Karbon Döngüsü Nedir?

Karbon döngüsü, canlıların ve sürdürülebilir yaşam alanlarının korunması için kritik bir öneme sahiptir. Temel madde döngülerinden biri olan karbon döngüsü, karbonun başta atmosfer olmak üzere çeşitli katmanlar arasındaki dolaşımını ifade eder. Ancak fosil yakıtlar ve birtakım insan faaliyetleri bu karbon döngüsünü olumsuz etkiler. Bu durum küresel ısınma ve iklim değişikliği gibi ciddi çevresel sorunlara yol açar.

Karbon Döngüsü

Karbon, canlı hücrenin en önemli yapı taşlarından biridir. Canlı organizmalarının temelini oluşturan protein, karbonhidrat, vitamin ve yağ gibi organik maddelerin ortak bileşenleri arasında bulunur. Yaşamın sürekliliğini sağlayan enerji kaynaklarının ve biyolojik süreçlerin temelinde karbon yer alır. Bu nedenle karbon döngüsü; canlıların yaşamını sürdürebilmesi, çeşitlilik kazanması ve dünyada yaşamın devam edebilmesi için oldukça kritiktir.

Karbon döngüsü, madde döngüsünün türleri arasında yer alır. Ekosistemde bulunan tüm canlıların en önemli bileşenlerinden biri olan karbonun sürekli hareket etme olayıdır.

Karbon döngüsü; biyosfer, pedosfer, jeosfer, hidrosfer ve atmosfer katmanları arasında gerçekleşir. Jeolojik ve biyolojik bir süreç olan karbon döngüsü; solunum, fotosentez, aşınma, ayrışma, yakma ve beslenme gibi yaşam faaliyetleri sonucunda meydana gelir. Karbon döngüsü ayrıca hızlı karbon döngüsü ve yavaş karbon döngüsü olmak üzere kendi içinde ikiye ayrılır.

Hızlı Karbon Döngüsü

Hızlı karbon döngüsü temel olarak karbonun bir yaşam süresi boyunca döngüden geçmesi olarak tanımlanır. Bir başka deyişle hızlı karbon döngüsü, karbonun dünyadaki yaşam formları ya da biyosferdeki hareketidir. Bu bilgi ışığında her yıl 1.000 ila 100.000 milyon metrik ton arasında karbon, hızlı karbon döngüsünden geçer.

Hızlı karbon döngüsünün ana bileşenlerini fitoplanktonlar (okyanustaki mikroskobik organizmalar) ve bitkiler oluşturur. Bitkiler ve fitoplanktonlar, atmosferdeki karbondioksiti emerek hücrelerine alır. Bitkiler karbondioksitin bir kısmından ve güneşten gelen enerjiden yararlanarak glikoz ve oksijen üretimi gerçekleştirir. Reaksiyonda salınan karbondioksit genellikle atmosfere karışır.

Bitkilerin karbondioksiti oksijene dönüştürme olayı kimyasal bir reaksiyondur ve şu şekilde formülize edilir:

6 CO2 + 6 H2O + enerji –> C6H12O6 + 6 O2

Bitkilerin ve fitoplanktonların sağladığı döngü dışında, diğer canlıların enerji sağlamak amacıyla bitkileri tüketmesi de hızlı karbon döngüsüne zemin hazırlar. Bitkilerin ve planktonların tüketilmesiyle dokularında bulunan bitki şekeri parçalanır. Büyüme döneminin sonuna gelen bitkiler ile planktonlar ölür ve çürür. Bu durumda oksijen şekerle birleşerek su, karbondioksit ve enerji açığa çıkarır.

