8. SINIF FEN BİLİMLERİ LGS HAZIRLIK DERS NOTLARI
6.ÜNİTE
ENERJİ DÖNÜŞÜMLERİ ve ÇEVRE BİLİMİ
1. Besin Zinciri ve Enerji Akışı
Canlılar besin elde etme yönünden üretici ve tüketici olarak iki kısıma ayrılırlar.
Üretici Canlılar : Kendi besinini üretebilen canlılara üretici canlılar denir. Su, karbondioksit ve güneş yardımıyla kendi besinlerini üreten bu canlılara bitkiler, algler ve bazı bakteriler (siyanobakteriler) ve öglena örnek olarak verilebilir.
Tüketici Canlılar : İhtiyaç duydukları besinleri dışarıdan hazır olarak alan canlılara ise tüketici canlılar denir. Bu canlılara ; hayvanlar, mantarlar ve bazı bakteriler örnek olarak verilebilir.
Beslenme şekillerine göre tüketiciler;
a) Otçul ( otla beslenen )
b) Etçil ( etle beslenen )
c) Hepçil ( hem ot hem de etle beslenen )
Olarak 3 farklı şekilde gruplanabilirler.
Otçul canlılara; koyun, inek, keçi, deve, ipek böceği, fil, at, bazı balıklar örnek verilebilir. Otçul canlılar üreticilerle beslendikleri için 1. Dereceden tüketici ( birincil tüketici ) olarak da adlandırılırlar.
Etçil canlılara; köpek, kurt, aslan, köpek balığı, kartal, şahin, baykuş, yılan vb. canlılar örnek verilebilir. Otçullarla beslenen etçil canlılar 2. Dereceden tüketiciler ( İkincil Tüketici ) , diğer etçillerle beslenen etçiller ise 3. Derece veya daha üst derece tüketicilerdir.
Hepçil canlılara; insan, fare, ayı, domuz ve bazı baykuş türleri örnek verilebilir.
Ayrıştırıcılar : Tüketici canlılardan bazı mantar ( Küf mantarı, şapkalı mantar, maya mantarı ) ve bir kısım bakteriler, besinlerini ölü bitki ve hayvan atıklarından sağlar.
Bu tür canlılara ayrıştırıcı ( Çürükçül) canlılar denir Ayrıştırıcı canlıların yaptıkları beslenme şekline ise çürükçül beslenme denir.
Ölü bitki ve hayvan atıklarını ayrıştırarak toprağa karışmasını sağlayan, besin zincirinin her başmağında bulunan ayrıştırıcı canlıların da üretici ve tüketici canlılar gibi besin zincirinde önemli görevleri vardır. Ayrıştırıcı canlılardan olan bazı bakteri ve mantarlar, ölen canlıları toprağa karıştırarak doğadaki madde döngüsünün devamını sağlarlar. Ayrıştırıcılar sayesinde, canlılar için önemli birçok madde de toprağa geçer ve üreticiler tarafından tekrar kullanılır. Böylece doğada madde devamlılığı sağlanmış olur.
Canlılar arasında sürekli bir etkileşim vardır. Bu etkileşimde bir canlı yok olunca veya canlının sayısı değişince, onunla beslenme yönünden ilişkili olan başka bir canlı ya da canlılar da bu durumdan etkilenir. Örneğin yukarıdaki besin zincirinde; tırtılların sayısını azalması ya da yok olmaları sonucunda bitkilerin miktarı artarken, kurbağa sayısı azalacaktır. Kurbağa azalacağı için, onunla beslenen yılanların sayısı da azalacak ve son olarak yılanla beslenen baykuşların da sayıları, ortamda yeterli besin olmadığı için azalacaktır.
Besin zincirindeki tüketiciler tek bir besin çeşidi ile beslenmedikleri için besin zincirleri birbirleri ile yakın ilişkidedir. Bu nedenle besin zincirleri iç içe geçmiş hatta birbirleriyle çakışan birçok besin zincirinden oluşmuş haldedir. Bu şekilde iç içe geçmiş besin zincirlerine besin ağı denir.
