Tärkein asia, jonka kappale on opettanut, on orgaanisten ja epäorgaanisten aineiden kierkokulku ekosysteemeissä. Aineiden kiertokulku noudattaa eräänlaista perusmallia, joka alkaa tuottajista, eli kasveista. Tuottajilta aineet jatkaa matkaa 1. asteen kulttajille, eli kasvinsyöjille ja niiltä edelleen 2. kuluttajille, eli pedoille. Sekä 1.- että 2. asteen kuluttajia ja kasveja taas käyttää ravintonaan huippupedot, jolloin aineiden kiertokulku jatkaa matkaansa huipuupetoihin, kuten haukka, ihmiset. Näitä kaikkia edellisiä taas puolestaan hyödyntää hajottajat, jotka taas jatkaa aineiden kiertokulkua takaisin kasveille ja niin edelleen. Ja aina kasvien kohdalla kasvit saa uuttakin ainesta esim. kallio- ja maaperästä ja ilmakehästä.
Kappeleen käsitteitä:
denitrifikaatio:
Denitrifikaatio on tärkein typpeä luonnosta poistava prosessi. Siinä nitraatti-typpi (NO3) muuttuu bakteerien vaikutuksesta kaasumaiseksi typeksi (N2). Denitrifikaatio ei käynnisty ilman veden nitraattia. Sedimenteissä olevien bakteerien hajottaessa pohjalle laskeutuvaa eloperäistä ainesta vapautuu huokosveteen ammonium-typpeä nitraatiksi. Denitrifoivat bakteerit muuttavat typen kaasuksi. Vähitellen typpikaasu kohoaa sedimenteistä ja vedestä sekoittuen ilman typpivarastoon. Typen poistoa säätelevät merenpohjan sedimenttien hapettomat ja hapekkaat kerrokset, orgaanisen aineksen laatu ja määrä sekä ravinteiden pitoisuudet vedessä ja sedimentissä.
Fosforin kierto:
Fosfori on merkittävä kasviravinne ja usein minimiravinteena järvissä eli sen lisääntyessä kasvien ja levien kasvu kiihtyy. Tämän vuoksi valuma-alueelta tuleva liiallinen fosfori aiheuttaa järvissä rehevöitymistä. Kasvit ja levät hyödyntävät kasvussaan fosforia epäorgaanisessa fosfaattimuodossa.
Fosforin kierto:
Fosfori on peräisin fosforipitoisista kivilajeista, joista se lähtee liikkeelle rapautumalla tai fosforia otetaan maaperästä kaivostoiminnassa.
Huuhtouminen -> Fosfori ei lisäänny ekosysteemissä vaan sitä vapautuu hitaasti koko ajan kallioperästä ja huuhtoutuu vesistöihin.
Kasvien ja levien ravinteiden otto -> kasvit ja levät hyödyntävät fosforia fosfaattifosforina.
Eläinten ravinteiden otto -> fosfori kiertää ekosysteemissä tuottajista kuluttajiin.
Mikrobihajotus -> hajottajat muuttavat kuolleiden kasvien ja eläinten sekä eläinten jätteiden sisältämän fosforin jälleen kasveille ja leville soveltuvaan muotoon.
Sedimentaatio -> lopulta fosfori sedimentoituu eli kerrostuu vesistöjen pohjaan.
Sisäinen kuormitus -> järven pohjalle sedimentoitunut fosfori pysyy hapellisissa oloissa sitoutuneena pohjasedimenttiin. Rehevässä järvessä järven pohjaan vajoavat levämassat kuluttavat hajotessaan pohjan läheistä happea. Hyvin alhaisissa happipitoisuuksissa ja hapettomissa oloissa fosforia alkaa vapautua sedimentistä veteen ja järvi alkaa kuormittaa itseään.
Ihmisen toiminnan vaikutus fosforin kiertoon: kaivostoiminnan lisäksi pelloille lisättävistä fosforilannoitteista syntyy vesistökuormitusta. Lannoituksen runsas käyttö lisää fosforin huuhtoutumista pelloilta vesistöihin. Lisäksi jätevesien mukana pääsee fosforia vesistöihin etenkin haja-asutusalueilta.
Hiilen kiertokulku:
Kasvit ottavat ilmasta hiilidioksidia ja muuttavat sen biomassaksi, jossa on hiilivetyjä. Osa biomassasta joutuu eläinten syömäksi ja hajoaa. Eläimet hengittävät ilmakehään hiilidioksidia ja päästävät mädäntyessään metaania CH4. Hiilidioksidi ja metaani ovat molemmat kasvihuonekaasuja, jotka vaikuttavat maapallon ilmastoon.
Hiiltä kivettyy kivihiileksi maatuneesta kasvibiomassasta. Kivettynyt hiili pysyy kallioperässä hyvin pitkään, jopa miljardeja vuosia. Joet kuljettavat hiiltä mereen. Meren mannerlaatat liikkuvat magmaksi mantereen alle. Hiiltä muuttuu kalsiumkarbonaatiksi CaCO3 muun muassa meren kalkkieläimissä. Tulivuorenpurkaukset vapauttavat hajonneesta karbonaatista irronnutta hiilidioksidia CO2.
Maapallossa on hiiltä noin 140 000 kertaa se määrä mitä elävissä eliöissä. Melkoinen osa Maan hiilestä sitoutuu kalkkikiveen CaCO3 meren eliöiden toiminnan tuloksena. Hiili tulee ilmakehän hiilidioksidista. Monien silikaattikivien rapautuminen karbonaateiksi kuluttaa hiilidioksidia. Joet kuljettavat liuenneita hiiliyhdisteitä meriin. Arvellaan, että ilmakehässä on hiiltä hiilidioksidissa rapautumista varten 10 000 vuodeksi. Tulivuoret purkavat uutta hiilidioksidia tilalle. Merenpohjan kerrostumiin vajonnut hiili palaa kiertoon viimeistään noin 200 miljoonassa vuodessa, koska vajoaa viimeistään tässä ajassa mannerlaatan alle, jossa hiili kaasuuntuu ja tulee kaasuna ulos
Typen kierto luonnossa on tärkeä osa ravintoketjuja ja erilaisten ekosysteemien toimintaa. Typpi on elämälle tärkeä alkuaine, sitä on kaikissa aminohapoissa ja proteiineissa. Kasveissa iso osa typestä on lehtivihreämolekyyleissä, jotka ovat yhteyttämisen keskeinen tekijä.
Ilmasta 78% on typpeä, mutta useimmat eliöt eivät voi sitä suoraan käyttää hyväkseen. Eräät bakteerit sitovat typpeä (N2) vedyn kanssa ammoniakiksi (NH3), jonka toiset bakteerit muuttavat nitriitiksi (NO2), jonka kolmannet muuttavat nitraatiksi (NO3), joka sitoutuu aminohappoihin ja edelleen proteiineihin. Eläimet saavat kaiken typpensä syömällä kasveja tai kasvinsyöjiä tai kasvinsyöjäsyöjiä, riippuen siitä, missä kohti ravintoketjua ne elävät.
Eläinten eritteissä ja kuolleissa eliöissä on typpiyhdisteitä. Erikoistuneet bakteerit hajottavat näitä proteiineja, ja vapauttavat jälleen happea ilmakehään. Typen kierrossa erilaiset bakteerit ovatkin tärkeimmässä osassa.
Typpikaasusta ammoniakkia tekeviä bakteereita on vähän, ammoniakista nitriittejä tekeviä eli nitrifioivia bakteereita taas on maaperässä niin paljon, ettei maassa ole juurikaan vapaata ammoniakkia. Jos meren pohjasedimentissä on tarpeeksi happea, näin käy myös meressä. Itämeren syvillä alueilla on happikatoa, ja siellä veteen jää ammonium-typpeä, joka voi ruokkia leväkukintoja.
Ihmiskunta vaikuttaa aktiivisesti typen kiertoon käyttämällä maanviljelyssä typpilannoitteita. Liian iso määrä typpiyhdisteitä on pahaksi, sillä ne rehevöittävät vesistöjä. Itämeressä lasketaan että ihmisperäinen typpilannoitus ja polttoprosessit ovat yli kaksinkertaistaneet luonnollisen typen kierron. Typpioksiduuli N2O, jota pääsee luontoon keinolannoitteista, on hiilidioksidin ja metaanin jälkeen kolmanneksi tärkein ihmisperäinen kasvihuonekaasu.
Ratkaisu: Hiilidioksidin määrän eron syinä ovat kasvit, sillä ne ei yhteytä talvella. Hiilidioksidipitoisuus alenee kesää kohti mentäessä, koska kasvit yhteyttävät kesällä.
Tropiikin ja etäläisen pallonpuoliskon erot ovat, että tropiikissa kasvit yhteyttävät ympäri vuoden, mutta pohjoisessa ei, joten eteläisellä pallonpuoliskolla lämmitys ei tuota yhtä paljon hiilidioksidia ilmakehään.
REHEVÖITYMINEN:
Rehevöitymisellä tarkoitetaan kasvillisuuden liiallisen ravinnesaannin aikaansaamaa perustuotannon lisääntymistä. Vesistöjen rehevöityminen johtaa veden samenemiseen, vesikasvien lisääntymiseen, vesistöjen umpeenkasvuun, ranta-alueiden rihmalevien kasvuun, suurien leväkukintojen esiintymiseen, talviseen happikatoon sekä kalaston ja muun eliöstön muutoksiin.
Rehevöitymisen syynä ovat kasvien tarvitsemat ravinteet, typpi ja fosfori, joita joutuu ympäristöön muun muassa maatalouden valumavesien mukana, teollisuus- ja yhdyskuntajätevesien mukana, kalankasvattamoilta ja laskeumana ilmasta. Typpi on rehevöitymistä rajoittava minimiravinne suurimmassa osassa Itämerta.
Liiallinen lannoittaminen johtaa ravinteet vesistöihin, mikä rehevöittää järviä ja jokia.
Alkuun päässeen rehevöitymisen pysäyttäminen vesistössä on ongelmallista. Vaikka kuormitusta pystyttäisiin vähentämään, vesistön pohjasedimentteihin varastoituneet ravinteet saattavat palautua uudelleen kasvillisuuden käyttöön. Orgaanisen aineksen vajoamisen seurauksena mikrobien aerobinen hajotustoiminta lisääntyy pohjasedimentissä, mikä johtaa hapen loppuun kulumiseen pohjasedimentissä. Rehevöitymisen seurauksena pohjasedimenttiin syntynyt hapeton tila voi muuttaa ravinteita uudelleen liukoiseen muotoon. Tätä ilmiötä kutsutaan vesistön sisäiseksi kuormitukseksi.
Itämeren hapettomuus oli jo 1000-luvulla iso ympäristöongelma. Syynä ei tällöin ollut ihmisen toiminta, vaan paikallisen ilmaston vaihtelut. Pari astetta kylmemmän veden jaksona (1450–1850) happitilanne oli parempi. Vaikka Itämeren alueen typpikuormitus on vähentynyt 1990-luvun alkupuolelta lähtien ja fosforin osalta 1980-luvulta lähtien, rehevöitymisessä on havaittu laantumisen merkkejä vain lähinnä paikallisella tasolla suurten pistekuormittajien päästöjen vähennyttyä.
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti