Karbon döngüsü

Karbon döngüsü, ekosistemdeki canlıların yapısını oluşturan en önemli elementlerden biri karbondur. Karbon, canlılardaki bütün organik bileşiklerin yapısında bulunur.^[1]

Yeryüzündeki önemli depoları ise;

• Atmosferde CO₂
• Sularda CO₂ ve HCO₃-
• Karada genellikle kömür, petrol ve kireçtaşının yapısındadır.

Havadaki CO₂ bitkiler tarafından fotosentezde kullanılarak O₂ ve organik bileşiklere dönüşür. Organik besinin yapısına katılan CO₂ yapısındaki karbon bütün canlılar tarafından enerji ve yapı hammaddesi olarak kullanılır. Solunum olayında tekrar CO₂ olarak atmosfere döner. Karbonun bir kısmı ise mineral olarak yer katmanında birikir ya da ölü bitki ve hayvanların organik atıkları halinde toprağa geçer. Burada saprofit canlılar tarafından ayrıştırılır veya kömür, petrol gibi fosil yakıtların kullanımı ile tekrar atmosfere geçer. Ancak fosil yakıtların aşırı kullanımı atmosferde aşırı CO₂ sera etkisi meydana getireceğinden dünyada iklimin değişmesi, sıcaklığın birkaç derece artışı ve bunun sonucunda kutuplardaki buzulların erime tehlikesini doğurmaktadır.

Bu döngüde karbon, değişik sürelerle üç depolama havuzundan geçer. En kısa depolama ömrü biyolojik kısımdadır. Bitkiler, atmosfer ve okyanus sularının her biri hemen hemen eşit miktarda (takriben 500 ila 700 milyar ton arası) karbon ihtiva eder. Hayvanlar ve insanlar ise çok daha az (1 ila 2 milyar ton) karbona ev sahipliği yapar. Günler, yıllar hatta asırlar boyunca organizmaların büyüme, ölme ve çürümesi neticesinde karbon bu havuzlar arasında gider gelir. Değişik zamanlarda bu havuzlar net karbon transferine göre alıcı veya verici durumunda olabilir. Ancak bütün hadiseye baktığımızda karbon devrinin dinamik dengede olduğu söylenebilir.

Karbonun çok daha uzun süre depolandığı, karbon devri-daiminin jeokimyevi kısmı iki önemli havuzdan meydana gelir:

Derin okyanus suları (tahmini 36.000 milyar ton) ve kayalar (özellikle kireçtaşı, tahmini 75x10 milyon ton). Bu havuzlardan karbon devri-daiminin diğer kısımlarına çok yavaş bir şekilde karbon salınır. Biyolojik devre karbon tahliyesi, derin okyanus akıntıları, volkanik faaliyetler, kayaların erozyonu ve petrol, kömür, tabii gaz gibi fosil yakıtların kullanılması vasıtası ile, genellikle atmosfer kanalıyla yapılır.

Bu devir sırasında biyolojik ve jeokimyevi karbon arasında geçiş noktası topraktaki karbondur. Dünya yüzünde toprakta 1500 milyor ton kadar karbon bulunur. Toprak karbonu oldukça kararlıdır ve diğer havuzlarla kolay değişime girmez.

Global karbon devri bitkilerle yürütülür. Bu yolla yakalanan karbon, bitkilerin büyümesini sağlarken hayvanların bu bitkileri yemesiyle gıda zincirine katılır. Fotosentezle kara, okyanus ve akarsulardakinden iki kat fazla karbondioksit alınır. Kara bitkileri çoğunluğu ağaçlarda olmak üzere, su bitkilerinden 250 kat daha fazla karbon ihtiva eder.

1990'larda denizlerdeki çözünmüş halde inorganik karbon konsantrasyonları Karada karbondioksit bitki ve hayvanlar tarafından tutulurken, okyanuslarda bu vazifenin çok az bir kısmı canlı organizmalara verilmiştir. Bazılarının karbondioksit ve bikarbonatı çözmelerinin yanında bu karbonun birçoğu da bu yaratıklardan arta kalan birikintilerde bulunur. Plankton (bitki ve hayvan), mercan ve diğer canlılar, kalsit mineraller, kalsiyum karbonattan meydana gelen kabuk ve iskeletlere sahiptir. Hayat vazifesinden terhis neticesinde bu kabuk ve iskeletler, birer karbon kaynağı olarak deniz diplerinde tebeşir veya kireçtaşı halinde birikir. Böylece milyonlarca yıldır denizden karbon çekilmektedir.

Diğer kayalar da hususen fosil yakıtların kaynağı olanlar, karbonu saklar. Bu karbon da canlı organizma menşelidir. Bitkiler kömür için karbon kaynağı olurken, petrol ve doğalgaz çoğunlukla deniz canlılarından meydana gelir. Kayaların iklim şartlan ve topraktaki organik asitler vasıtasıyla parçalanması sonucu karbonatlardan ve volkan faaliyetlerinden atmosfere karbon bırakılır.

