Besin Zincirinde Enerji Akışı

Konular:1 2 3 4 5 6
Videolar:1 2 3 4 5 6 7 8 9
Sunumlar:1 2 3 4
Etkinlikler:1 2 3  4 5

Madde Döngüleri

Konular:1 2 3 4 5 6 7 8 9
Videolar:1 2 3 4
Sunumlar:1 2 3 4  
Etkinlikler:1 2 3 4 5 6

Enerji Kaynakları ve Geri Dönüşüm

    
 Konular:1 2 3 4 5  6 7 8
 Videolar 1 2
 Sunumlar:1 2 3
 Animasyonlar:1 2 3 4

CANLILAR VE ENERJİ İLİŞKİLERİ

 

 1) Besin Zincirinde Enerji Akışı

2) Madde Döngüleri

 

3) Enerji Kaynakları ve Geri Dönüşüm

1) BESİN ZİNCİRİNDE ENERJİ AKIŞI

FOTOSENTEZ: 

 

Bitkilerin yeşil renkli kısımlarındaki hücrelerde kloroplastlar bulunur. Kloroplast bitki hücresinde besin üretiminden sorumlu organeldir. Klorofil ise kloroplastlar içerisinde yer alan yeşil renkli fotosentez olayında önemli rol oynayan bir moleküldür. Bu organellerde topraktaki su ile havadaki karbondioksit kullanılarak basit şeker (glikoz) ve oksijenin oluşması sağlanır. Bu olay fotosentez olarak adlandırılır.

Fotosentez olayı sadece bitkilerde görülmez. Algler ve fotosentez yapan bakterilerde (siyonobakteriler) kendi besinini kendileri üretebilen canlılardır. Üreticiler, fotosentez yaparak yeryüzündeki diğer tüm canlıların besin ve enerji ihtiyaçlarını karşılar.

Güneş panellerinde güneş enerjisinin elektrik enerjisine dönüşmesi gibi bitkiler de fotosentez sırasında güneş ışığı yaprağın üzerine düşerek yaprak hücrelerindeki kloroplastlarda bulunan klorofillere ulaşır. Klorofiller bu ışığın enerjisini, yaşam etkinliklerini gerçekleştirmek için kullanabileceği kimyasal enerjiye çevirir. Bu kimyasal enerjiyi üreticiler glikoz elde etmekte kullanır.

Bitkilerin fotosentez olayını gerçekleştirip gerçekleştirmediklerini anlamanın bir yolu yapraklara iyot çözeltisi damlatmaktır. Çünkü iyot nişastanın ayıracıdır ve nişastanın bulunduğu bölgeyi mavi mor renge boyar. Fotosentez sonucu oluşan glikoz molekülleri birleştirilerek nişastaya dönüşür ve bitkinin yapısında depolanır. Bu nedenle bitkilerde ışık alan yapraklara iyot çözeltisi damlatılınca yaprakta mavi mor renk oluşur.

Işık, fotosentez olayının vazgeçilmez unsurlarından biridir. Üreticiler, bunun için sadece güneş ışığını kullanmazlar. Işık şiddetinin yeterli olduğu yapay ışık kaynakları da fotosentezin gerçekleşmesini sağlayabilir. Işık şiddeti arttıkça fotosentez hızı da artmaktadır. Fotosentez en az yeşil ışıkta gerçekleşir. Çünkü bitkiler yeşil ışığın çoğunu yansıtır.

FOTOSENTEZİN CANLILAR İÇİN ÖNEMİ:

 

Fotosentez besin zincirinin ilk kaynağını oluşturur. Fotosentez yapan canlıların ürettiği besinler yeryüzündeki tüm diğer canlıların beslenmesi için kullanılır. Örneğin; buğday, pirinç, mısır gibi hububat grubundaki kültür bitkileri, yaptıkları fotosentezle yeryüzündeki tüm insanların yıllık besin tüketiminin yaklaşık %60’ını karşılar. Fotosentez besin ihtiyacının karşılanmasının yanı sıra, hayatımızı her yönüyle etkileyen birçok ürünün de üretimini sağlamaktadır.

