फास्फोरस चक्र
भूमि पर फास्फोरस चक्र
फास्फोरस चक्र है भूजैवरसायन चक्र है कि के आंदोलन का वर्णन करता है फास्फोरस के माध्यम से स्थलमंडल , जलमंडल , और जीवमंडल । कई अन्य जैव-रासायनिक चक्रों के विपरीत, वायुमंडल फास्फोरस की गति में महत्वपूर्ण भूमिका नहीं निभाता है, क्योंकि फास्फोरस और फास्फोरस-आधारित यौगिक आमतौर पर पृथ्वी पर पाए जाने वाले तापमान और दबाव की विशिष्ट श्रेणियों में ठोस होते हैं। फॉस्फीन गैस का उत्पादन केवल विशेष, स्थानीय स्थितियों में होता है। इसलिए, फास्फोरस चक्र को संपूर्ण पृथ्वी प्रणाली से देखा जाना चाहिए और फिर विशेष रूप से स्थलीय और जलीय प्रणालियों में चक्र पर ध्यान केंद्रित किया जाना चाहिए।
भूमि पर, फॉस्फोरस धीरे-धीरे हजारों वर्षों में पौधों के लिए कम उपलब्ध हो जाता है, क्योंकि यह धीरे-धीरे अपवाह में खो जाता है । मृदा में फास्फोरस की कम सांद्रता पौधे के विकास को कम करती है, और मिट्टी के माइक्रोबियल विकास को धीमा कर देती है - जैसा कि मिट्टी के माइक्रोबियल बायोमास के अध्ययन में दिखाया गया है । मृदा सूक्ष्मजीव जैव-रासायनिक चक्र में उपलब्ध फॉस्फोरस के डूब और स्रोत दोनों के रूप में कार्य करते हैं। स्थानीय रूप से, फास्फोरस के रूपांतरण रासायनिक, जैविक और सूक्ष्मजीवविज्ञानी हैं: वैश्विक चक्र में प्रमुख दीर्घकालिक स्थानान्तरण, हालांकि, भूगर्भिक समय में टेक्टोनिक आंदोलनों द्वारा संचालित होते हैं ।
मनुष्यों ने फास्फोरस खनिजों के शिपिंग के माध्यम से वैश्विक फास्फोरस चक्र में बड़े बदलाव किए हैं, और फास्फोरस उर्वरक का उपयोग किया है , और खेतों से शहरों में भोजन की शिपिंग भी की जाती है, जहां यह अपशिष्ट के रूप में खो जाता है।
वातावरण में फास्फोरस
जलीय फॉस्फोरस चक्र
पारिस्थितिक कार्य
फास्फोरस पौधों और जानवरों के लिए एक आवश्यक पोषक तत्व है। फॉस्फोरस जलीय जीवों के लिए एक सीमित पोषक तत्व है। फास्फोरस जीवन के महत्वपूर्ण अणुओं के कुछ हिस्सों का निर्माण करता है जो जीवमंडल में बहुत आम हैं। फास्फोरस बहुत कम मात्रा में वायुमंडल में प्रवेश करता है जब धूल वर्षा के पानी और समुद्र के पानी में घुल जाती है, लेकिन ज्यादातर भूमि और चट्टान और मिट्टी के खनिजों में रहती है। खाद बनाने के लिए अस्सी प्रतिशत फासफोरस का उपयोग किया जाता है। उर्वरकों, सीवेज और डिटर्जेंट से फॉस्फेट झीलों और नदियों में प्रदूषण का कारण बन सकते हैं। ताजे और इनशोर समुद्री जल दोनों में फॉस्फेट का अति-संवर्धन, बड़े पैमाने पर शैवाल के खिलने का कारण बन सकता है , जब वे मर जाते हैं और सड़ जाते हैं, तो यूट्रोफिकेशन की ओर जाता हैकेवल ताजे पानी की। इसका एक उदाहरण कैनेडियन एक्सपेरिमेंटल लेक्स एरिया है। मीठे पानी के वातावरण में इन ताजे पानी के अल्गुल खिलने से भ्रमित नहीं होना चाहिए। हाल के शोध से पता चलता है कि खारे पानी के मुहानों और तटीय समुद्री आवासों में अल्गुल खिलने के लिए जिम्मेदार प्रमुख प्रदूषक नाइट्रोजन है।