Buraya kadarki kısım sistemin tabii işleyişidir. Oysa sanayi devriminden bu yana, insanoğlu atmosfere sürekli karbon ekleyerek bu muazzam dengenin bozulmasına iki yolla sebep olmaktadır:

Birincisi, fosil yakıtların yakılması; ikincisi de toprakların kullanılmasındaki değişiklik, yani ormanların yokedilmesi. Gelişmiş ve gelişmekte olan memleketlerin enerji ihtiyacındaki artış bunun en büyük nedeni olmuştur.

Fosil yakıtların kullanılmasıyla milyonlarca yıldır kayaların içinde saklı bulunan karbonun havaya karışması hızlandırılmaktadır. Ormanların yakılmasıyla ise CO₂ tabii seyrinden daha hızlı bir şekilde atmosfere karışmaktadır.

Günümüzde bilim insanları ve siyasiler atmosferde fazlaca bulunan CO₂'nin sebep olduğu "sera tesiri" adı verilen hadiseyle yakından ilgilenmekteler. Çünkü sera tesiri ile dünyanın ikliminin büyük ölçüde değişeceğinden endişe edilmektedir.

Karbon devri-daiminde fonksiyon icra eden tek gaz CO₂ değildir. Atmosferde çok az bulunmasına rağmen CO₂'den daha hızlı artan her bir metan molekülü (CH₄) 30 CO₂ molekülünün yaptığı sera etkisine sebep olmaktadır. Metanın kaynağını ziraat (pirinç), boru hatlarındaki sızıntılar, maden ocakları, plastikler ve bakteriler teşkil eder.

Kömür, petrol ve gaz tüketimi hakkında tutulan kayıtlar, yılda 5 milyar ton karbonun dumanla birlikte atmosfere salındığını göstermektedir. Fakat bitki ve okyanusların atmosferden aldığı karbon, bu artış hızını yarıya indirir. Dünyadaki ekosistemlerin karbon devrine yaptığı tesirleri de bilmemiz gerekir. Bilim insanları tarla açmak için yakılan ormanlarda kaybolan karbonun sırrını henüz çözememişlerdir. Yakılan bir bitkinin içindeki karbon oksitlenerek karbondioksit şeklinde atmosfere karışır. Bu durum topraktaki organik maddelerde bulunan karbonlar için de geçerlidir. Yanmış arazilerde tekrar bitki yetiştirilirse mekanizma tersine işler. Yani havadaki karbondioksit alınır ve havaya oksijen verilir. Karbon ise toprakta kalır.4 Bitki örtüsünün yakılması karbon devrine menfi yönde tesir eder. Hasattan sonra anızların yakılması, atmosferdeki karbondioksit miktarını arttırdığı gibi, toprakta organik madde birikimini engellemekte ve yararlı mikroorganizmaların ölmesine sebep olmaktadır. Birçok gelişmiş ülkede yakıt olarak odun ve zirai atıklar kullanılmaktadır. Ormanlar ve çayırlar, tarım alanı açmak için yakılmaktadır. Her 1 kilowatt-saat elektrik (termik santrallerde) 1 kg, her litre benzin 2,5 kg karbondioksit ortaya çıkarmaktadır. Şayet biz yeryüzündeki bitki örtülerini mevcut hızla yakmaya devam edersek 2100 yılına kadar atmosferdeki karbondioksit oranı şimdikinin üç katı olacaktır.

Yaklaşık olarak 340 milyon yıl önce, bugünkü İngiltere adalarını içine alan bölgelerin yavaş yavaş suyla kaplandığı büyük bir deniz basması başladı. Bu olay Devonyenden Karbon devrine (Karbonifer) geçişi vurgular. Aşağı yukarı 100 milyon yıl süren Karbon devri boyunca kıtalar, hiçbir zaman çağımızdaki kadar çok bitkiyle kaplanmadılar.

Silüryen devrinde, bazı bitki türleri su yaşamından kara yaşamına geçmeye başladılar. Daha sonraki Devonyen devrinde ise korular ortaya çıktı. Karbon devrinde korular gerçek ormanlar haline geldi. Bitkilerin, Karbon devrinde zamanla kömüre dönüşen son derece büyük miktarlarda karbon kalıntıları bırakacak kadar çoğalmalarının nedenini açıklamak olanaksızdır. Kuşkusuz, yeryüzü kabuğundaki tüm kömürler Karbon devrinde oluşmamıştır; ama büyük bir bölümü, o devirden kalmadır. Bu yüzden, bilim insanları, Karbon devrinde atmosferin, bitki metabolizması için gerekli bir madde olan karbondioksit açısından zengin olduğunu düşünmektedirler; bununla birlikte, bitki dünyasındaki söz konusu dev patlamanın nedeninin bu olduğunu kanıtlamak olanaksızdır.