Bu kimyasal tepkime de şu şekilde formülize edilir:

CH 2 O + O 2 = CO 2 + H 2 O + enerji

Hızlı karbon döngüsü, temel olarak bitki yaşamıyla paralellik gösterir. Bu nedenle bitkilerin büyümesi ya da ölüp çürümesi üzerinde etkili olan mevsimler, hızlı karbon döngüsü açısından önem kazanır. Örneğin, kuzey yarım kürede kış mevsimi yaşanırken az sayıda bitki büyür. Ölen ya da çürüyen bitki sayısı ise çoğalır. Bu durumda atmosferdeki karbondioksit oranı yükselir. İlkbaharın gelmesiyle bitkiler yeniden büyüme dönemine girer. Bu mevsimde atmosferdeki karbondioksit oranı düşer.

Yavaş Karbon Döngüsü

Karbonun, bir dizi tektonik aktivite ve kimyasal reaksiyon aracılığıyla girdiği döngü, yavaş karbon döngüsü olarak adlandırılır. Bu döngünün temelinde karbonun; toprak, kayalar, okyanus ve atmosfer arasında hareket etmesi yatar. Karbon, bu katmanlar arasında oldukça yavaş hareket eder ve bu döngüyü tamamlaması yaklaşık olarak 100-200 milyon yıl sürer. Ortalama olarak her yıl 10-100 milyon metrik ton karbon, yavaş karbon döngüsünden geçer.

Yavaş karbon döngüsünde karbonun atmosferden litosfere hareketi yağmurla başlar. Atmosferdeki karbon suyla birleşip zayıf bir asit (karbonik asit) oluşturur ve yağmurla beraber yeryüzüne düşer. Yağmurun içindeki bu asit, kayaları çözmeye başlar. Bu kimyasal aşınma sonucunda potasyum, kalsiyum, sodyum ve magnezyum iyonları serbest kalır. Serbest kalan iyonlar da nehirler aracılığıyla okyanuslara taşınır. Okyanustaki kalsiyum iyonları, bikarbonat iyonlarıyla birleşerek kalsiyum karbonatın ortaya çıkmasını sağlar. Kalsiyum iyonlarının, kalsiyum karbonata dönüşmesini sağlayan organizmalar (mercanlar ve planktonlar gibi) öldükten sonra deniz tabanına batar. Bu organizmaların tortu ve kabukları da zamanla kayaya dönüşür. Oluşan kireç taşı ve türevleri de karbonunun depolanmasını sağlar.

Karbon içeren kaya türlerinin %80’i bu kimyasal tepkime sonucunda meydana gelir. Kalan %20’lik kısım organik karbon içerir. Çamur katmanlarına gömülen canlılardan oluşan bu organik karbon, basıncın ve ısının etkisiyle milyonlarca yıl boyunca sıkışır. Bunun sonucunda tortul kayaçlar oluşur. Bazı özel durumlarda tortul kayaçlar yerine kömür, petrol ve doğal gaz gibi fosil yakıtlar da oluşur.

Kireç taşı kayalarının oluşmadığı durumlarda ise kabuklu deniz canlılarından gelen karbonat ve bikarbonatlar, karalardan gelen karbonlarla birleşir. Deniz tabanındaki tortullara aktarılarak burada depolanabilir. Depolanan bu karbon, atmosfer yeniden karbona ihtiyaca duyana kadar yüzlerce hatta binlerce yıl deniz tabanında bekleyebilir. Atmosferdeki karbon miktarının azalmasıyla okyanustan atmosfere karbondioksit gazı verilerek yeniden karbon döngüsüne dâhil edilir. Ayrıca bu durumun tam tersi de yaşanabilir. Atmosferdeki karbon oranı yükseldiğinde okyanuslar fazla karbon miktarını emer ve depolama yapmaya devam eder.

Yavaş karbon döngüsünün bir diğer türünü de volkanlar oluşturur. Dünyadaki su ve kara yüzeyleri, hareket hâlindeki kabuk levhalar üzerinde konumlanır. Bu levhalar çarpıştığında biri diğerinin altına batar. Bu jeoloji olayı sonucunda levhanın taşıdığı kayalar, yüksek basınç ve ısı karşısında erir. Isınan kayalar da silikat minerallerine dönüşerek karbondioksit salınımı gerçekleştirir.

Volkanlar patladığında gazı atmosfere boşaltır ve karbon döngüsünü yeniden başlatmak için toprağı taze silikat kayayla kuşatır. Günümüzde her yıl volkanik patlamaların etkisiyle 130 ila 380 milyon metrik ton karbondioksit atmosfere yayılır. İnsanların fosil yakıt kullanarak yaydığı karbondioksit miktarı ise yaklaşık 30 milyar tondur. Yani volkanik patlamalar sonucunda oluşan karbondioksit miktarından 100 ila 300 kat daha fazladır.

Ancak doğa; atmosfer, kara ve okyanus arasındaki bu karbon döngüsünü düzenler. Bu duruma örnek vermek gerekirse volkanik patlamalardan kaynaklı olarak atmosferdeki karbondioksit miktarı artış gösterirse sıcaklıklar da artar ve dünyaya daha fazla yağış düşer. Yağmurların etkisiyle daha fazla kaya erir. Ayrıca okyanus tabanına fazla miktarda karbon bırakacak kadar iyon oluşturur. Yavaş karbon döngüsünün kimyasal aşınma yoluyla tekrar dengelenmesi ortalama birkaç yüz bin yıl sürer.

Yavaş karbon döngüsü içerisinde döngüsünü biraz daha hızlı bir biçimde tamamlayan süreçler de bulunur. Bu süreçte öne çıkan katman okyanustur. Suyun havayla bütünleştiği noktada karbondioksit, atmosferle sürekli bir değişim içinde okyanusa karışır ve dışarı atılır. Okyanusa giren karbondioksit su molekülleriyle kimyasal bir tepkimeye girer ve hidrojenin açığa çıkmasına neden olur. Bunun sonucunda okyanus daha asitli bir yapıya bürünür. Hidrojen de kaya aşınması sonucu açığa çıkan karbonatla tepkimeye girerek bikarbonat iyonları üretir.

Sonuç olarak karbon birçok yolla atmosferde döngüye girer. Hızlı ve yavaş karbon döngüsünü sağlayan bu süreçlerde canlıların hem dolaylı hem doğrudan etkisi bulunur.

Karbon Döngüsü Sağlayan Ana Süreçler Nelerdir?

Karbon döngüsünün gerçekleşmesini sağlayan bazı temel süreçler bulunur. Bu süreçler şu şekilde özetlenebilir:

Fotosentez: Bitkiler fotosentez yaparak oksijen ve besin üretmek için güneş ışığı, su ve karbondioksit kullanır. Fotosentez sürecinde atmosferde bulunan karbondioksit, bitkilerin dokularında depolanır.

Solunum: Dünyada yaşayan bütün canlılar solunum yoluyla besinleri parçalar ve enerji üretir. Solunum sürecinde bitkilerin depoladığı karbondioksit yeniden atmosfere salınır.

Yanma: Başta fosil yakıtların yakılması olmak üzere orman yangınları ve diğer yangınlar da atmosfere daha fazla karbondioksit salınmasına neden olur.

Çökeltme: Okyanuslarda yer alan karbondioksit, zamanla karbonat ve bikarbonat iyonlarına dönüşür. Bu iyonlar okyanus tabanına çöker ve karbondioksit depolanır.

Suda Çözünme: Karbondioksit yapısı gereği suda çözünebilir, karbonat ve bikarbonat iyonlarına dönüşür.

Atık Üretimi: İnsanlar da dâhil olmak üzere bütün canlıların atıkları karbondioksit, metan ve diğer sera gazlarını içerir. Atıkların bünyesindeki bu gazlar atmosfere salınıp sera etkisine sebep olurken karbon döngüsünün de bir türünü meydana getirir.

Yeraltına Gömülme: Hayvan ve bitki kalıntıları milyonlarca yıl içerisinde fosil yakıtlara dönüşür. Ortaya çıkan bu fosil yakıtların kullanılarak enerjiye dönüştürülmesi karbondioksitin ortaya çıkmasına ve karbon döngüsünün tamamlanmasına zemin hazırlar.

Karbon Nerelerde Depolanır?

Karbon, döngüye girmediği ve karbondioksit olarak açığa çıkmadığı durumlarda depolanır. Karbonun depolama alanları genel olarak atmosfer, su kütleleri ve yer küredir. Karbon yer kürede genellikle petrol, kömür ve kireç taşlarının yapısında bulunur. Atmosferde karbondioksit olarak bulunan karbon, suda da hem karbondioksit hem bikarbonat olarak bulunur.

Karbonun depolandığı yerler şu şekilde sıralanabilir:

• Atmosfer,
• Okyanus yüzeyi ve derinlikleri,
• Kerojen,
• Biyosfer (canlı ve ölü biyokütle),
• Fosil yakıtlar.

Tüm depolama alanları arasındaki karbon miktarı zamanla değişiklik gösterir. Bu değişimlerin altında biyolojik, kimyasal, fiziksel ve jeolojik süreçler yatar. Ancak alanlar arasındaki karbon miktarı değişse de ekosistemler arasındaki karbon alışverişi son derece dengelidir.

Karbon Döngüsünün Sürdürülebilirlik Açısından Önemi

Karbon döngüsü, dünyadaki yaşamın sekteye uğramaması için olmazsa olmaz bir süreçtir. Gezegendeki karbon döngüsünün bozulması başta biyolojik çeşitliliğin yitirilmesi ve iklim değişikliği olmak üzere birtakım çevresel sorunlar meydana getirir. Bunun sonucunda da canlıların yaşam alanı tehdit edilmeye başlar. Bu nedenle karbon döngüsünün sorunsuz bir biçimde gerçekleşmesi gerekir. Karbon döngüsünün sürdürülebilir bir hâle gelmesi için küresel ölçekten bireysel bilinç kazanılmasına kadar yoğun bir uğraş gereklidir.

Günümüzde sera gazı emisyonlarının artması ve ormanların tahrip edilmesi karbon döngüsünün bozulmasına zemin hazırlar. Karbon döngüsünün en önemli sonuçlarından biri de iklim değişikliğidir. Özellikle sera gazı emisyonu salınımının çoğalması, atmosferdeki karbondioksit miktarının artmasına sebep olur. Bunun sonucunda da iklim değişikliği ve küresel boyuttaki sıcaklık artışı hız kazanır.

Karbon döngüsünün bozulmaması ve buna bağlı olarak dünyadaki yaşamın sürdürülebilirliğini sağlamak adına enerji verimliliği artırılmalı, sera gazı emisyonları azaltılmalı, orman ve biyolojik çeşitlilik korunmalıdır. Böylelikle olası çevre sorunlarının da önüne geçilebilir.

Atmosferdeki Karbon Oluşumunu Hangi Faktörler Etkiler?

Atmosferde genellikle karbondioksit olarak bulunan karbon, canlıların çok sayıdaki eylemi sonucunda ortaya çıkar. Bu eylemlerin başında solunum, fotosentez, yanma ve fosil oluşumu yer alır. Karbon oluşumunu etkileyen diğer faktörler de şu şekilde sıralanabilir:

• Yanardağlarda meydana gelen volkanik patlamalar,
• Hücresel solunum,
• Su yüzeylerinin hareketliliği,
• Karbonatlı kayaçların çözünmesi,
• Ölen canlıların çözünmesi.

İnsan ve Şirket Faaliyetlerinin Karbon Döngüsüne Etkisi

Sanayi devriminin meydana gelmesi ve endüstri faaliyetlerinin hız kazanması, insanların karbon döngüsü üzerindeki etkisinin artmasına yol açmıştır. Bu çerçevede insan faaliyetlerinin karbon döngüsü üzerindeki doğrudan ve en büyük etkisi fosil yakıtların kullanımından kaynaklanır. Fosil yakıtların yanmasıyla karbon jeoferden atmosfere doğrudan transfer edilir.

Fosil yakıt kullanımını da yanlış arazi kullanımı ve orman tahribatı takip eder. Bu iki temel yanlış eylem sonucunda atmosferdeki karbondioksit miktarı artar ve bu durum çevresel sorunlara zemin hazırlanır. Fosil yakıt kullanımıyla beraber tarım alanlarının verimli kullanımı ve atık yönetimi konusunda da insanların bilinçlendirilmesi gerekir.

Sanayileşmeyle de ilintili olan bir diğer insan etkisi de kireç taşının kimyasal süreçlerden geçerek çimentoya dönüşmesidir. Bu dönüşüm neticesinde kireç taşındaki kobalt serbest kalır. Karbon döngüsünü etkileyen bir başka insan faaliyeti de okyanuslarda meydana gelen karbon döngüsünde görülür. Ancak bu doğrudan değil, daha çok dolaylı bir etkidir. İklim değişikliklerinin yaşanmasıyla birlikte yüksek okyanus sıcaklıkları oluşur ve okyanustaki ekosistem de değişir. Buna bağlı olarak da atmosferin karbonu emme gücü azalabilir ve biyoçeşitlilik negatif anlamda etkilenebilir.

Endüstri söz konusu olduğunda şirket faaliyetlerinin de karbon döngüsü üzerinde etkili olduğu görülür. Özellikle üretim süreçlerinde fosil yakıtları kullanan şirketler, karbon döngüsüne doğrudan etki eder. Bu nedenle şirketlerin mümkünse yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmesi ya da enerji verimliliğine dair stratejiler geliştirmesi oldukça önemlidir.

Şirketlere dair bir diğer önemli husus da kaynak kullanımı ve atık yönetimi konusunda izledikleri politikalardır. Şirketlerin; kaynak kullanımında yaşam döngüsünü dikkate almaları, geri dönüşüm konusunda hassas davranmaları ve sürdürülebilirlik politikalarını gözeterek negatif çevresel etkileri asgari düzeye indirgemeleri gerekmektedir.

Karbon Döngüsünü Etkilemenin Sonuçları

İnsanların, kurumların ve şirketlerin faaliyetleri sonucu artan karbon miktarının bir yere gitmesi gerekmektedir. Şimdiye kadar artan karbonun %55’i okyanus ve kara bitkileri tarafından absorbe edilmiştir. Diğer %45’lik fazla karbon da atmosferde kalmıştır. Zamanla okyanuslar ve kara bitkileri de kalan karbon miktarının büyük bir çoğunluğunu alacaktır fakat bu miktarın %20’si binlerce yıl atmosferde kalmaya devam edebilir. Temel olarak karbon döngüsünde meydana gelen değişikliklerin tamamı hem canlıları hem onların yaşam alanlarını etkiler.

Atmosferdeki Etkileri

Karbondioksit dünyanın sıcaklığını kontrol eden önemli bir gazdır. Bu nedenle başta karbondioksit olmak üzere çeşitli halokarbonlar ve metan gibi sera gazları dünyanın ısınmasına neden olur. Hiç sera gazının bulunmadığı bir durumda dünya donmuş olurdu ve gereğinden çok fazla sera gazının bulunması da dünyanın sıcaklığının 400 derecelere ulaşmasına neden olurdu. Bu sebeple sera gazının atmosferdeki dengesi oldukça önemlidir.

Dünyanın sıcaklığının artması da bazı etkileri beraberinde getirmektedir. Bu etkilerden biri artan sıcaklar nedeniyle okyanuslardan daha fazla suyun buharlaşmasıdır. Buharlaşmayla hava kütleleri genişler ve daha yüksek nem oranları ortaya çıkar. Sonuç olarak atmosferdeki karbon oranı arttıkça sıcaklık ve nem artışı da devam eder.

Karadaki Etkileri

Karada yetişen bitkiler, insanların atmosfere saldığı karbondioksitin miktarının yaklaşık %25’ini emmiştir ancak bitkilerin absorbe ettiği karbon miktarı her yıl farklılık göstermektedir. Aynı zamanda atmosferde bitkilerin fotosentezde kullanabileceğinden daha fazla karbondioksit bulunması bitkilerin daha fazla büyümesine zemin hazırlamaktadır. Bu olay karbon gübrelemesi olarak da bilinmektedir. Su kıtlığı gibi başka bir çevresel sorun olmadığı müddetçe atmosferdeki karbon oranının iki katına çıkması durumunda bitkilerin yüzde 12 ila yüzde 76 arasında büyüyebileceği öngörülmektedir.

Karadaki karbon emilimini değiştiren unsurlardan biri de tarım arazilerinin kullanımıyla alakalıdır. Modern tarımla beraber daha az arazide daha fazla yiyecek yetiştirme dönemi başlamıştır. Kullanılmayan tarım arazileri da ormana dönüşmeye devam etmektedir. Bu ormanlar çok daha fazla karbon depolamaktadır. Dünyanın birçok noktasında orman yangınları kontrol altına alınarak karbonun atmosfere karışmasının önüne geçilmektedir. Kara bitkilerinin gelişimi ve ormanların korunması da insan kaynaklı artam karbon miktarının emilmesine yardımcı olmaktadır. Tropikal bölgelerdeyse durum daha farklıdır. Önlenemeyen orman yangınları sonucunda ormanlar yok edilmektedir ve karbondioksit salınımı artmaktadır.

Bu çerçevede karbon döngüsünde meydana gelen değişikliklerin iklim değişikliğine zemin hazırlaması da güçlü bir ihtimaldir. Karbondioksit etkisiyle artan sıcaklık ve nem, mevsimlerin uzamasına yol açmaktadır. Ayrıca bu durum toprak ısınmasına da sebep olmaktadır. Toprak ısındığı zaman organik maddeler çürür, karbon da metan ve karbondioksit formunda atmosfere yayılır.

Okyanustaki Etkileri

İnsan kaynaklı artan karbondioksitin yaklaşık %30’u doğrudan kimyasal değişim yoluyla okyanusa yayılmıştır. Okyanustaki karbondioksit miktarının artması asit oranının artmasına da neden olmuştur. Okyanus suyunun asitlenmesinin iki farklı sonucu bulunur. Birincisi, karbonik asidin sudaki karbonat iyonlarıyla kimyasal tepkimeye girmesi sonucunda bikarbonat oluşmasıdır. Bu durum bazı hayvanların kabuk oluşturmak için ihtiyaç duyduğu kalsiyum karbonat miktarını azaltabilir. Bunun sonucunda hayvanların kabukları da daha ince ve kırılgan bir hâle gelir.

İkinci dikkat çeken sonuçsa suyun asit oranının artmasıyla kalsiyum karbonatı çözme gücünün de artmasıdır. Böylelikle uzun vadede okyanus daha fazla karbondioksit emebilir hâle gelir. Fakat aynı şekilde okyanus suyunun asitlenmesi, deniz organizmalarının kabuklarının çözülmesine ve zayıflamasına da neden olur. Okyanus suyunun ısınması ayrıca serin ve besin açısından zengin sularda büyüme imkânı bulan fitoplanktonların azalmasına da sebep olabilir.

QuickCarbon ile Karbon Ayak İzinizi Hesaplayın

QuickCarbon olarak kurumsal kimliğinize çevre dostu bir imaj kazandırmak ve firmanızı sürdürülebilir bir yapıya kavuşturmak için ISO 14064-1:2018 Standardı ve GHG Protocol’e göre hesaplama ve raporlama çözümleri geliştiren bir yazılım sunuyoruz. Siz de QuickCarbon ile kurumsal ayak izinizi hesaplayabilir, daha sürdürülebilir bir gelecek için gerekli adımları atabilirsiniz.