olabilir. Ekolojik süksesyonun aşamaları ve klimaksın tespit edilmesinde polen analizleri ve ekolojik indikatör özelliği gösteren bitki türlerinden yararlanılar. 4.6.3.1. EKOLOJİK SÜKSESYONUN ÖNEMİ VE EKOSİSTEMLERDE MEYDANA GETİRDİĞİ DEĞİŞİKLİKLER Ekolojik süksesyon bügünkü ekosistemlerin yapısını anlama, ekosistemlerden dengeli bir şekilde yararlanma ve ekosistemlerin verim gücüne göre maksimum yararlanmayı sağlayabilme açısından çok değerli bilgiler verir. Böylece doğal kaynaklardan, ekosistemlerin dengesini bozmadan çok yönlü yararlanma ile insanlığın rafah seviyesi yükseltilebilir. Süksesyon ile ekosistemlerde meydane gelen değişimler tablo 3'de özet olarak gösterilmiştir. Bu değişimler kısaca şöyle sıralanabilir. 1) Süksesyonla ekosistemlerin gelişimi sağlanmış olur. 2) Ekosistemlerin enerji akımı ve madde dolaşımında değişiklik olur. 3) Ekosistemdeki canlıların tür bileşimi ve sayısı değişir. 4) Süksesyon sürecinde en yüksek net üretime erişildikten sonra uzun bir süre daha tür sayısı, biyomas miktarı ve ürün-solunum oranı değişmeye devam eder. 5) Bir ekosistemin net üretiminde meydana gelen azalma ve buna bağlı olarak solunumdaki artış ekolojik süksesyonun en önemli iki belirtisidir. 6) Süksesyona başka ekosistemlerdeki canlılar da katılabilir. 7) Sükseşyon ile ekosistemlerin denge durumuna kavuşması sağlanır. Bu denge de uzun ömürlü türlerin ekosisteme hakim olması ile gerçekleşir. 8) Doğal süksesyonun , topluma ait türler üzerine baskısı, ekolojik gelişimi denge durumuna yaklaşması oranında artar. 9)Süksesyon ekosistemin klimaksa ulaşması ile son aşamasına ulaşır. Böylece; 10) Biyomas miktarı artarak maksimuma ulaşır. 11) Net ürün depolaması olmaz, üretilen tüm ürün solunumla tüketilir. 12) Klimaksa ulaştıktan sonra da tür sayısı değişebilir. Bugün çevreyi kirletme ve doğayı koruma konusunda bilim adamlarının verdiği mücadelenin altında milyonlarca yıl içerisinde oluşan ekolojik süksesyonla gelişmiş bulunan okosistemlerin ve geliştirilmiş olan genetik iyileşmelerin (uyumların) yok edilmemesi ve insanoğlunun geleceğinin daha iyiye götürülmesi gerçeği yatar. Günümüzde milyonlarca yıl içerisinde genetik olarak çeşitli ortamları uyum sağlamış yüzlerce canlı türü, çevre kirliliğinin tehtidi yok olmuş ve yenileri de sıradadır. Yok olan bu canlı türleri ekolojik süksesyonu bazı yaşam alanlarında binlerce hatta milyonlarca geriye götürmektedir. Bu nedenle günümüzde kurulacak sanayi tesislerinde kuruluş aşamasında bu kuruluş için çevresel etki değerlendirmesi denen bir dirim değerlendirmesi isitenmekte ve çevreye vereceği zararların önceden belirlenmesi amaçlanmaktadır. Böylece sanayi kuruluşunun getireceği ve götüreceği değerlendirilmektedir.
Yüklə 0,78 Mb. Dostları ilə paylaş:
|