फास्फोरस प्रकृति में ऑर्थोफोस्फेट आयन (PO 4 ) 3− के भाग के रूप में बहुतायत से होता है , जिसमें P परमाणु और 4 ऑक्सीजन परमाणु शामिल होते हैं। भूमि पर अधिकांश फास्फोरस चट्टानों और खनिजों में पाया जाता है। फास्फोरस से भरपूर जमा आम तौर पर समुद्र में या गुआनो से बनते हैं, और समय के साथ भूगर्भिक प्रक्रियाएं समुद्र तलछट को जमीन पर लाती हैं। चट्टानों और खनिजों का अपक्षय फास्फोरस को घुलनशील रूप में छोड़ता है जहां इसे पौधों द्वारा लिया जाता है, और यह कार्बनिक यौगिकों में बदल जाता है। पौधों को तब जड़ी-बूटियों द्वारा खाया जा सकता हैऔर फास्फोरस या तो उनके ऊतकों में शामिल है या उत्सर्जित होता है। मृत्यु के बाद, जानवर या पौधे का क्षय होता है, और फास्फोरस मिट्टी में वापस आ जाता है, जहां फास्फोरस का एक बड़ा हिस्सा अघुलनशील यौगिकों में बदल जाता है। अपवाह फॉस्फोरस का एक छोटा सा हिस्सा वापस समुद्र में ले जा सकता है । आमतौर पर समय के साथ (हजारों साल) मिट्टी फास्फोरस की कमी हो जाती है जिससे पारिस्थितिकी तंत्र प्रतिगामी हो जाता है।
जैविक कार्य
फॉस्फेट का प्राथमिक जैविक महत्व न्यूक्लियोटाइड्स का एक घटक है , जो कोशिकाओं ( एटीपी ) के भीतर ऊर्जा भंडारण के रूप में काम करता है या जब एक साथ जुड़ा होता है, तो न्यूक्लिक एसिड डीएनए और आरएनए बनाते हैं । हमारे डीएनए का दोहरा हेलिक्स केवल फॉस्फेट एस्टर ब्रिज की वजह से संभव है जो हेलिक्स को बांधता है। बायोमोलेक्यूल बनाने के अलावा, फास्फोरस हड्डी में भी पाया जाता है और स्तनधारी दांतों के तामचीनी, जिनकी ताकत हाइड्रॉक्सीपैटाइट के रूप में कैल्शियम फॉस्फेट से ली गई है । यह कीटों के एक्सोस्केलेटन और फॉस्फोलिपिड्स (सभी जैविक झिल्लियों में पाया जाता है ) में भी पाया जाता है ।यह मानव शरीर में एसिड बेस होमियोस्टैसिस को बनाए रखने में बफरिंग एजेंट के रूप में भी कार्य करता है ।फास्फोरस साइकिलिंग
फॉस्फेट पौधों और जानवरों के माध्यम से जल्दी से आगे बढ़ते हैं; हालाँकि, मिट्टी या महासागर के माध्यम से उन्हें स्थानांतरित करने वाली प्रक्रिया बहुत धीमी है, फॉस्फोरस चक्र को सबसे धीमी जैव-रासायनिक चक्रों में से एक बनाता है।
वैश्विक फास्फोरस चक्र में चार प्रमुख प्रक्रियाएं शामिल हैं: (i) टेक्टोनिक उत्थान और फॉस्फोरस-असर चट्टानों का अपोज़िट जैसे सतह अपक्षय; (ii) मृदा, झीलों और नदियों को भंग और कण फास्फोरस प्रदान करने के लिए फास्फोरस-असर वाली चट्टानों का भौतिक क्षरण, और रासायनिक और जैविक अपक्षय; (iii) फास्फोरस की नदी और उपसतह परिवहन, विभिन्न झीलों और महासागर तक भाग; (iv) पार्टिकुलेट फॉस्फोरस (जैसे, कार्बनिक पदार्थों और ऑक्साइड / कार्बोनेट खनिजों से जुड़े फास्फोरस) का अवसादन और अंत में समुद्री अवसादों में दफन (यह प्रक्रिया झीलों और नदियों में भी हो सकती है)।
