कार्बन साइकिल, नाइट्रोजन चक्र और गंधक चक्र पर लघु नोट्स (2158 शब्द)
कार्बन चक्र, नाइट्रोजन चक्र और सल्फर चक्र पर संक्षिप्त नोट्स!
विभिन्न पोषक तत्वों और धातुओं सहित विभिन्न सामग्री पारिस्थितिक तंत्र में चक्रीय तरीके से चलती हैं। सामग्रियों के प्रमुख भंडार या भंडारण डिब्बे को जलाशयों के रूप में जाना जाता है। जब किसी पोषक तत्व का प्रमुख भंडार वायुमंडल में होता है, तो इसे गैसीय चक्र के रूप में जाना जाता है, उदाहरण के लिए, नाइट्रोजन चक्र, जिसमें नाइट्रोजन गैस (एन 2) के रूप में इसका जलाशय वायुमंडल का लगभग 78% है।
जब जलाशय पृथ्वी की पपड़ी या तलछट में होता है, तो इसे तलछटी चक्र के रूप में जाना जाता है, फॉस्फोरस चक्र-जिसका फॉस्फेट चट्टानों के रूप में आरक्षित है। सल्फर चक्र एक मध्यवर्ती प्रकार का एक उदाहरण है, जिसमें मिट्टी और वायुमंडल दोनों में जलाशय है।
सामग्री को एक जलाशय से दूसरे में स्थानांतरित करना भौतिक एजेंटों जैसे पवन या गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा द्वारा संचालित हो सकता है। यह रासायनिक ऊर्जा के कारण भी हो सकता है, उदाहरण के लिए, जब जल निकाय संतृप्ति तक पहुंचता है-जलाशय रासायनिक रूप से भरा हुआ है और इसलिए, अब इसे इस तरह से पकड़ नहीं सकता है।
फिर सामग्री को आमतौर पर बाहर निकाल दिया जाता है। किसी जलाशय में एक पदार्थ (किसी पदार्थ का अणु) के रहने का औसत समय उसके निवास समय के रूप में जाना जाता है।
कार्बन, नाइट्रोजन, सल्फर, ऑक्सीजन, हाइड्रोजन, फास्फोरस आदि जैसे पोषक तत्व बायोटिक और अजैव घटकों के माध्यम से वृत्ताकार मार्गों में चलते हैं और इन्हें जैव-रासायनिक चक्र के रूप में जाना जाता है।
जल भी एक चक्र में चलता है, जिसे हाइड्रोलॉजिकल चक्र के रूप में जाना जाता है। पोषक तत्व खाद्य श्रृंखला के माध्यम से आगे बढ़ते हैं और अंततः डिटरिटस डिब्बे (मृत कार्बनिक पदार्थ युक्त) तक पहुंचते हैं जहां विभिन्न सूक्ष्मजीव विघटन करते हैं।
मृत पौधों और जानवरों के विभिन्न व्यवस्थित रूप से बाध्य पोषक तत्वों को सूक्ष्मजीव अपघटन द्वारा अकार्बनिक पदार्थों में परिवर्तित किया जाता है जो पौधों (प्राथमिक उत्पादकों) द्वारा आसानी से उपयोग किए जाते हैं और चक्र नए सिरे से शुरू होता है।
1. कार्बन चक्र:
कार्बन चक्र जैव-जैव रासायनिक चक्र है जिसके द्वारा कार्बन का पृथ्वी के जैवमंडल, पीडोस्फीयर, भू-मंडल, जलमंडल और वायुमंडल के बीच आदान-प्रदान किया जाता है। यह पृथ्वी के सबसे महत्वपूर्ण चक्रों में से एक है और कार्बन को पुनर्नवीनीकरण करने और जीवमंडल और इसके सभी जीवों में पुन: उपयोग करने की अनुमति देता है।
कार्बन चक्र प्रक्रियाओं की एक जटिल श्रृंखला है जिसके माध्यम से अस्तित्व में सभी कार्बन परमाणु घूमते हैं। कुछ दशक पहले जली हुई लकड़ी कार्बन डाइऑक्साइड पैदा कर सकती थी जो प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से एक पौधे का हिस्सा बन गई। जब आप उस पौधे को खाते हैं, तो लकड़ी का वही कार्बन जो जल गया था, वह आपका हिस्सा बन सकता है। कार्बन चक्र कार्बन परमाणुओं का महान प्राकृतिक पुनर्नवीनीकरण है।
कार्बन चक्र के समुचित कार्य के बिना, जीवन के हर पहलू को नाटकीय रूप से बदला जा सकता है। पौधे, जानवर और मिट्टी प्रकृति के बुनियादी चक्रों को बनाने के लिए बातचीत करते हैं। कार्बन चक्र में, पौधे वायुमंडल से कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित करते हैं और इसका उपयोग करते हैं, मिट्टी से प्राप्त पानी के साथ मिलकर, उन पदार्थों को बनाने के लिए जिन्हें उन्हें विकास की आवश्यकता होती है। प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया कार्बन डाइऑक्साइड से कार्बन परमाणुओं को शर्करा में शामिल करती है।
जानवर, जैसे कि खरगोश पौधों को खाते हैं और अपने स्वयं के ऊतकों का निर्माण करने के लिए कार्बन का उपयोग करते हैं। अन्य जानवर, जैसे कि लोमड़ी, खरगोश खाते हैं और फिर अपनी जरूरतों के लिए कार्बन का उपयोग करते हैं। ये जानवर सांस लेते समय कार्बन डाइऑक्साइड को हवा में लौटाते हैं, और जब वे मर जाते हैं, क्योंकि कार्बन सड़न के दौरान मिट्टी में वापस आ जाता है। मिट्टी में कार्बन परमाणुओं का उपयोग एक नए पौधे या छोटे सूक्ष्मजीवों में किया जा सकता है। विनिमय के मार्गों द्वारा परस्पर जुड़े कार्बन के निम्नलिखित प्रमुख जलाशय:
मैं। वातावरण।
ii। स्थलीय जीवमंडल, जिसे आमतौर पर ताजे पानी प्रणालियों और गैर-जीवित कार्बनिक पदार्थों, जैसे मिट्टी कार्बन को शामिल करने के लिए परिभाषित किया जाता है।
iii। महासागरों में विघटित अकार्बनिक कार्बन और जीवित और निर्जीव समुद्री बायोटा शामिल हैं।
iv। जीवाश्म ईंधन सहित तलछट
v। पृथ्वी का आंतरिक भाग, पृथ्वी के मेंटल और क्रस्ट से कार्बन वायुमंडल और जलमंडल में ज्वालामुखियों और भूतापीय प्रणालियों द्वारा छोड़ा जाता है।
कार्बन के वार्षिक आंदोलनों, जलाशयों के बीच कार्बन का आदान-प्रदान विभिन्न रासायनिक, भौतिक, भूवैज्ञानिक और जैविक प्रक्रियाओं के कारण होता है। महासागर में पृथ्वी की सतह के पास कार्बन का सबसे बड़ा सक्रिय पूल है, लेकिन इस पूल का गहरा महासागर हिस्सा बाहरी प्रभाव की अनुपस्थिति में वातावरण के साथ तेजी से आदान-प्रदान नहीं करता है, जैसे कि एक अनियंत्रित गहरे पानी के तेल का रिसाव।
वैश्विक कार्बन बजट कार्बन जलाशयों के बीच या कार्बन चक्र के एक विशिष्ट लूप के बीच कार्बन के आदान-प्रदान (आय और नुकसान) का संतुलन है।
कार्बन को कई तरह से वायुमंडल में छोड़ा जाता है:
मैं। पौधों और जानवरों द्वारा किए गए श्वसन के माध्यम से। यह एक एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया है और इसमें ग्लूकोज (या अन्य कार्बनिक अणु) को कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में तोड़ना शामिल है।
ii। पशु और पौधों के क्षय के माध्यम से। कवक और बैक्टीरिया मृत पशुओं और पौधों में कार्बन यौगिकों को तोड़ते हैं और कार्बन को कार्बन डाइऑक्साइड में परिवर्तित करते हैं यदि ऑक्सीजन मौजूद है, या नहीं तो मीथेन।
iii। कार्बनिक पदार्थों के दहन के माध्यम से जो कार्बन को ऑक्सीकरण करता है, उसमें कार्बन डाइऑक्साइड (और पानी की वाष्प जैसी अन्य चीजें) का उत्पादन होता है। कोयला, पेट्रोलियम उत्पादों जैसे जीवाश्म ईंधन को जलाने से कार्बन डाइऑक्साइड निकलता है। एग्रो ईंधन जलाने से भी कार्बन डाइऑक्साइड निकलता है
iv। ज्वालामुखी विस्फोट और मेटामोर्फिज्म वायुमंडल में गैसों को छोड़ते हैं। ज्वालामुखीय गैसें मुख्य रूप से जल वाष्प, कार्बन डाइऑक्साइड और सल्फर डाइऑक्साइड हैं।
v। कार्बन को जीवमंडल के भीतर स्थानांतरित किया जाता है क्योंकि हेटरोट्रॉफ़ अन्य जीवों या उनके अंगों (जैसे, फल) पर फ़ीड करते हैं। इसमें किण्वन या क्षय के लिए कवक और बैक्टीरिया द्वारा मृत कार्बनिक पदार्थ (डिटरिटस) का तेज शामिल है।
vi। अधिकांश कार्बन श्वसन के माध्यम से जीवमंडल छोड़ते हैं। जब ऑक्सीजन मौजूद होता है, तो एरोबिक श्वसन होता है, जो प्रतिक्रिया सी 6 एच 12 ओ 6 + 60 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O के बाद, आसपास की हवा या पानी में कार्बन डाइऑक्साइड को छोड़ता है। आसपास का वातावरण, जो अंततः वायुमंडल या जलमंडल (जैसे, मार्श गैस या पेट फूलना) में अपना रास्ता बनाता है।
कार्बन डाइऑक्साइड का परिसंचरण:
मैं। पौधे वातावरण से कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित करते हैं।
ii। प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया के दौरान, पौधे कार्बन डाइऑक्साइड से कार्बन परमाणुओं को शर्करा में शामिल करते हैं।
iii। पशु, जैसे कि खरगोश पौधों को खाते हैं और कार्बन का उपयोग करके अपने ऊतकों का निर्माण करते हैं, कार्बन सामग्री को चेन करते हैं
iv। खाद्य श्रृंखला के माध्यम से कार्बन को लोमड़ियों, शेरों आदि में स्थानांतरित किया जाता है।
v। जानवर सांस लेते समय कार्बन डाइऑक्साइड को हवा में लौटाते हैं, और जब वे मर जाते हैं, क्योंकि कार्बन विघटन के दौरान मिट्टी में वापस आ जाता है
महासागर के मामले में:
समुद्र के ऊपर के क्षेत्रों में, कार्बन वायुमंडल में छोड़ा जाता है। इसके विपरीत, डाउन वेलिंग के क्षेत्र वायुमंडल से महासागर में कार्बन (CO 2 ) स्थानांतरित करते हैं। जब सीओ 2 महासागर में प्रवेश करता है, तो यह प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला में भाग लेता है जो स्थानीय रूप से संतुलन में हैं:
मैं। सीओ 2 (वायुमंडलीय) का सीओ 2 में रूपांतरण (भंग)।
ii। सीओ 2 का रूपांतरण (भंग) कार्बोनिक एसिड (एच 2 सीओ 3 )।
iii। कार्बोनिक एसिड (H 2 CO 3 ) का बाइकार्बोनेट आयन में रूपांतरण।
iv। बाइकार्बोनेट आयन का कार्बोनेट आयन में रूपांतरण।
महासागरों में, विघटित कार्बोनेट घुलित कैल्शियम के साथ मिलकर ठोस कैल्शियम कार्बोनेट, CaCO 3, को सूक्ष्म जीवों के गोले के रूप में प्रस्तुत कर सकता है। जब ये जीव मर जाते हैं, तो उनके गोले डूब जाते हैं और समुद्र तल पर जमा हो जाते हैं। समय के साथ ये कार्बोनेट तलछट चूना पत्थर बन जाते हैं जो कार्बन चक्र में कार्बन का सबसे बड़ा भंडार है।
महासागरों में विघटित कैल्शियम कैल्शियम-सिलिकेट चट्टानों के रासायनिक अपक्षय से आता है, जिसके दौरान भूजल में कार्बोनिक और अन्य एसिड कैल्शियम-असर वाले खनिजों के साथ प्रतिक्रिया करते हैं जो कैल्शियम आयनों को समाधान के लिए मुक्त करते हैं और नवगठित एल्यूमीनियम युक्त खनिज खनिजों के अवशेषों को पीछे छोड़ते हैं अघुलनशील खनिज जैसे कि क्वार्ट्ज।
दुनिया के महासागरों में कार्बन डाइऑक्साइड का प्रवाह या अवशोषण समुद्र के पानी के भीतर व्यापक वायरस की उपस्थिति से प्रभावित होता है जो बैक्टीरिया की कई प्रजातियों को संक्रमित करता है। इसके परिणामस्वरूप होने वाली बैक्टीरियल मौतें कार्बन डाइऑक्साइड की श्वसन क्रिया को बढ़ाती हैं, जिससे महासागरों की कार्बन सिंक के रूप में भूमिका बढ़ जाती है।
2. नाइट्रोजन चक्र :
नाइट्रोजन चक्र जैव-रासायनिक प्रक्रियाओं का एक सेट है जिसके द्वारा नाइट्रोजन रासायनिक प्रतिक्रियाओं से गुजरती है, परिवर्तन करती है, और पृथ्वी पर अंतर जलाशयों में चलती है, जिसमें जीवित जीव भी शामिल हैं।
सभी जीवों के रहने और बढ़ने के लिए नाइट्रोजन की आवश्यकता होती है क्योंकि यह डीएनए, आरएनए और प्रोटीन का आवश्यक घटक है। हालांकि, अधिकांश जीव वायुमंडलीय नाइट्रोजन का उपयोग नहीं कर सकते, सबसे बड़ा जलाशय। नाइट्रोजन चक्र में पाँच प्रक्रियाएँ
मैं। नाइट्रोजन नियतन
ii। नाइट्रोजन का उठाव
iii। नाइट्रोजन खनिज
iv। नाइट्रीकरण
v। डी-नाइट्रिफिकेशन
मुख्य रूप से नाइट्रोजन-आधारित उर्वरकों के उपयोग से मनुष्य वैश्विक नाइट्रोजन चक्र को प्रभावित करते हैं।
I. नाइट्रोजन निर्धारण: एन 2 -> एनएच 4 +
नाइट्रोजन निर्धारण वह प्रक्रिया है जिसमें N 2 को अमोनियम में परिवर्तित किया जाता है, आवश्यक है क्योंकि यह एकमात्र तरीका है जिससे जीव सीधे वायुमंडल से नाइट्रोजन प्राप्त कर सकते हैं। कुछ बैक्टीरिया, उदाहरण के लिए, जीनस राइज़ोबियम के बीच में, केवल जीव हैं जो चयापचय प्रक्रियाओं के माध्यम से नाइट्रोजन को ठीक करते हैं।
नाइट्रोजन फिक्सिंग बैक्टीरिया अक्सर मेजबान पौधों के साथ सहजीवी संबंध बनाते हैं। यह सहजीवन पौधों के फलियां परिवार (जैसे सेम, मटर, और तिपतिया घास) में होने के लिए अच्छी तरह से जाना जाता है। इस संबंध में, नाइट्रोजन फिक्सिंग बैक्टीरिया फलीदार जड़ नोड्स में प्रवेश करते हैं और कार्बोहाइड्रेट और एक अनुकूल वातावरण प्राप्त करते हैं, जो कि उनके द्वारा तय किए गए नाइट्रोजन के बदले में उनके मेजबान संयंत्र से प्राप्त होता है। नाइट्रोजन फिक्सिंग बैक्टीरिया भी होते हैं जो बिना संयंत्र होस्ट के मौजूद होते हैं, जिन्हें मुक्त-जीवित नाइट्रोजन फिक्सर के रूप में जाना जाता है। जलीय वातावरण में, नीला-हरा शैवाल (वास्तव में एक बैक्टीरिया जिसे सायनोबैक्टीरिया कहा जाता है) एक महत्वपूर्ण मुक्त-जीवित नाइट्रोजन फिक्सर है।
द्वितीय। नाइट्रोजन का अपवर्तन: NH 4 + -> कार्बनिक N
नाइट्रोजन फिक्सिंग बैक्टीरिया द्वारा उत्पादित अमोनिया को आमतौर पर प्रोटीन और अन्य कार्बनिक नाइट्रोजन यौगिकों में शामिल किया जाता है, या तो एक मेजबान पौधे द्वारा, बैक्टीरिया खुद या किसी अन्य मिट्टी के जीव द्वारा।
तृतीय। नाइट्रोजन खनिज: कार्बनिक एन -> एनएच 4 +
नाइट्रोजन को कार्बनिक पदार्थों में शामिल किए जाने के बाद, इसे अक्सर नाइट्रोजन के खनिजकरण नामक एक प्रक्रिया द्वारा अकार्बनिक नाइट्रोजन में वापस बदल दिया जाता है, अन्यथा क्षय के रूप में जाना जाता है। जब जीव मर जाते हैं, तो डीकंपोजर (जैसे बैक्टीरिया और कवक) कार्बनिक पदार्थों का उपभोग करते हैं और अपघटन की प्रक्रिया को जन्म देते हैं।
इस प्रक्रिया के दौरान, मृत जीव के भीतर निहित नाइट्रोजन की एक महत्वपूर्ण मात्रा अमोनियम में बदल जाती है। एक बार अमोनियम के रूप में, नाइट्रोजन पौधों द्वारा उपयोग के लिए उपलब्ध है या नाइट्रेट में प्रक्रिया के माध्यम से नाइट्रेट (NO 3 - ) में और परिवर्तन के लिए उपलब्ध है।
चतुर्थ। नाइट्रिफिकेशन: NH 4 + -> NO 3 -
अपघटन द्वारा निर्मित कुछ अमोनियम नाइट्रिफिकेशन नामक प्रक्रिया के माध्यम से नाइट्रेट में परिवर्तित हो जाते हैं। इस प्रतिक्रिया को अंजाम देने वाले बैक्टीरिया इससे ऊर्जा प्राप्त करते हैं। नाइट्रिफिकेशन को ऑक्सीजन की उपस्थिति की आवश्यकता होती है, इसलिए नाइट्रिफिकेशन केवल ऑक्सीजन युक्त वातावरण में हो सकता है जैसे पानी का प्रवाह या बहना और मिट्टी और तलछट की बहुत सतह परतें। नाइट्रिफिकेशन की प्रक्रिया के कुछ महत्वपूर्ण परिणाम हैं।
अमोनियम आयनों को सकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है और इसलिए मिट्टी के कणों और मिट्टी के कार्बनिक पदार्थों को नकारात्मक रूप से चार्ज करने के लिए छड़ी (को सॉर्बेड) किया जाता है। पॉजिटिव चार्ज बारिश से अमोनियम नाइट्रोजन को मिट्टी (या लीच) से बाहर धोने से रोकता है।
इसके विपरीत, नकारात्मक रूप से चार्ज नाइट्रेट आयन मिट्टी के कणों द्वारा धारण नहीं किया जाता है और इसलिए मिट्टी की प्रोफाइल को धोया जा सकता है, जिससे मिट्टी की उर्वरता कम हो जाती है और नीचे की सतह और भूजल का नाइट्रेट संवर्धन होता है।
वी। डी-नाइट्रिफिकेशन: NO 3 - -> एन 2 + एन 2 ओ
डी-नाइट्रिफिकेशन के माध्यम से, नाइट्रेट और नाइट्राइट (एनओ 2 ) जैसे नाइट्रोजन के ऑक्सीकृत रूपों को डी-नाइट्रोजन (एन 2 ) में बदल दिया जाता है, और कुछ हद तक, नाइट्रस ऑक्साइड गैस। डी-नाइट्रिफिकेशन एक अवायवीय प्रक्रिया है जो बैक्टीरिया को बदनाम करके किया जाता है, जो नाइट्रेट को नाइट्रोजन को निम्न अनुक्रम में परिवर्तित करता है:
NO 3 - -> NO 2 - > NO -> N 2 O -> N 2
नाइट्रिक ऑक्साइड और नाइट्रस ऑक्साइड दोनों पर्यावरणीय रूप से महत्वपूर्ण गैसें हैं। नाइट्रिक ऑक्साइड (NO) स्मॉग में योगदान देता है, और नाइट्रस ऑक्साइड (N 2 O) एक महत्वपूर्ण ग्रीनहाउस गैस है, जिससे वैश्विक जलवायु परिवर्तन में योगदान होता है।
3. सल्फर चक्र:
सल्फर उन घटकों में से एक है जो प्रोटीन और विटामिन बनाते हैं। प्रोटीन में अमीनो एसिड होता है जिसमें सल्फर परमाणु होते हैं। सल्फर पौधों में प्रोटीन और एंजाइम के कामकाज के लिए महत्वपूर्ण है, और जानवरों में जो सल्फर के लिए पौधों पर निर्भर हैं।
यह प्राकृतिक और मानवीय दोनों स्रोतों से वातावरण में प्रवेश करता है। उदाहरण के लिए, प्राकृतिक ज्वालामुखी विस्फोट, जीवाणु प्रक्रिया, पानी से वाष्पीकरण या क्षयकारी जीव हो सकते हैं। जब सल्फर मानव गतिविधि के माध्यम से वायुमंडल में प्रवेश करता है, तो यह मुख्य रूप से औद्योगिक प्रक्रियाओं का एक परिणाम है जहां सल्फर डाइऑक्साइड (एसओ 2 ) और हाइड्रोजन सल्फाइड (एच 2 एस) गैसों का व्यापक पैमाने पर उत्सर्जन होता है।
जब सल्फर डाइऑक्साइड वायुमंडल में प्रवेश करता है तो यह सल्फर ट्रायोक्साइड गैस (एसओ 3 ), या वातावरण में अन्य रसायनों के साथ सल्फर लवण का उत्पादन करने के लिए ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करेगा। सल्फर डाइऑक्साइड सल्फ्यूरिक एसिड (एच 2 एसओ 4 ) का उत्पादन करने के लिए पानी के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है। डेमिथाइल-सल्फाइड से सल्फ्यूरिक एसिड का उत्पादन भी किया जा सकता है, जो कि प्लवक प्रजातियों द्वारा वायुमंडल में उत्सर्जित होता है।
ये सभी कण वापस पृथ्वी पर बस जाएंगे, या बारिश के साथ प्रतिक्रिया करेंगे और एसिड के जमाव के रूप में वापस धरती पर गिरेंगे। कणों को फिर से पौधों द्वारा अवशोषित किया जाएगा और वापस वायुमंडल में छोड़ा जाएगा, जिससे सल्फर चक्र फिर से शुरू हो जाएगा।
मैं। कोयला और पेट्रोलियम जैसे जीवाश्म ईंधन अत्यंत महत्वपूर्ण ऊर्जा संसाधन हैं जो समाप्त हो रहे हैं।
ii। हाइड्रोकार्बन ईंधन आधारित संसाधन प्रदूषण के स्तर और ग्रीन हाउस गैसों का निर्माण करते हैं। उनका प्रबंधन बेहतर प्रौद्योगिकी से संबंधित है और इसे ध्यान में रखते हुए वैकल्पिक ऊर्जा स्रोतों की तलाश कर रहा है।
iii। एक व्यक्तिगत और सामूहिक दोनों स्तरों पर संसाधनों का एक समग्र विवेकपूर्ण और टिकाऊ उपयोग समाज के व्यापक वर्ग को लाभान्वित कर सकता है और साथ ही भविष्य की पीढ़ियों को पूरा कर सकता है।