Yukarıdaki besin ağında;
a) Marul, Tavşan, Yılan
b) Ot, Kuş, Baykuş
c) Ot, Çekirge, Kurbağa, Baykuş
d) Ot, Çekirge, Kuş, Yılan
e) Marul, Tavşan, Baykuş
Besin zincirleri iç içe geçerek resimdeki hayvanlardan oluşan eko sistemdeki besin ağını oluşturmaktalar.
Besin zincirindeki canlıların üreticilerden tüketicilere doğru birbirleri ile beslenme sırasına göre dikey dizilimine Ekoloji Piramidi adı verilir.
Ekolojik piramitte, canlılar arasında beslenme ilişkilerini gösteren katmanlar vardır. Bu katmanların her birine beslenme basamağı denir. Beslenme basamağı, canlılar arasında enerji aktarımı sırasında canlının bulunduğu konumu gösterir. Ekoloji piramidinde canlılar birbirleriyle beslenirken besinlerle birlikte enerji de ekoloji piramidindeki üreticilerden tüketicilere doğru akar. Buna enerji akışı denir.
ENERJİ PİRAMİDİ
Bir beslenme başmağından bir üst beslenme basamağına enerjinin yaklaşık %10 u aktarılır. Bu nedenle üst beslenme basamaklarına doğru aktarılan enerji miktarı, her basamakta yaklaşık %90 azalır. Çünkü bu enerjinin büyük kısmı, o beslenme basamağındaki canlılar tarafından kullanılır ve ortama ısı enerjisi olarak verilir.
Ekoloji piramidinde üreticilerden tüketicilere doğru gidildikçe vücut büyüklüğü ve birey sayısı değişkenlik gösterir. Vücut büyüklüğü üreticilerden tüketicilere doğru genel olarak artsa da, ağaç yaprakları ile beslenen tırtılın vücut büyüklüğü ağaçtan küçüktür.
Besin piramidinin her basamağında bulunan canlıların toplam ağırlığına biyokütle denir. Besin zincirinde en fazla biyokütleye sahip olan canlılar üreticilerdir. Genellikle üreticiden tüketiciye doğru gidildikçe biyokütle azalır.
Birey sayısı üreticilerden tüketicilere doğru genel olarak azalır. Ancak ağaç yaprak -larından beslenen tırtıl sayısı beslendiği ağaç sayısından fazladır.
Ekoloji piramidinde, en alt basamakta bulunan üretici canlılardan en üst basamaktaki canlılara kadar enerji aktarımının gösterildiği piramide enerji piramidi denir.
Ayrıştırıcılar tarafından zararsız hale getirilemeyen bazı zehirli maddeler canlıların dokularında birikir. Besin zinciri yoluyla bu zehirler, bir canlıdan onu besin olarak tüketen diğer canlıya aktarılır ve canlının dokularında birikir. Besin zinciri yoluyla oluşan bu birikime biyolojik birikim denir. Biyolojik birikim, beslenme başmağının üst kısmında daha fazla görülür. Yani vücuttan atılmayan zararlı maddeler üreticilerden son tüketiciye doğru gittikçe daha fazla birikme eğilimi gösterir.
2) ENERJİ DÖNÜŞÜMLERİ
a) Fotosentez
Bitkilerin su (suda çözünmüş mineraller), karbondioksit ve güneş ışığını kullanarak besin ( basit şeker yani glikoz) ve oksijen üretmesine fotosentez denir. Fotosentez yapan canlılar üretici canlılardır.
Karbondioksit, su ve ışıktan herhangi biri olmazsa fotosentez gerçekleşmez. Fotosentez bitki hücrelerinde kloroplast denilen organelde gerçekleşir. Kloroplast, bitkilerde genellikle yapraklarda bulunur. Kök, meyve ve çiçekte fotosentez gerçekleşmez. Bitkilerin gündüz yaptıkları fotosentezde kullanılan ışık kaynağı güneştir. Bitkiler, lamba veya başka bir ışık kaynağından yeterince ışık alır ise geceleri de fotosentez yapmaya devam edebilir. Bu yüzden fotosentez doğal ve yapay ışıkta gerçekleşebilir. Doğal ortamda yaşayan bitkiler( örneğin ormanlardaki ağaçlar, bitkiler vb.) gün ışığı olmadığında fotosentez yapamazlar, yani fotosentez sadece gündüz gerçekleşir.
Fotosentez Hızına Etki Eden Faktörler :
a) Sıcaklık : Fotosentez için gerekli olan ideal sıcaklık 25-30 derece arasıdır.
b) Işık Şiddeti : Işık şiddeti azaldığında fotosentez yavaşlar. Güneş batmaya yakın iken gerçekleşen fotosentez hızı, güneşin dik konumda etki ettiği öğle saatindeki fotosentez hızından düşüktür. Şiddetin belli bir değerinden sonra hız sabit kalır.
c) Işığın Rengi: Bitkiler yeşil ışığı yansıttıkları için yeşil ışıkta fotosentez hızı en azdır. Kırmızı, turuncu ve mor ışıkta ise yeşil ışığa oranla daha hızlıdır.
d) Karbondioksit Miktarı: Karbondioksit miktarının artması fotosentez hızını belli bir değere kadar artırır. Sonrasında sabit kalır.
e) Su Miktarı: Suyun az olması fotosentez hızını yavaşlatır. Miktarının fazla olması fotosentez hızını artırır, fakat belli bir orandan sonra hız sabit kalır.
Fotosentez Deneyleri
1.Deney
Bitkiler, fotosentez yoluyla elde ettikleri basit şekeri depolarlar. Yani zaman içinde ağırlıkları artar. Aşağıdaki deney düzeneğinde, özdeş bitkilerden biri ışık almakta, diğeri almamaktadır.Işık alan bitkinin kütlesinde artış meydana gelmiştir.
2.Deney
Elodea bir su bitkidir. Bu bitkinin üzerine bir deney tüpü geçiriliyor, su dolu kaba yerleştiriliyor. Işık alan bitki fotosentez yaparak oksijen gazı üretiyor. Oluşan gaz, aleve yaklaştırılırsa parladığı görülür.
3. Deney
Bir bitkinin fotosentez sonucunda glikoz üretip üretmediğini anlamak için yaprak üzerine iyot çözeltisi damlatılır. İyot çözeltisinin mavi-mor renk alması yaprağın fotosentez yaparak glikoz ürettiğini gösterir.
b ) Solunum
Solunum, soluk alıp verme olayı değildir ! Hücresel bir olaydır. Yaşamak için gerekli olan enerji besinlerin vücuda alınması ve sonrasında hücresel düzeyde gerçekleşen solunum sayesinde elde edilir.
Yeryüzündeki tüm canlıların temel enerji kaynağı güneştir. Güneş enerjisi fotosentez yapan canlılara tarafından besinlere aktarılır. Canlılar bu besinleri hücrelerinde parçalayarak ihtiyaç duydukları enerjiyi elde ederler. Besinlerin hücrede parçalanması yoluyla enerji üretilmesine solunum denir. Solunum sonucu oluşan enerjinin belli bir kısmı ile ATP ( Adenozin tri fostat ) adı verilen enerji molekülü oluşturulur. Gerektiğinde, fosfat atomları arasındaki bağlar kopartılarak, ihtiyaç duyulan enerji açığa çıkarılır. ATP canlıların enerji gerektiren faaliyetlerinde kullanılır.
Tüketiciler solunum için gerekli olan besinleri dışarıdan alırlarken, üreticiler gerekli olan besinlerini kendileri üretirler ( Fotosentez). Bitkiler de diğer canlılar gibi enerji elde etmek için gece ve gündüz solunum yaparlar.
Hücresel enerji; oksijenli solunum, oksijensiz solunum ve fermantasyon olmak üzere üç yolla elde edilir.
1)Oksijenli Solunum
Hücre içerisinde bulunan besinlerin, oksijenli ortamda karbondioksite ve suya kadar parçalanmasına oksijenli solunum denir. Oksijenli solunum, gelişmiş yapılı canlılarda mitokondri organelinde gerçekleşir. Bakterilerde mitokondri olmadığı için solunum sitoplazmada gerçekleşir.
2) Oksijensiz SolunumBesinlerin oksijen kullanmadan enzimler yardımıyla parçalanıp enerji elde edilmesine oksijensiz solunum denir. Sadece bazı bakterilerde görülür. Elde edilen ATP miktarı , oksijenli solunuma göre daha azdır.
3) Fermantasyon
Oksijensiz solunumda olduğu gibi besinlerin oksijen kullanılmadan enzimler yardımı ile parçalanıp enerji elde edilmesine fermantasyon denir. Fermantasyon sonucu elde edilen enerji (ATP) miktarı oksijenli solunum ve oksijensiz solunuma göre oldukça azdır.
a) Laktik asit fermantasyonu
b) Etil alkol fermantasyonu olmak üzere iki çeşit fermantasyon vardır. Fermantasyon sonucu oluşan ürünler, fermantasyon çeşidine göre farklılıklar gösterir.
Hamurun mayalanmasını sağlayan maya mantarları fermantasyon yapan canlılardır. Ayrıca bazı kas hücreleri fermantasyon yapar. Spor aktiviteleri sırasında iskelet kası hücrelerine yeterli miktarda oksijen gelmez. Bu durumda bu kaslarda fermantasyon gerçekleşir. Hamurun mayalanmasında ve iskelet kaslarında gerçekleşen fermantasyon birbirinden farklılık gösterir.
Hamurun mayalanmasını sağlayan maya mantarları etil alkol fermantasyonu yapar. Fermantasyon sonucu açığa çıkan karbondioksit, hamurun kabarmasını sağlar.
Yoğurdun mayalanmasını sağlayan mikroorganizmalar ise laktik asit fermantasyonu yapar.
Ayrıca ağır antrenman sonucu iskelet kaslarımızda yorgunluk hissetmemizin nedeni de iskelet kaslarımızın yapmış olduğu laktik asit fermantasyonudur.
Fermantasyon sonucu elde edilen enerji, oksijenli solunuma göre çok daha az olsa da enerji ihtiyacı az olan canlılar ve yeterli oksijeni bulunmayan iskelet hücreleri, yaşamlarını devam ettirebilmek için fermantasyon yaparlar.
Enerji üretimi (ATP) verimliliği açısından;
Oksijenli solunum > Oksijensiz solunum > Fermantasyon şeklinde bir sıralama vardır.
Bazı Fermantasyon Ürünleri :
* Üzüm suyundan şarap yapılması
* Hamurun mayalanması
* Sütten yoğurt ve peynir yapılması
* Üzüm suyundan sirke yapılması
* Turşu yapılması
3) MADDE DÖNGÜLERİ ve ÇEVRE SORUNLARI
a) Madde Döngüleri
Canlıların yapısında bulunan elementlerin tekrar tekrar doğada kullanılmasına madde döngüsü denir.
I)Su Döngüsü
Bu gün içtiğimiz su belki de 500 yıl önce atalarımızın içtiği su ile aynı olabilir. Yeryüzünde bulunan su , sürekli hal değiştirir. Bu hal değişimleri su döngüsünün bir parçasıdır. Su;
* Bitki ve hayvanların solunum ve terleme faaliyetleri,
* Yeryüzündeki suların buharlaşarak havaya karışması,
* Bulutları oluşturması ve havadaki su buharının yoğuşması ile yağış halinde yeryüzüne geri döner.
Yağışın bir kısmı toprak tarafından emilerek yeraltı sularını oluşturur. Yer altı suları da tekrar deniz, okyanus vb. karışır. Bu sürece su döngüsü denir.
II) Azot Döngüsü
Yaşamak için proteinlere ihtiyacımız vardır. Proteinlerin yapısındaki önemli bir bileşen de azot elementidir. Atmosferin %78 ini azot gazı oluşturur. Fakat canlıların büyük bir çoğunluğu atmosferdeki azottan doğrudan yararlanamaz. Azotun kullanılabilmesi için bağlanması yani azotlu bileşiklere dönüştürülmesi gerekir.