स्थलीय प्रणालियों में, बायोविलेबल पी ('प्रतिक्रियाशील पी') मुख्य रूप से फॉस्फोरस युक्त चट्टानों के अपक्षय से आता है। क्रस्ट में सबसे प्रचुर प्राथमिक फॉस्फोरस-खनिज एपेटाइट है , जो मिट्टी के रोगाणुओं और कवक द्वारा उत्पन्न प्राकृतिक एसिड या अन्य रासायनिक अपक्षय प्रतिक्रियाओं और शारीरिक क्षरण द्वारा भंग किया जा सकता है।घुलित फास्फोरस स्थलीय जीवों और पौधों के लिए जैव उपलब्धता है और उनकी मृत्यु के बाद मिट्टी में वापस आ जाता है। मृदा खनिजों द्वारा फास्फोरस प्रतिधारण को आमतौर पर स्थलीय पी-जैवउपलब्धता को नियंत्रित करने में सबसे महत्वपूर्ण कारक के रूप में देखा जाता है।यह प्रक्रिया मिट्टी के घोल में घुलित फास्फोरस सांद्रता के निम्न स्तर को जन्म दे सकती है। फास्फोरस सांद्रता के इस निम्न स्तर से फास्फोरस प्राप्त करने के लिए पौधों और सूक्ष्मजीवों द्वारा विभिन्न शारीरिक रणनीतियों का उपयोग किया जाता है।
मृदा फास्फोरस को आमतौर पर नदियों और झीलों में ले जाया जाता है और फिर या तो झील के तलछटों में दफन किया जा सकता है या नदी अपवाह के माध्यम से समुद्र में ले जाया जा सकता है। वायुमंडलीय फास्फोरस का जमाव महासागर का एक अन्य महत्वपूर्ण समुद्री फास्फोरस स्रोत है।सतह समुद्री जल, द्रवीभूत अकार्बनिक फास्फोरस, मुख्य रूप से में orthophosphate (PO43-), पादप प्लवक द्वारा आत्मसात और कार्बनिक फास्फोरस यौगिकों के रूप में तब्दील किया गया है। फाइटोप्लांकटन कोशिका लसीका आसपास के वातावरण में सेलुलर विघटित अकार्बनिक और कार्बनिक फास्फोरस छोड़ती है। कार्बनिक फॉस्फोरस यौगिकों में से कुछ बैक्टीरिया और फाइटोप्लांकटन द्वारा संश्लेषित एंजाइमों और बाद में आत्मसात द्वारा हाइड्रोलाइज्ड हो सकते हैं।फॉस्फोरस के विशाल बहुमत को पानी के स्तंभ के भीतर पुनर्जीवित किया जाता है, और गिरने वाले कणों द्वारा गहरे समुद्र में ले जाया गया लगभग 1% फॉस्फोरस को तलछट में दफन करके समुद्र के जलाशय से निकाल दिया जाता है। डायजेनेटिक प्रक्रियाओं की एक श्रृंखला तलछट ताकना पानी फॉस्फोरस सांद्रता को समृद्ध करने के लिए कार्य करती है, जिसके परिणामस्वरूप फॉस्फोरस का एक सराहनीय बेंटिक रिटर्न फ्लो होता है जो नीचे के पानी को पार करता है। इन प्रक्रियाओं में शामिल हैं:
(i) अवसादों में कार्बनिक पदार्थों की सूक्ष्म श्वसन,
(ii) संबंधित फास्फोरस की बाद की रिहाई के साथ लोहे और मैंगनीज (ऑक्सीहाइड्र) ऑक्साइड के माइक्रोबियल कमी और विघटन, और
(iii) हाइड्रोजन द्वारा आयरन (ऑक्सीहाइड्र) ऑक्साइड की अजैविक कमी। सल्फाइड और लोहे से जुड़े फास्फोरस की मुक्ति।इसके अतिरिक्त,
(i) फॉस्फेट कैल्शियम कार्बोनेट और
(ii) आयरन ऑक्साइड-बाध्य फॉस्फोरस के परिवर्तन के साथ संबंधित है ताकि समुद्री अवसादों में फॉस्फोरस दफन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई जा सके। ये प्रक्रिया झीलों और नदियों में फास्फोरस साइक्लिंग के समान है।
यद्यपि ऑर्थोफॉस्फेट (PO43−), प्रकृति में प्रमुख अकार्बनिक पी प्रजातियों, ऑक्सीकरण राज्य (P5 +) है, कुछ सूक्ष्मजीव फॉस्फोनेट और फास्फाइट (P3+ oxidation state) का उपयोग P स्रोत के रूप में ऑर्थोफोस्फेट को ऑक्सीकरण करके कर सकते हैं। हाल ही में, कम फास्फोरस यौगिकों के तेजी से उत्पादन और रिलीज ने समुद्र के फास्फोरस में एक लापता लिंक के रूप में कम पी की भूमिका के बारे में नए सुराग प्रदान किए हैं।
