ÖZET

Dünyada, oluşumundan günümüze kadar geçen milyonlarca yıllık zaman içinde kendiliğinden oluşan olaylar sonunda kurulan ve adına doğal denge diyebileceğimiz bir denge vardır. Bunun dışında bir de insanoğlunun yaptığı değişiklikler vardır ki yaşadığımız son yüzyılda bilim ve teknolojinin gelişmesiyle oldukça fazla ve hızlı olan bu değişikliklerden biri ve belki de en etkilisi karbon çevrimi ile ilgili olanıdır. Yeraltı karbon kaynakları yeryüzüne suni olarak çıkarılmakta, insanlığın hizmetine sunulmakta, ancak bunun doğal dengeye etkileri yeterince dikkate alınmamaktadır.Yeryüzüne çıkarılan fosil yakıtların yakılmasıyla oluşan kimyasal tepkimelerin döngüyü tamamlayacak karşı tepkimelerini doğa kendiliğinden aynı hızla gerçekleştirememesi sonucu doğal denge bozulmaktadır. Çünkü, karbon kaynaklarının hızla karbondioksite dönüştürülmesine karşın bu karbondioksitin aynı hızla karbon kaynakları haline dönüştürülmemesi halinde var olan dengenin bozularak başka şartlarda yeni dengenin kurulması kaçınılmazdır.

GİRİŞ

Dünyanın dışında Evrenin herhangi bir yerinde bizim gibi canlıların olup olmadığını henüz bilmediğimiz bu çağda, biz insanlar üzerinde yaşadığımız gezegen olan Dünyamız hakkında da çok fazla bilgi sahibi olmadığımızı söyleyebiliriz. Dünyamızdaki canlı yaşamın 3,8 milyar yıl önce bitkilerle başladığı ileri sürülmektedir1. Hayvanların ve insanların daha sonra canlı yaşama katıldığını bilmekteyiz. Düşünen varlık olarak insanoğlu çağlar öncesinden beri doğaya hakim olmaya, doğa yasalarını değiştirebilmeye ve kendi lehine sonuçlar çıkarabilmeye uğraşmıştır. Ancak doğanın sınırları çok geniş olduğundan ayrıntılarına kadar tanınması ve bilinmesi ne kadar zorsa, oluşan değişikliğin ne zaman ve ne kadar insanlık lehine olduğunu bilmek de o kadar zordur. Bu nedenle doğayı iyi tanımak, algılama yollarını bulmak oldukça önemlidir.

DENGE

Denge, bir sisteme etki eden etkenlerin birbirini dengelediği durumdur. Dengedeki sisteme bir etki yapıldığında denge bozulur ve bir süre sonra tekrar dengeye gelir. Ancak yeni dengede sistemin koşulları etkiden önceki koşullarla aynı değildir. En az bir veya birden fazla özellik etkinin derecesine göre az veya çok değişir. Değişmemesi için yapılan etkiye eşit ve zıt yönlü başka bir etkinin de yapılması gerekir. Dengeyi biraz daha anlayabilmek için sistemin sınırlarını daraltıp basit bir kimyasal tepkimedeki denge olarak düşünürsek örneğin azot ve hidrojenden amonyağın oluşmasını ele alabiliriz (N2 + 3H2 Û 2NH3). Burada başlangıçtaki azot ve hidrojenden belli oranda  amonyak oluştuğunda sistem dengeye gelir. Dengedeki bu tepkime kabına maddelerden herhangi birini eklemek veya çıkarmak, sıcaklığı, basıncı veya kabın hacmini değiştirmek dengeyi bozar ve yeniden denge kurulur. Ama madde miktarları veya sıcaklık, basınç gibi özelliklerden bazıları ilk dengedeki ile aynı olmaz. Buna göre amonyak verimini artırmak veya en ekonomik şekilde amonyak elde etmek gibi amaçlara bağlı olarak dengeyi ürünler veya girenler lehine değiştirmek üzere şartlar ayarlanabilir. Bu sistemde, amonyak elde etmek amacıyla işlem yapılırken verimi artırmak için gerekli koşulların sağlanması her zaman en ekonomik yol olmayabilir. Dönüşümü artırmak için daha etkin koşullar gerektirir ki bu da daha pahalı olan bir yöntemi beraberinde getirir.

