8. Aineet kiertävät elottoman ja elollisen luonnon välillä

Tärkein kappaleesta oppimamme asia oli se, miten elämälle välttämättömät hiili, happi, typpi ja fosfori kiertävät elottoman ja elollisen luonnon välillä. Fotosynteesissä syntyy happea, jota sitten tuottajat ja kuluttajat käyttävät soluhengityksessään. Hapen kiertokulkuun liittyy läheisesti myös hiilen kiertoon, sillä hiiltä sitoutuu fotosynteesissä ja vapautuu soluhengityksessä. Kasvinsyöjät, pedot ja hajottajat vapauttavatkin ilmakehään hiilidioksia, jota tuottajat tarvitsevat sitten fotosynteesiin. Ilmakehässä sekä maaekosysteemien, merten ja sisävesien pintakerrosten biomassoissa olevaa hiiltä kutsutaan nopeakiertoiseksi hiileksi, jonka varastoja kutsutaan taas lyhytaikaisiksi varastoiksi. Vain pieni osa maapallon hiilestä on nopeakiertoista hiiltä, kun taas suurin osa maapallon hiilestä on varastoitunut pitkäaikaisiin varastoihin, kuten maaperän karbonaatteihi ja fossiilisiin polttoaineisiin. Myös valtamerten syvyyksissä on suuria hiilivarastoja, joita kutsutaan pitkäaikaisiksi varastoiksi hitaan kiertonsa ansiosta.

 Typpeä on erilaisina yhdisteinä ilmassa, vedessä, maaperässä ja eliöissä. Ilmakehässä typpeä on noin 78%, mutta useimmat eliöt eivät pysty sitä kuitenkaan sellaisenaan hyödyntämään, koska typpimolekyyli on kolmoissidoksensa takia erittäin pysyvä molekyyli. Koska typpeä on siis maaperässä niukasti, se on useimmille kasveille eniten kasvua rajoittava tekijä eli minimitekijä. Typen puute näkyy kasvien kasvun heikkenemisenä ja lehtien kellastumisena. Typpi kiertää elävissä eliöissä tuottajilta hajottajille, jotka sitten muuttavat orgaanisen aineen typpiyhdisteet tuottajille sopivaan muotoon. Ilmakehän typpeä pystyy biologisesti sitomaan vain eräät typinsitojabakteerit, kuten syanobakteerit. Typpeä vapautuu ilmakehään tulivuoren purkauksista ja denitrifikaatiobakteerien toiminnasta. Ilmakehän typpeä sitoutuu abioottisesti salamoinnin yhteydessä typenoksideiksi ja myöhemmin nitraatti-ioneiksi kasvien käyttöön.

 Fosforia on soluissa ATP-molekyylien, nukleiinihappojen ja solukalvojen rakennusaineina. Se on myös eläinten luiden ja hampaiden rakennusaine. Fosforin elottoman luonnon varastot sijaitsevat fosfaatteina kallioperässä, jonka rapautuessa siitä irtoaa fosfaatteja maaperään ja vesiin. Typen ohella myös fosfori on tuottajien kasvua rajoittaja minimitekijä, sillä luonnonvaraisissa ekosysteemeissä sitä on yleensä niukasti saatavilla tuottajien käyttöön, koska se on huonosti liukeneva ja se sitoutuu helposti maaperässä maahiukkasiin ja vesien pohjalietteeseen. Fosforin kierto alkaa siitä, kun kasvit ottavat maaperästä fosforia fosfaattina. Tuottajilta fosfori siirtyy sitten orgaanisena fosforina kuluttajille ja hajottajille. Fosforia huuhtoutuu maaperästä vesistöihin sekä kallioperän rapautuessa. Hapettomissa oloissa pohjalietteeseen sitoutunutta fosforia pääsee vapautumaan myös veteen.
 

 Kappaleestä esiin tuli käsite denitrifikaatio, jolla tarkoitetaan typpiyhdisteiden pilkkoutumista anaerobisten denitrifikaatiobakteerien aineenvaihduntareaktioissa, jolloin typpikaasua pääsee vapautumaan ilmakehään.

Kirjan tehtävä 4 s. 91 Hajottajien toiminta

Mikä merkitys hajottajilla on maaekosysteemeissä? Miten eri eliöryhmät osallistuvat hajotustapahtumaan?

Hajottajia ovat mm. bakteerit, sienet, madot ja monet hyönteiset. Niiden merkitys maaekosysteemeissä on merkittävä, sillä hajottajien ansiosta aineiden kierto on mahdollista. Hajottajien (sienet ja bakteerit) ansiosta esimerkiksi typpiyhdisteet saadaan myös tuottajille käyttökelpoiseen muotoon, mikä on välttämätöntä eliöiden elämisen kannalta.  Hajottajabakteerit tuottavat hajotuksessa fosfaatteja, jotka pidättyvät maaperään, päätyvät kasvien käyttöön ja edelleen uusiin ravintoketjuihin. Hajottajien merkitys hapen kierrossakin on suuri, sillä hajottajat ottavat maaperästä happea ja vapauttavat sitten hiilidioksidia käytettäväksi fotosynteesiin.

Iira Väänänen ja Marika Rissanen