फॉस्फेटिक खनिज
एक पारिस्थितिकी तंत्र में फास्फोरस की उपलब्धता अपक्षय के दौरान इस तत्व की रिहाई की दर से प्रतिबंधित है। एपेटाइट विघटन से फास्फोरस की रिहाई पारिस्थितिकी तंत्र उत्पादकता पर एक महत्वपूर्ण नियंत्रण है। महत्वपूर्ण फास्फोरस सामग्री के साथ प्राथमिक खनिज, एपेटाइट [Ca5(PO4)3OH] कार्बोनेस से गुजरता है
इस जारी किए गए फॉस्फोरस में से कुछ को बायोटा (कार्बनिक रूप) द्वारा लिया जाता है, जबकि अन्य मिट्टी के खनिजों के साथ एक बड़ा अनुपात प्रतिक्रिया करता है। इससे अपक्षय और मिट्टी के विकास के बाद के चरण में अनुपलब्ध रूपों में वर्षा होती है। उपलब्ध फास्फोरस ऊपरी मिट्टी प्रोफ़ाइल में एक जैव-रासायनिक चक्र में पाया जाता है, जबकि कम गहराई पर पाया जाने वाला फास्फोरस मुख्य रूप से द्वितीयक खनिजों के साथ भू-रासायनिक प्रतिक्रियाओं में शामिल होता है। पौधों की वृद्धि जैव रासायनिक चक्र में मृत कार्बनिक पदार्थों से जारी फास्फोरस के तेजी से जड़ से निकलने पर निर्भर करती है। फास्फोरस पौधे की वृद्धि के लिए आपूर्ति में सीमित है। फॉस्फेट पौधों और जानवरों के माध्यम से जल्दी से आगे बढ़ते हैं; हालाँकि, मिट्टी या महासागर के माध्यम से उन्हें स्थानांतरित करने वाली प्रक्रिया बहुत धीमी है, फॉस्फोरस चक्र को सबसे धीमी जैव-रासायनिक चक्रों में से एक बनाता है।
कम आणविक भार (LMW) कार्बनिक अम्ल मिट्टी में पाए जाते हैं। वे मिट्टी में विभिन्न सूक्ष्मजीवों की गतिविधियों से उत्पन्न होते हैं या जीवित पौधों की जड़ों से निकाले जा सकते हैं। उन कार्बनिक अम्लों में से कई मिट्टी के घोल में पाए जाने वाले विभिन्न धातु आयनों के साथ स्थिर ऑर्गेन-मेटल कॉम्प्लेक्स बनाने में सक्षम हैं। नतीजतन, इन प्रक्रियाओं से मिट्टी के खनिजों में एल्यूमीनियम, लोहा और कैल्शियम से जुड़े अकार्बनिक फास्फोरस निकल सकते हैं। Mycorrhizal कवक द्वारा ऑक्सीलिक एसिड का उत्पादन और रिलीज पौधों को फास्फोरस को बनाए रखने और आपूर्ति करने में उनके महत्व को समझाता है।
माइक्रोबियल, पौधे और पशु वृद्धि का समर्थन करने के लिए कार्बनिक फास्फोरस की उपलब्धता मुक्त फॉस्फेट उत्पन्न करने के लिए उनके क्षरण की दर पर निर्भर करती है। इसमें विभिन्न एंजाइम होते हैं जैसे कि फॉस्फेटेस , न्यूक्लीज़ और फाइटेज़ गिरावट के लिए शामिल होते हैं। अध्ययन किए गए वातावरण में कुछ अजैविक मार्ग हाइड्रोलाइटिक प्रतिक्रिया और फोटोलिटिक प्रतिक्रियाएं हैं। कार्बनिक फास्फोरस की एंजाइमी हाइड्रोलिसिस जैव-रासायनिक फास्फोरस चक्र में एक आवश्यक कदम है, जिसमें पौधों और सूक्ष्मजीवों के फास्फोरस पोषण और मिट्टी से पानी के निकायों तक कार्बनिक फास्फोरस का स्थानांतरण शामिल है।कई जीव अपने फास्फोरस पोषण के लिए मृदा व्युत्पन्न फास्फोरस पर निर्भर करते हैं।
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