Doğal dengenin oluştuğu sistem yani dünyamız da buradaki tepkime kabına benzetilebilir. Ancak dünyadaki olaylar çok fazla ve karmaşık olduğu için dengeyi etkileyen pek çok etken bulunmaktadır. Bizler bu etkenlerin birçoğunun farkında bile değilizdir. Pek çok olay olmakta ve dengeye gelmektedir. Karbon çevirimindeki karbon dengesi de bunlardan biridir ve canlı yaşamı doğrudan etkileyen bir dengedir.

Karbon çevirimini şematik olarak basitleştirilmiş halde aşağıdaki gibi gösterebiliriz. Şemadan da görülebileceği gibi karbon çevirimi, bir yandan canlılar için en temel element olan oksijen dengesini sağlayan; öbür yandan gene canlıların beslenmesini ve enerji gereksinimini sağlayacak başta karbonhidratlar olmak üzere diğer maddelerin oluşumunu sağlayan bir mekanizmadır.

Şema: Doğadaki karbon çevrimi

DOĞADAKİ OKSİJEN DENGESİ

Oksijen canlıların yaşamında en temel elementtir. Atmosferde oksijenin bulunmaması, oksijensiz ortamda yaşayan canlılar (Anairobik) dışında hiçbir canlının olmaması demektir. Doğadaki oksijen dengesinin nasıl sağlandığını Hayat Bilgisi ve Fen Bilgisi derslerinden hepimiz biliriz. Klorofilli bitkiler güneş ışığının etkisiyle fotosentez yaparak havadaki karbondioksiti ve topraktan aldığı suyu karbonhidrata çevirirken atmosfere oksijen salar. Atmosferin bileşiminde ortalama % 21 oksijen bulunmaktadır. Atmosfere salınan oksijenin yaklaşık % 70’i denizlerden, % 30’u karalardan salıverilir2. Canlıların solunumu sırasında oksijenin bir kısmı karbondioksite dönüşür. Ayrıca canlılardan başka pek çok yerde yanmalar sonunda karbondioksit, karbonmonoksit ve başka oksitlerin oluşması şeklinde oksijen harcanmaktadır. İşte bu fotosentez, solunum, doğal yanma, sentez ve ayrışmalar sonunda milyonlarca yıl boyu atmosferde bugün bilinen oksijen dengesi kurulmuştur. Ancak son yüzyılda doğal olayların dışında hızla artan bir oksijen tüketimi söz konusudur. Yer altından çıkarılan kömür, petrol,doğal gaz gibi fosil yakıtların yakılması, oksijeni harcayan ama üretmeyen bir prosestir. Bu da doğal oksijen dengesini bozduğu gibi belki bu yüzden ozon dengesini bile bozduğunu düşünmek mümkündür. Atmosferdeki ozon tabakasının delinmesini kloro floro karbon bileşiklerinin atmosfere yayılmasına bağlamanın yanında oksijen dengesinin bozulmasına bağlamak da bence akılcı bir yaklaşım olacaktır.

DÜNYANIN FOSİL YAKIT REZERVİ VE YILLIK FOSİL YAKIT TÜKETİMİ

Yeraltında milyonlarca yıllık bir sürede oluşmuş ve günümüzde yeryüzüne çıkarılarak yakıt ve çeşitli amaçlar için kullanılan kömür, petrol ve doğal gaz gibi fosilleşmiş enerji kaynaklarına fosil yakıt denir. Günümüzde bu fosil yakıtlar hem enerji elde etmede hem de hammadde olarak kullanılmaktadır. Dünyadaki tespit edilmiş olan kömür rezervi 2,105 trilyon ton3, petrol rezervi 135 milyar ton4, doğal gaz rezervi 70 trilyon metreküp5 olarak ifade edilmektedir. Bir bu kadar da muhtemel rezerv olacağı düşünülebilir. 1990 yılı itibariyle Dünyanın yıllık kömür tüketimi 4,5 milyar ton3, petrol tüketimi 3 milyar ton4, doğal gaz tüketimi ise 2,2 trilyon metreküptür5. Her yıl tüketimin arttığı düşünüldüğünde bu verilere göre görülüyor ki petrol ve doğal gazın tükenmesi bir insanın yarı ömrü kadar bir süredir. Bu demektir ki bizden sonraki nesil petrol ve doğal gazın yerini alacak enerji ve hammade kaynağı bulmak zorundadır. Sorunun en çarpıcı ve en kısa vadedeki boyutu budur. Bu nedenle son yıllarda çalışmalar kömür üzerine yoğunlaşmış, özellikle 1973 petrol krizinden sonra petrolün yerine kömürü ikame etme yolları araştırılmaya başlanmıştır6.

Kömür, petrol ve doğal gazın tüketimi 19. yüzyılda başlamakla birlikte gerçek anlamda yaygın kullanımı ve hızlı tüketimi 20. yüzyılda gerçekleşmiştir. Canlı yaşamın devam ettiği Dünya ömrü içinde bu kadar kısa sürede, bu kadar yakma prosesinin oluşturacağı karbondioksit, karbonmonoksit, kükürtdioksit gibi atmosferi kirletici gazların dönüşümü ve temizlenmesi sorunu ciddi olarak ele alınmalıdır. Ayrıca yakmanın dışında teknolojinin gelişmesiyle kereste, kağıt, reçine, sentetik elyaf gibi maddelerin üretimi için odun tüketiminin de hızla artması ister istemez atmosferdeki oksijen-karbondioksit dengesinin bozulacağı endişesini doğurmaktadır. Her ne kadar bütün fosil yakıtların yanmış olması halinde bile atmosferdeki oksijenin yaklaşık % 1’inin tükenmesine karşılık geleceğini kaba bir yöntemle hesaplayıp sorunu karamsarlık boyutuna getirmemek gerekirse de, atmosferin tümünde olmasa bile alt katmanlarında ve büyük yerleşim merkezlerinde hava kirliliğinin ne boyutlara ulaştığı özellikle kış aylarında yaşanarak görülmektedir. Ayrıca karbondioksitin sera etkisinin ne boyutta olacağı üzerinde yoğun tartışmaların olduğu da bilinmektedir. Bu nedenle kaynakların tükenme sorunu yanında bir başka sorun olarak doğal dengenin bozulabileceği boyutunu da insanoğlu düşünmek ve çözüm üretmek durumundadır.

BESLENME VE DOĞADAKİ BESİN DENGESİ

Dünyamızdaki canlıları genel olarak bitkiler, hayvanlar ve insanlar olarak sınıflandırıp canlılıklarını devam ettirmek için gereksinim duydukları besinlerin kaynağına baktığımızda, insanların besin kaynağı bitkiler ve hayvanlar; hayvanların besin kaynağı bitkiler ve kendileri; bitkilerin besin kaynağı ise doğadaki elementler olduğu görülür. Buna göre ne insanlar ne de hayvanlar doğadaki elementlerden besin maddesi sentezleyemezler. Doğadaki elementleri kullanarak karbonhidrat, protein, yağ, vitamin gibi temel besin maddesini üreten tek canlı sınıfı bitkilerdir. Hayvanlar bitkilerin ürettiği bu besinleri kullanarak (Etobur hayvanlar da gene bitkilerle beslenen hayvanları yiyerek); insanlar ise doğrudan bitkilerin veya bitkilerle beslenen hayvanların ürettiği besin maddelerini yiyerek beslenme ihtiyacını karşılamaktadırlar. Buna karşılık hayvanların ve insanların atıklarından da (karbondioksit ve doğal gübre gibi) bitkiler yararlanabilir. Ancak sadece ve doğrudan bunlara bağımlı değillerdir. Başka kaynaklardan da karşılayabilmektedirler. Bu ilişkiyi, dünyamızda canlı yaşamın hayvanlar ve insanlardan önce bitkilerle başladığından da görmek mümkündür.