Karbon devri çok uzun bir süreyi kapsadığı için, bu devirde deniz düzeyindeki değişikliklerin tarihi oldukça karmaşıktır. Dünyanın sonradan yeniden yükselecek birçok bölgesi tümüyle su altındaydı; bazı bölgeleri birçok kez su basmıştı. Ayrıca, karmaşık dağoluş değişiklikleri de bu devirde oldu ve bu değişikliklere, magma ve yanardağ hareketleri eşlik etti.

İklimin bugünkünden farklı olduğu gerçeği şaşırtıcı değildir; ama, Gondwana kıtasında (sonradan güney Afrika, güney Asya, Güney Amerika ve Avustralya diye adlandırılan bölgeler) geniş alanlara yayılan buzullaşmanın başlaması, ilgi çekici bir durumdur. Öte yandan, Spitsbergen adaları gibi günümüzde buzul ikliminin görüldüğü bölgelerde, iklim ılımandı. İklimin ılımanlığı, kömür oluşumunu kolaylaştırıyordu. Karbon devri, adını bu devirde oluşan bol kömür tortullarından alır. Kömür, tortullar halinde Karbon devrinden önce de, sonra da vardı; hattâ günümüzde bile oluşmaktadır, ama görünüşe bakılırsa, Karbon devrine özelliğini veren hızlı oluşum, bir daha hiç tekrarlanmamıştır. Kömür tortulları Karbon devrinde oluşmuş tüm kayalarda bulunmazsa da, bazı özel bölgelerde (Çin gibi). Karbon devri kayalarının tümünde kömür tortullarına rastlanır. Bununla birlikte, Kuzey Amerika’nın batısında yer alan dağlık bölgedeki yaygın Karbon devri yapıları, kömür kapsamaz. Karbon devri yapılarından elde edilen kömür ne çok eski, ne de çok yeni olduğu için, bulunabilecek en iyi kömürdür. Yeni kömürün guncelhbr.com ısıtma gücü düşüktür; bunun yanı sıra, eski kömür yarı yarıya hiç de yanıcı olmayan grafite dönüşmüş olabilir.

Balıkların denizlerde çoğaldığı Devonyen devrinde, ikiyaşayışlılar ortaya çıktılar. Tamamlanmamış bir başkalaşma olayı yaşayan ilk böceklerin ortaya çıkışı, Karbon devrinin başlangıcıyla çakışır. Çeşitli bitki yapılarının yaşamlarını sürdürdüğü yeryüzünün değişik köşelerinde, ormanlar oluşuyordu. Karbon devrinin ortalarına doğru, yaşam çizgileri bugüne varan kozalaklılar ortaya çıktı.

İlk ormanların hemen tümü, bataklık bölgelerde gelişti. Bu yüzden, Karbon devri bitkilerinin gelişiminde su, çok önemli bir öğe olma özelliğini koruyordu. Ayrıca su, bu dönemi simgeleyen kömür oluşumunda belirleyici bir etken sayılabilir.

Yeşil bitkilerin, güneşten gelen ışık ve doğadan absorbe ettikleri karbondioksit ve su molekülleri ile organik maddeleri sentezlediğini biliyoruz.Bitki ve hayvanların sentezlediği organik maddeler arasında ise karbonhidratlar önemli yer tutar.Karbonhidratlar ve türevleri, saprofit bakteriler tarafından absorbe edilerek solunumda kullanılır ve solunum son ürünü olarak atmosfere serbest karbondioksiti bırakırlar. Karbonhidrat içeren bitkiler aynı zamanda hayvanlar tarafından besin olarak tüketilirler.

Gerek hayvanların gerekse mikroorganizmaların ölümleri sonucunda, toprakta ayrışmaya başlayan vücut yapıları, metan bakterileri tarafından ayrıştırılarak CO2 ‘ ye dönüştürülür ve atmosfere serbest olarak bırakılır. Şemada görüldüğü gibi CO₂, ışık ve su varlığında tekrar bitkiler tarafından fotosentez reaksiyonlarında kullanılır.

Bunun dışında bitki ve hayvan ölüleri, toprağın çok derinlerinde, yüksek basıç ve sıcaklık etkisi altında petrol ve kömür gibi yapılara dönüşebilirler.Petrol ve kömür, insanlar tarafından enerji ihtiyaçları için kullanılırken yine açığa karbondioksit (CO₂) ve karbonmonoksit (CO) gazları çıkar.

Karbon elementi, doğadaki döngüsünü bu şekilde tamamlamış olur.

Kaynaklar

1. "Karbon Döngüsü". TEMA. 3 Ocak 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. http://web.archive.org/web/20160103154635/http://toprak.tema.org.tr/web_20002_1/entitialfocus.aspx?primary_id=9086&type=1634&target=categorial1&detail=single&sp_table=&sp_primary=&sp_table_extra=&openfrom=sortial. Erişim tarihi: 22 Nisan 2014.