Topraktaki azotun havaya, havadaki azotun ise toprağa karışmasına azot döngüsü denir.
a) Azotun bağlanmasında bakterilerin etkinliği çok önemlidir. Toprakta serbest olarak yaşayan veya baklagillerin köklerine tutunarak yaşayan bazı bakteriler, atmosferdeki azot gazını azotlu bileşiklere çevirerek toprağa aktarırlar. Bitkiler, azotlu bileşikleri topraktan alarak protein üretiminde kullanırlar.
b) Doğada gerçekleşen yıldırım ve şimşek gibi olaylarda toprağa azot bağlanmasında etkilidir.
c) Organizmalar öldüklerinde azotun doğaya dönüşü için ayrıştırıcıların etkinlikleri başlar. Böylece canlı atıkları, ayrıştırıcıların etkinliği ile yeniden üreticilerin kullanabile- ceği azotlu bileşiklere dönüştürülür. Topraktaki azotlu bileşiklerin bir bölümü bitkiler tarafından yeniden kullanılıp tüketiciler aktarılır. Bir bölümü ise azot ayrıştırıcı bakteriler tarafından azot gazına dönüştürülerek atmosfere verilir.
Tüketiciler bitkileri yiyerek, etçil hayvanlar ise otçul hayvanları yiyerek azot ihtiyaçlarını karşılamış olurlar. Tüketiciler aldıkları bu hazır proteini kaynak olarak kullanıp kendi proteinlerini üretirler.
III) Karbondioksit Döngüsü
Üretici canlılar, atmosferde bulunan karbondioksiti fotosentez yoluyla besinlerin yapısına karbon elementi olarak katar. Besinlerin yapısına katılan karbonun belli bir miktarı besin zinciri yoluyla tüketicilere aktarılır.
* Üreticiler ürettikleri, tüketiciler ise besin zinciri yolu ile elde ettikleri besinlerden enerji elde ederken, solunum yoluyla atmosfere karbondioksit verirler.
* Ayrıca fosil yakıtların yanması, ölü üretici ve tüketicilerin ayrıştırıcılar tarafından parçalanması ile yapılarındaki karbon, karbondioksit olarak yine atmosfere verilir.
Canlı ve cansız çevre arasındaki karbonun bu şekilde dolanımına karbon döngüsü denir.
IV) Oksijen Döngüsü
Fotosentez olayı ile su ve karbondioksit kullanılarak atmosfere oksijen verilir. Atmosferde kullanılan oksijen solunum olayında kullanılmak üzere canlılara geçer.
Solunum sonucunda oksijen, besinlerin yapısında bulunan hidrojen ile birleşerek su buharını oluşturur. Oluşan su buharı, canlılar tarafından atmosfere verilir. Atmosferdeki su buharı yoğunlaşma ile sıvı hale geçerek fotosentezde tekrar kullanılacak hale gelir. Canlı ve cansız çevre arasındaki oksijenin bu şekilde dolanımına oksijen döngüsü denir.
Madde Döngülerinin Önemi
Doğada madde döngüsünde bir bozulma ya da aksama olur ise bu durumdan tüm canlılar etkilenir. Öerneğin karbon döngüsündeki bir aksama , fotosentez olayını dolayısı ile oksijen döngüsünü etkiler. Bu durum sonucunda tüm canlılar bu döngülerin bozulmasından olumsuz yönde etkilenirler. Benzer şekilde azot döngüsündeki bir aksama da çevredeki ölü atıkların ayrışmasını engelleyebileceğinden çevre sorunlarına neden olabilir.
b) Çevre Sorunları
1) Ozon Tabakası
Ozon tabakası ozon gazından oluşan ve yeryüzünden 10-50 km arası yükseklikte bulunan, değişken kalınlıkta bir tabakadır. Ozon tabakası, yeryüzüne ulaşan ultra ışınları için bir filtre görevi görür. Günümüzdeki en büyük sorunlardan biri de bu tabakanın seyrelmesidir. Ozon tabakası gittikçe incelmektedir. Çeşitli gazlar ve kimyasallar ozon tabakasının incelmesine yol açmaktadırlar. Ozon tabakasının incelmesi ;
İnsan sağlığı üzerine ( Deri kanseri vakaları artmaktadır, bağışıklık sistemi zayıflamakta ve enfeksiyonlara karşı daha korumasız hale gelmektedir.)
Bitkiler üzerine olumsuz etkiler görülmesine neden olmaktadır. (Fotosentezin durması veya yavaşlamasına neden olur.)
2) Küresel İklim Değişikliği
Petrol, kömür gibi fosil yakıtların kullanılması sonucu karbondioksit gazının atmosferdeki miktarı giderek artmaktadır. Dünya yüzeyinden yansıyan ışınların , bazı gazlar tarafından tutulmasına sera etkisi, dünya yüzeyinden yansıyan bu ışınları tutma özelliği gösteren karbondioksit gibi gazlara da sera gazları denilmektedir. Karbondioksitin yanı sıra metan gazı da önemli bir sera gazıdır. Atmosferdeki miktarı, karbondioksit gazından çok daha az olmasına rağmen karbondioksitten 23 kat daha fazla güneş ışını tutabilme kapasitesine sahiptir.
Sera gazlarının neden olduğu etki sonucu Dünya’da gözlemlenebilir bir sıcaklık artışı meydana gelmektedir. Bu artışa küresel ısınma denir. Küresel ısınma sonucunda, dünya ikliminde önemli değişiklikler ortaya çıkmıştır. Yerkürenin ortalama sıcaklığındaki artış ve iklimlerde oluşan değişiklikler küresel iklim değişikliği olarak adlandırılmaktadır.
* Buzulların erimesi
* Deniz seviyesinin yükselmesi
* Bazı bitki ve hayvan türlerinin nesillerinin tükenmesi
* Tarım ürünlerinin azalması küresel iklim değişikliğinin bazı sonuçlarıdır.
Atmosfere yayılan sera gazlarının kısıtlanması, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımının yaygınlaşması ve azot, fosfor içeren gübrelerin kullanımının azaltılması küresel iklim değişikliğinin engellenmesi için yapılabilecek olan eylemlerdir.
c) Ekolojik Ayak İzi
Ekoloji, canlıların birbirleri ve çevreleriyle ilişkilerini inceleyen bilimdir. Ekolojik ayak izi ise belli bir nüfusun doğaya karbondioksit vb. atıklarının ne kadar yük olduğunu hesaplamak için kullanılan bir yöntemdir.
4) SÜRDÜRÜLEBİLİR KALKINMA
Bu günün gereksinimlerini göz ardı etmeden, gelecek kuşakların da enerji ihtiyaçlarını karşılayabilmek adına, doğal kaynakların sonuna kadar tükenmesine en gel olarak kaynakların bilinçli kullanılması sürdürülebilir kalkınma olarak adlandırılır. Sürdürülebilir kalkınmanın iki temel ayağı vardır;
a) Kaynakların tasarruflu kullanımı
b) Geri dönüşüm
a) Kaynakların Tasarruflu Kullanımı
Kaynakların tasarruflu kullanımı açısından üzerinde durulması gereken en önemli tüketici grup ailedir. Özellikle toplam enerji tüketiminin, 1/3 oranında kısmının evlerde tüketildiği düşünülürse, bu alanda alınacak basit önlemlerle yapılacak tasarrufun hem aile hem de ülke ekonomisi açısından önemi ortaya çıkmaktadır.
b) Geri Dönüşüm
Atıkların çeşitli geri dönüşüm yöntemleri ile ham madde olarak tekrar üretim sürecine katılmasına geri dönüşüm denir. Kağıt, plastik, cam, metal ve ahşap geri dönüşümü yapılabilen atıklara örnek verilebilir. Geri dönüşüm sayesinde doğal kaynaklarımız korunur, enerji tasarrufu ve ülke ekonomisine katkı sağlanır.