TERMODİNAMİK DENGE VE DOĞA

Fiziksel, kimyasal ve biyolojik olayların kendiliğinden oluşup oluşmayacağını enerji (iç enerji veya entalpi) veentropi terimlerine bağlı olarak açıklamak mümkündür. Enerjinin azalma yönü (minimum enerjili olma isteği) ve entropinin artma yönü (maksimum düzensiz olma isteği) olayların kendiliğinden olma yönünü belirleyen iki etken olduğuna göre bu ikisinin bileşkesi olan serbest enerji olayların kendiliğinden olup olmayacağını belirleyen termodinamik bir terimdir. Termodinamik bağıntı olarak: Serbest Enerji = İç Enerji – Entropi.Sıcaklık olarak veyaEnerji = Serbest Enerji + Entropi. Sıcaklık olarak ifade edilir7. Serbest Enerji, bir sistemde işe çevrilebilecek maksimum enerji olması nedeniyle sistemin toplam enerjisinin işe çevrilebilecek ve çevrilemeyecek kısımlardan oluştuğunu eşitlikten görebiliriz. Düzensizlik ölçüsü olarak bilinen entropi, buna göre işe çevrilemeyecek kısmı temsil etmektedir ve bundan dolayı “Faydalanılamayan Enerji” olarak da nitelendirilir. Entropinin sözlük anlamı da dönüşme, bozulma, işe yaramaz hale gelme demektir. Öyleyse insanoğlu olayları entropinin azalacağı yöne çevirmekle işe dönüştürülebilecek enerjiyi artırmış olur. Bilindiği gibi bir maddeyi yakarak yapısındaki karbonu karbondioksite, hidrojeni suya çevirirken enerji açığa çıkar ve bu enerjiden ihtiyacımıza göre ısı veya iş olarak yararlanabiliriz. Bu olayda yanmanın olduğu sistemin işe çevrilebilecek enerjisi azalmış entropisi de artmıştır. Bunun tersi olan olay ise Fotosentez ile olmaktadır. Fotosentezde, karbondioksit ve sudan karbonhidrat oluşmaktadır ki bu sırada bitkiler tarafından güneş enerjisi alınarak depolanmış olur. Yani entropi azalışı ve serbest enerji artışı olur. Bu da gelecekteki enerji gereksinimini bu yöntemle karşılayabilme düşüncesini doğurmaktadır.

Dışarıdan bir etki olmadığı sürece doğadaki olaylar arasında sürekli bir denge vardır. Belli zamanlarda oluşan bazı olayların etkisiyle denge bozulur ve değişik şartlarda yeniden kurulur.Bu sırada mevcut varlıkların sayıları ve türleri değişebilir. Dünyanın oluşumundan bu yana milyarlarca yıllık sürede kimi zaman bitkilerin, kimi zaman hayvanların çoğalıp azalması bunlara birer örnektir. İnsanoğlu düşünen ve doğal olayları inceleyip nedenini kavrama zekasına sahip olan varlık olarak sürekli kendi türünü korumaya uğraşmış, kendi geleceğini daha rahat, daha güvenilir hale getirmenin yollarını aramış ve bunu sağlamak için doğal olmayan pek çok değişiklikler yapmıştır. Bunlardan bir tanesi de yeraltındaki yakıt kaynaklarını yeryüzüne çıkarıp yakmanın yanında yeryüzündeki ormanları keserek ihtiyacını gidermede kullanarak karbon çeviriminin hızını etkilemesidir. Söylendiğine göre sadece Türkiye’de bir yılda tüketilen ormanın yetişenden % 1 daha fazla olduğudur. Ayrıca yakıt kullanımıyla karbon kaynaklarının karbondioksite dönüştüğü göz önüne alındığında atmosferdeki karbondioksitin artacağı kolayca sezilebilir. Öyleyse doğal olmayan bu değişikliklerle dengeyi etkilediğimizi, kısa vadede rahatımızı ve güvenimizi sağlarken uzun vadede kendi neslimizin geleceğini tehlikeye attığımızı bilmeliyiz. Bir taraftan enerji kaynaklarını tüketirken, diğer yandan yaşamamız için temel madde olan oksijeni de azaltmaktayız. Teknolojik gelişmelerin kazandırdıkları yanında kaybettirdikleri de olduğu hiçbir zaman göz ardı edilmemelidir. Tıpkı patlayıcı maddelerde, nükleer enerjide, ilaçlarda ve değişik kimyasal maddelerde olduğu gibi yararlı amaçlar yanında zararlı yan etkilerin de olacağı düşünülmeli ve bu yan etkilerin giderilmesi için çalışılmalıdır.

