물질 탄소 질소 순환 쉽게 이해하기

생태계에서는 생물이 비생물 환경과 끊임없이 물질을 주고받으며 물질 순환이 일어나고 있습니다. 물질은 생태계 밖에서 들어오는 것의 거의 없기 떄문에 생태계에서의 물질 순환이 원활하게 이루어져야 생태계가 안정적으로 유지될 수 있습니다.

 물질순환은 생태계 안에서 물, 산소, 탄소, 질소 등과 같은 물질이 끊임없이 순환하는 과정을 의미합니다. 우리가 숨을 쉬고, 먹고, 마시는 모든 활동에 이 순환이 포함되어 있습니다.

1. 탄소 순환

 탄소는 탄수화물, 단백질, 지방 등의 유기물을 구성하는 원소로, 광합성과 호흡을 통해 생물과 비생물 환경 사이를 순환합니다. 즉 대기, 생명체, 물, 땅 사이를 계속해서 순환하는 과정을 탄소순환이라고 합니다.

 탄소순환 과정은 크게 4가지로 구분할 수 있습니다. 첫째, 대기와 물속의 이산화탄소에 포함된 탄소는 생산자의 광합성에 통해 포도당과 같은 유기물로 합성됩니다. 둘째, 생산자에 의해 합성된 유기물은 먹이 사슬에 따라 생산자에서 소비자로 이동하면서 생산자를 비롯한 모든 생물의 몸을 구성하는 데 이용되고, 일부는 호흡에 사용되어 유기물 속의 탄소가 이산화탄소의 형태로 방출되어 대기나 물속으로 돌아갑니다. 셋째, 동식물의 사체나 배설물 속의 유기물은 세균이나 균류와 같은 분해자의 호흡에 사용되고, 이 과정에서 유기물 속의 탄소가 이산화탄소의 형태로 방출되어 대기나 물속으로 돌아갑니다. 넷째, 일부 동식물의 사체는 오랜 시간에 걸쳐 석탄, 석유와 같은 화석 연료가 되었다가 연소하면서 그 속의 탄소가 이산화탄소의 형태로 대기 중으로 방출되기도 합니다.

 대기 중의 탄소는 생산자의 광합성을 통해 생물체로 유입되고, 호흡을 통해 대기로 돌아가는 순환을 하므로, 생산자의 광합성을 통해 흡수되는 이산화 탄소의 양과 생산자, 소비자, 분자의 호흡으로 방출되는 이산화탄소의 양이 평형을 이루어야 생태계가 안정적으로 유지됩니다. 하지만 숲의 벌채 등으로 식물의 광합성량이 감소하고 석탄, 석유와 같은 화석 연료의 사용이 증가하여 대기 중의 이산화 탄소 농도가 증가하고 있으며, 이는 지구 온난화를 일으키는 원인이 되고 있습니다.

 

* 지구 온난화 : 지구의 평균 기온이 점점 올라가는 현상을 의미합니다. 대기 중의 이산화탄소, 수증기, 오존 등이 지표에서 우주로 방출되는 복사 에너지를 대부분 흡수하여 대기의 온도를 높게 유지되는데 이를 온실 효과라고 합니다. 하지만 대기 중의 이산화탄소 농도 등이 증가하여 온실 효과가 높아짐에 따라 지구의 평균기온이 상승하는 것을 지구온난화라고 합니다. 지구 온난화로 인해 평균 기온 상승과 기상이변이 발생하고 생물 다양성 감소가 초래되는 등 여러 가지 문제를 야기하고 있습니다.

 

2. 질소 순환

 질소는 생물체 내에서 단백질, 핵산 등을 구성하는 원소로 질소 기체는 대기를 구성하는 기체 중 약 78%를 차지하고 있습니다. 하지만 대기 중 질소 기체는 매우 안정되어 대부분의 생물이 이용하기 어렵습니다. 대기 중의 질소는 질소고정, 질산화 작용, 질소 동화작용, 탈질산화 작용을 통해 생물과 비생물 환경 사이를 순환하고 있습니다.

 질소 순환 과정은 크게 질소고정, 질산화작용, 질소 동화작용, 탈질산화 작용으로 구분할 수 있습니다. 질소고정은 대기 중의 질소가 번개와 같은 공중 방전에 의해 질산이온으로 전환되기도 하지만 대부분 토양 속 뿌리혹박테리아 등의 질소 고정 세균에 의해 암모늄 이온으로 전환됩니다. 질산화 작용은 질소 고정으로 생성된 암모늄 이온을 질산화 세균에 의한 질산화 작용을 거쳐 질산이온으로 전환됩니다. 질소 동화 작용은 토양 속의 암모늄 이온이나 질산이온을 식물 뿌리로 흡수하여 핵산, 단백질 등의 질소 화합물이 합성되는 것을 의미합니다. 식물이 합성한 질소 화합물은 먹이 사슬에 따라 소비자에게 전달됩니다. 탈질산화 작용은 생물의 사체나 배설물에 포함된 단백질과 같은 질소 화합물이 분해자인 균류와 세균에 의해 암모늄이온으로 분해되어 토양으로 되돌아가는 것을 뜻합니다. 이후 식물의 뿌리로 흡수되어 순환하거나 질산이온으로 전환되어 탈질산화 세균에 의한 탈질산화 작용을 거쳐 질소 기체가 되어 대기 중으로 돌아갑니다.