Tekstilde kullanılan pamuk; inşaatlarda, mobilyacılıkta, kağıt üretiminde kullanılan kereste, sıvı yağlar, ilaç ham maddeleri ve baharatlar fotosentezin bize kazandırdığı ürünlerden birkaçıdır. Ayrıca günümüzde enerji üretmek için kullanılan doğal gaz, petrol ve kömür gibi fosil yakıtların kaynağı geçmişte fotosentez yapan canlılar tarafından tutulan güneş enerjisidir. Fosil yakıtlar yandığı zaman karbondioksit oluşmaktadır. Eğer bu karbondioksitin tamamı atmosferde kalsaydı, sıcaklık yükselir ve canlıların yaşamı tehlikeye girerdi. Özellikle fosil yakıtların tüketimi, atmosferi her yönüyle olumsuz etkilemektedir. Fotosentez olayında karbondioksitin kullanılması ise bu olumsuz etkinin azalmasını sağlar. Ormanları oluşturan bitkiler de fotosentez yapar. Bu süreç sonunda atmosferden karbondioksit alıp oksijen verir. Böylece ormanlar fotosentez sonucu solunum için gerekli olan oksijeni de oluşturur.

2) MADDE DÖNGÜLERİ

SOLUNUM:

 

Canlılar yaşamlarını sürdürebilmek için enerjiye ihtiyaç duyarlar. Enerji ancak besin maddelerinden elde edilir. Canlıların, besin maddelerinden oksijen kullanarak veya oksijen kullanmadan enerji elde etmesine solunum denir. Solunum, hücre içinde glikozun parçalanması ve bunun sonucunda karbondioksit ve su ile birlikte enerjinin açığa çıkması olayıdır. Bazı canlılar bu tepkimede oksijen kullanır. Oksijenli solunum mitokondrilerde gerçekleşir. Buna göre oksijenli solunumun denklemini aşağıdaki gibi ifade edebiliriz.

Yaşamsal faaliyetlerimiz için gerekli olan enerji solunumda açığa çıkar. Açığa çıkan bu enerji ATP (adenozin trifosfat) molekülünde saklanır. Bir ATP molekülünde üç tane fosfat grubu vardır. Bu fosfat gruplarının arasındaki bağların kırılmasıyla enerji açığa çıkar. Bu enerjiyi de beslenirken, konuşurken, hareket ederken vb. kullanırız. Bitkiler ise büyüme, besin maddelerini farklı organlara gönderme, ışığa yönelme gibi faaliyetlerinde enerji kullanırlar.

Bazı canlılar yaşamlarını sürdürebilmek için gerekli enerjiyi oksijen kullanmadan sağlayabilir. Birçok bakteri, maya mantarları, bazı bir hücreli canlılar oksijensiz solunum yapar. Hayvan hücreleri de gerekli olduğu zaman bir süre oksijensiz solunum yapabilir.

Günlük hayatımızda oksijensiz solunum önemli bir yere sahiptir. Örneğin; turşu, peynir, yoğurt ve soya sosu üretiminde, bazı bakteri ve mantarların oksijensiz solunum yapmasından yararlanılmaktadır. İnsanlar ve bazı hayvanlar, ağır bir çalışma veya egzersize maruz kaldıklarında kas hücrelerine ulaşan oksijen yetersiz kalabilir. Bu durumda kas hücreleri oksijensiz solunum yapar ve hücrelerde yorgunluk asidi birikir. Bu da kaslarda bitkinlik ve yorgunluğa neden olur. Kas hücrelerine yeterince oksijen geldiğinde bu hücreler yine oksijenli solunum yapmaya devam ederler.

SOLUNUM                                                                          

1) Tüm canlılarda görülür.
2) Her an gerçekleşir.

3)  Besin ve oksijene ihtiyaç vardır.
4) Karbondioksit, su ve enerji üretilir.
5) Ökaryot hücrelerde mitokondride gerçekleşir.
6) Ağırlık azalmasına neden olur.

FOTOSENTEZ
1) Klorofil taşıyan canlılarda görülür.
2) Işıklı ortamda gerçekleşir.
3) Su, karbondioksit ve ışığa ihtiyaç vardır.
4) Besin ve oksijen üretilir.
5) Ökaryot hücrelerde kloroplastta gerçekleşir.
6) Ağırlık artmasına sebep olur.

 

 

ENERJİ PİRAMİDİ:

 

Bitkiler, besin üretmek için güneş enerjisini kullanırlar. Ürettikleri besinin bir kısmını kendileri tüketirler. Aynı zamanda diğer canlılar için besin kaynağı olurlar. Örneğin;

 Ot ---------->  Çekirge ---------->  Kurbağa ----------> Yılan

Yukarıdaki besin zincirinde görülen ot, çekirge tarafından besin olarak tüketildiğinde yapısındaki enerji çekirgeye geçer. Çekirge, bu enerjinin bir kısmını yaşamsal faaliyetleri için kullanır. Bir kısmını ise çevreye atık madde olarak verir. Bu enerjinin sadece %10 luk kısmı çekirgede depo edilir ve besin zincirinin bir üst basamağında bulunan kurbağaya geçer. Kurbağa çekirgeyi yediğinde, çekirgenin yapısındaki enerjinin %10 unu vücudunda depolar. Dolayısıyla besin zincirinin her basamağında enerjinin küçük bir bölümü bir üst basamağa aktarılmış olur. Üreticilerden tüketicilere doğru aktarılan enerji miktarını şematik olarak gösterdiğimizde enerji piramidi ortaya çıkar.

Piramidin tepesine doğru gidildikçe daha az besin ve dolayısıyla daha az enerji aktarıldığı görülür.
Tüketici canlılar grubunda olduğu halde enerji piramidinde gösterilmeyen canlı grupları ayrıştırıcılardır. Bunlar bazı bakteri ve mantarlardır. Ayrıştırıcılar, canlı veya ölü organizmaların yapısındaki maddeleri daha basit kimyasal maddelere dönüştürür. Ayrıştırıcılar tarafından ortaya çıkarılan kimyasal maddeler üreticiler tarafından tekrar kullanılır. Bu sayede üreticiler için gerekli maddeler doğada tükenmemiş olur. Doğada yeniden dönüştürülebilen maddelerden bazıları su, karbon, azot ve oksijendir.

SU DÖNGÜSÜ:

 

Su döngüsü, suyun devamlı olarak dünya yüzeyi ve hava arasında sıvı halden gaz hale ve gazdan sıvı hale dönüşmesi olayıdır.

 

Atmosferin yüksek kesimlerinde bulunan su buharı soğuk hava ile karşılaşınca yoğunlaşarak kar ve yağmur şeklinde yeryüzüne düşer. Karalara yağan yağışlar toprağı nemlendirir. Ayrıca yeryüzüne düşen sular toprağa süzüldükten sonra yeraltı sularını oluşturur. Bu sular yerin üst kısımlarındaki sularla birleşerek deniz ve okyanuslara dökülürler. Fotosentez yapan bitkiler kökleri ile topraktan su alır. Bu suyun bir kısmını terleme yoluyla atmosfere geri verirler. Ayrıca hayvanlarda soluk alış-verişi ile su buharı atmosfere ulaşır. Güneş ışınlarının etkisiyle deniz ve okyanuslarda biriken su ısınır ve buharlaşarak tekrar atmosfere geçer. Buhar halindeki su atmosferde yükselir. Atmosferde soğuk hava tabakası ile karşılaşınca yoğunlaşarak tekrar sıvı haline dönüşür ve damlalar halinde yeryüzüne geri döner.

KARBON VE OKSİJEN DÖNGÜSÜ:

KARBON DÖNGÜSÜ: Karbon, canlıların yapısını oluşturan temel maddedir. Bunun kaynağı da atmosferde ve sularda çözünmüş olan karbon dioksittir (CO₂). Fotosentez olayında, havadaki CO₂ yeşil bitkiler tarafından alınınca, CO₂ 'in karbonu fotosentez yapan canlılara geçer. Bitkilerden besinlerle hayvanlara aktarılır. Bu arada besinlerin yıkılması sonucu oluşan CO₂ tekrar atmosfere döner. Ayrıca bitki ve hayvanların ölüleri ve artıkları, ayrıştırıcılar tarafından parçalanarak CO₂ oluşur. Oluşan bu CO₂ tekrar atmosfere geçer. Bu arada bitki ve hayvan fosillerinin toprak altında uzun süre kalmasıyla oluşan kömür, petrol gibi yakıtlar ve kurumuş bitki dokuları yanınca oluşan CO₂ de atmosfere karışır. Böylece karbon, canlı ve cansız çevre arasında devirsel olarak kullanılır.

 

 

OKSİJEN DÖNGÜSÜ: Oksijen döngüsü de CO₂ döngüsüne çok benzer. Doğadaki oksijenin bir kısmı atmosferde serbest oksijen molekülleri (O₂) hâlinde, bir kısmı da organik maddeler ve ayrıca CO₂, H₂O gibi bileşiklerin yapısında bulunur. Fotosentez yapan organizmalar, CO₂ ve H₂O kullanılıp organik maddeleri üretirken ortama serbest O₂ verirler. Canlıların yaptıkları oksijenli solunumda, dışarıdan O₂ alınır. Solunum sonunda dışarıya CO₂ ve H₂O verilir. Bir yandan da yanabilen maddelerin oksitlenmesiyle bu maddelerdeki ve havadan alınan O₂ yine H₂O ve CO₂ hâlinde dışarı verilir.

Solunum ve yanma olayları sonucu oluşan CO₂ ve H₂O, fotosentetik canlılar tarafından yeniden alınır. Alınan CO₂ ve H₂O, organik maddeler ve O₂ e dönüştürülür. Böylece döngü sürüp gider.

AZOT DÖNGÜSÜ:

 

Havada en fazla bulunan gaz azot gazıdır. Azot öncelikli olarak protein ve nükleik asitlerin yapısında bulunur. Bitki ve hayvanlar azot ihtiyacını direkt havadan karşılayamazlar. Havadaki azot yıldırım ve şimşek gibi hava olayları sırasında su ile birleşip toprağa bağlanır. Ayrıca baklagillerin köklerinde yaşayan azot bağlayıcı bakteriler havanın serbest azotunu toprağa bağlayabilir.
Bitkiler azotu topraktan, otçullar ise azotlu bitkilerden karşılar. Etçiller de otçullar ile beslenerek azot ihtiyacını karşılar. Bitki ve hayvanların artık ve cesetleri ayrıştırıcı bakteriler tarafından çürütülür ve amonyağa dönüştürülür. Toprakta bulunan bazı bakteriler amonyağı bitkilerin kullanabileceği azot tuzlarına dönüştürür. Bazı bakteriler ise topraktaki fazla azotun havaya tekrar aktarımını sağlar.

3) ENERJİ KAYNAKLARI VE GERİ DÖNÜŞÜM

Enerji kaynakları, herhangi bir yolla enerji üretilmesini sağlayan kaynaklardır. Yenilenebilir ve yenilenemez enerji kaynakları olmak üzere enerji kaynaklarımızı ikiye ayırabiliriz.

A) YENİLENEMEZ ENERJİ KAYNAKLARI:

 

Fosil yakıtlar ve nükleer enerji elde edilen radyoaktif elementler yenilenemez enerji kaynaklarıdır. Bu kaynakların oluşumu ve kullanıldıklarında yenilenmeleri çok uzun sürede (milyonlarca yıl) gerçekleştiği için yenilenemez enerji kaynakları olarak adlandırılırlar.

Fosil Yakıtlar: Doğal gaz, kömür ve petrol fosil yakıtlardır. Fosil yakıtlar termik santrallerde elektrik enerjisi üretmek için kullanıldığı gibi iş yerleri ve evlerde ısınma amacıyla da kullanılır. Günümüzde elektrik üretiminde dünyada en çok kömür kullanılmaktadır. Petrol ise dünyada en yaygın kullanım alanı olan enerji kaynağıdır, sadece enerji üretmek için kullanılmaz. Benzin, mazot, LPG (likit petrol gazı), plastik, naftalin, boya, teflon ve günlük hayatta kullandığımız birçok şey petrolden yapılır. Doğal gaz ise renksiz, kokusuz, gaz halindeki bir fosil yakıttır.

Nükleer Enerji: Uranyum, plütonyum gibi radyoaktif elementlerin çekirdeklerindeki proton ve nötronları tutan enerjinin ortaya çıkarılması esasına dayanır. Dünyadaki elektriğin %20 si nükleer santrallerde üretilir. Nükleer santraller Dünyanı pek çok yerinde bulunmasının yanında atmosferin kirlenmesine sebep olur. Nükleer enerji santrallerinde elektrik ucuzdur fakat santralin maliyeti oldukça pahalıdır.         

B) YENİLENEBİLİR ENERJİ KAYNAKLARI:

Hidroelektrik, rüzgar, jeotermal kaynaklar, güneş ve biyokütle yenilenebilir enerji kaynaklarına örnektir. Bunların yenilenebilir olmaları, kullanıldıkları halde tükenmemelerinden kaynaklanır.

Hidroelektrik Enerjisi: “Hidro” Latincede su anlamına gelir. Hidroelektrik de suyun hareketinden yararlanarak üretilen enerjidir. Nehirlere kurulan barajlar sayesinde suyun hareketinden yararlanarak elektrik üretilir. Bu üretim şu şekilde gerçekleşir: Akarsuyun önü kesilir ve bir baraj gölü oluşturulur. Böylece suyun yüksekliği artırılarak potansiyel enerji kazanması sağlanır. Suyun potansiyel enerjisinden yararlanarak elektrik üretilir. Dünya enerjisinin % 20 si hidroelektrik santrallerde üretilir.

 

 

Rüzgar Enerjisi: Rüzgârın hareket enerjisinden geçmişte yel değirmenleri ile yararlanılırdı, günümüzde ise rüzgâr jeneratörleri ile elektrik enerjisi üretilmektedir. Bir rüzgâr jeneratörü bir evin, okulun hatta bir köyün elektrik enerjisini karşılayabilir.

Jeotermal Enerji: Latincede “Jeo” yer, “termal” ısı anlamına gelir. Yeraltında magmada artan sıcaklık ile yeraltı sıcak sularından ve buhardan yararlanılarak elde edilir. Elektrik üretimi de jeotermal buharın gücü ile üretilebilir. Eski çağlardan günümüze jeotermal enerjinin ilk kullanım alanı kaplıcalardır. Jeotermal enerji ayrıca konutların ve seraların ısıtılmasını, dokuma sanayisi, konservecilik gibi birçok alanda yaralanılır. Jeotermal enerji kullanımı çevreye ve atmosfere atık madde verilmesine sebep olmaz.

Güneş Enerjisi: Güneş diğer yenilenebilir enerji kaynaklarının da temelini oluşturur. Dünyadaki hayatın temel enerji kaynağı da güneştir. Güneş pilleri ışık enerjisini soğurarak elektrik enerjisine dönüştürür. Uzaya fırlatılan uydular ihtiyaç duydukları elektrik enerjisini güneş panellerindeki güneş pillerinden oluşturur. Güneş’in Dünya'ya gönderdiği bir günlük enerji, tüm insanlığın bir gün boyunca ihtiyaç duyacağı enerjinin neredeyse on bin katıdır.

Biyokütle ( Bitki ve Hayvan Atıkları) Enerjisi: Bitki ve hayvan atıklarından yararlanılarak elde edilen enerjiye biyokütle enerjisi denir. Çiftlik hayvanlarının dışkıları, ekinler, ölü ağaçlar, odun parçaları, talaş vb. maddelerden elde edilir. Hayvan atıklarından biyogaz ve bitkilerden elde edilen biyodizel bu yöntemin uygulamalarından biridir. Peki, bu yöntemle nasıl enerji elde edilir?
Enerji elde edilecek atık maddeler güç santraline getirilir. Burada santralin çukuruna boşaltılarak yakılır. Bu yanma sonucu ortaya çıkan gazlar çeşitli işlemlerden geçirilerek elektrik enerjisi elde etmek için kullanılır. Bir diğer yol ise; atık ve kalıntıları bekletme tankları denilen özel ortamlarda çürümeye bırakmaktır. Bu tanklarda zamanla çürüyen maddelerden metan gazı çıkar. Bu gaz toplanarak ısıtma amaçlı kullanılır. Aynı yöntem hayvanların dışkılarında da kullanılır.

Kurulu Gücün Ana Enerji Kaynaklarına Göre Dağılımı (2009)

 

GERİ DÖNÜŞÜM:

Geri dönüşüm, kullanım dışı kalan atıkların ham madde olarak kullanılıp yeniden üretime katılmasıdır. Atıkları kimyasallar, plastikler, metaller, cam ve kağıt olarak sınıflandırabiliriz. Bu atıkların içinde değerlendirilebilir olanların ayrı ayrı toplanıp cinslerine göre ayrılarak fiziksel, kimyasal veya biyolojik işlemlerle dönüştürülerek yeniden kullanılır hale getirilmesi veya enerji elde etmek için kullanılması şeklindeki faaliyetlerin tümü geri dönüşümdür.

Atıklarla baş edebilmek için en iyi çözüm; öncelikle daha az atık üretmeye çalışmak, daha sonra onları değerlendirmek için en uygun yolu bulmak, onarıp yeniden ya da başka bir amaçla kullanmaktır. Ayrıca geri kazanımla yeni maddelerin üretiminde kullanılması için çaba harcamak, başka bir çare kalmadığında da çöpe atarak çöp alanına göndermektir.

HİDROJEN ENERJİSİ:

Hidrojen yeryüzünde en çok bulunan elementtir ve yanması sonucunda yüksek miktarda enerji açığa çıkar. Ancak hidrojen doğada tek başına bulunmaz. Diğer bileşiklerin yapısında bulunur. Bu yüzden elde edilmesi için enerji kullanılması gerekir. Günümüzde hidrojen, fosil yakıtlar kullanılarak elde ediliyor. Bu yüzden hidrojen elde edilirken karbondioksit ile çevreyi kirleten diğer maddeler de açığa çıkıyor. Oysa hidrojen, su ve biyokütle gibi kaynaklardan da elde edilebilir. Hidrojen çevre dostu bir enerji kaynağıdır. Hidrojen enerjisinden daha verimli bir şekilde yararlanmak için çalışmalar tüm dünyada devam etmektedir. Ülkemizde de hidrojenin enerji kaynağı olarak kullanılması ile ilgili “Hidrojen Enerjisi Teknolojileri Merkezi”, TÜBİTAK (Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu), BOREN (Bor Araştırma Enstitüsü), TAEK (Türkiye Atom Enerjisi Kurumu), MTA (Maden Teknik ve Arama Genel Müdürlüğü) gibi araştırma kuruluşlarında çalışmalar yapılmaktadır.

Artık bazı otomobiller, hem benzin hem de hidrojenin kullanıldığı hibrit (melez) yakıt yöntemiyle çalışabilmektedir. Böylece açığa çıkan kirli gaz miktarı sadece benzin kullanan araçlara göre % 30-40 oranında azaltılabilmektedir.

-ÜNİTE ÖZETİ-