Karbon çevirimindeki olumsuzlukları gidermenin yöntemi teorik olarak çok basit ancak bu yöntemi uygulamak ve geliştirmek uzun zaman ve çok uğraş gerektirecek olan bir iştir. İnsanoğlu acil gereksinimini karşılamak için doğadaki karbon ve karbonhidrat kaynaklarını tüketerek aşağıdaki kimyasal denklemler gereği karbondioksite çevirmektedir.

C + O2 ® CO2 + Enerji

(C6H10O5)n + 6n O2 ® 6n CO2 + 5n H2O + Enerji

Amacımız bu reaksiyonları tersine çevirmektir. Böylece yaşam için vazgeçilmez olan oksijeni, beslenme ve diğer ihtiyaçlar için gerekli olan karbonhidratı ve her zaman ihtiyaç duyacağımız enerjiyi sağlamış oluruz. Ancak bu reaksiyonlardan birincisinin tersi, yakma işlemini tersine çevirmek demektir ki bunun anlamı yakmanın yapılmaması demektir.  Oysa ikinci reaksiyonun tersini bitkiler fotosentez yoluyla gerçekleştirmektedir. Bize düşen fotosentezi hızlandırmak ve çoğaltmaktır. Dünyamızda mevcut haliyle oluşan fotosentezin birinci reaksiyonda oluşan karbondioksiti dönüştürmeye yetmeyeceği, yakıt tüketiminin ve ağaç tüketiminin miktarını, dolaysıyla dünya üzerinde ağaç miktarının azalıp çoğalmasını göz önüne aldığımızda anlaşılmaktadır. Öyleyse fotosentezi artırmak yani yeryüzündeki ağaç miktarını en az yeraltından çıkarılan fosil yakıtlara denk düşecek kadar artırmak gerekir. Bunun için değişik iklim koşullarında yetişebilen ve özellikle hızlı büyüyen yani hızlı fotosentez yapabilen ağaç türleri geliştirmek gerekmektedir. Genetik çalışmalar sonucunda bu tür ağaçların yetiştirilmesi mümkün olmalıdır. Çalışmalarımızı bu konuda yoğunlaştırmalıyız. Böylece karbon çevirimini normal dengesine kavuşturmanın yanında faydalanılamayan enerjiyi (entropi) azaltarak serbest enerjiyi artırmış oluruz. Gelecekte fosil yakıtların tükenmesi veya azalması sonucu ihtiyaç duyacağımız enerji ve hammadde kaynağı olarak dönüşmüş olan karbonhidratı yani yetişen ağaçları kullanabiliriz. Bence insanoğlu genetik kopyalama çalışmaları kadar, hatta ondan da çok bu konuya eğilmelidir. Biyoteknolojide, genetikte zaman geçirmeden bu konuda çalışmalar başlatılmalıdır.

KAYNAKLAR

  1. Memo Larousse; Milliyet Gazetecilik A.Ş., cilt 1, sayfa 58.
  2. Genel Kültür Ansiklopedisi; Milliyet Yayınları, Copyright, 1991, sayfa 332.
  3. Dünya ve Türkiye Madenciliğine Toplu Bakış; H.M. Köse, Madencilik Özel Sayısı, Haziran 1989.
  4. Büyük Larousse; Milliyet Gazetecilik A.Ş., cilt 18, 9323.
  5. Büyük Larousse; Milliyet Gazetecilik A.Ş., cilt 9, sayfa 4429.
  6. Kömür; Editör O. Kural, Kurtiş Matbaası, 1991, sayfa 738.
  7. Fizikokimya I; B. Pekin, Çağlayan Kitabevi, 1985.
Karbon Çevrimi ve Küresel Isınma

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir