જૈવ ભૂરાસાયણિક ચક્રો

જૈવ ભૂરાસાયણિક ચક્રો (biogeochemical cycles) : રાસાયણિક તત્વોનું સજીવમાંથી ભૌતિક પર્યાવરણમાં અને પાછું સજીવમાં, ઘણુંખરું ચક્રીય માર્ગો દ્વારા થતું સંચલન (movement). જો આ તત્વો જીવન માટે આવશ્યક હોય તો તેવા ચક્રને ‘પોષક ચક્ર’ (nutrient cycle) કહે છે. આવા તત્વનું સ્વરૂપ (form) અને તેનો જથ્થો (quantity) ચક્રો દરમિયાન બદલાય છે. સામાન્ય રીતે તે સક્રિય કુંડો (active pods) કરતાં અજૈવિક (inorganic) સંચયકુંડો(reservoir pods)માં વધુ હોય છે. પ્રણાલીના ઘટકો વચ્ચેનો વિનિમય ભૌતિક ક્રિયાઓ [દા. ત., અપક્ષય (weathering)] અને/અથવા જૈવિક ક્રિયાઓ (દા. ત., પ્રોટીન સંશ્લેષણ અને વિઘટન) દ્વારા થાય છે. દરેક ચક્ર એક પોષક સંચયકુંડ અને એક વિનિમય ચક્રણ(exchange cycling) કુંડ ધરાવે છે એમ માની શકાય. પોષક સંચયકુંડ વિશાળ અને સામાન્ય રીતે અજૈવ (abiotic) ભાગ છે જ્યારે વિનિમય ચક્રણકુંડ એ પરિસ્થિતિતંત્ર(ecosystem)ના જૈવિક (biotic) અને અજૈવ પાસા સાથે સંકળાયેલો નાનો પણ વધુ સક્રિય ભાગ છે.

જૈવ ભૂરાસાયણિક ચક્રો પરિપૂર્ણ(perfect)થી માંડીને અપરિપૂર્ણ (imperfect) પ્રકારનાં હોય છે. તેમના વાયુમય (gaseous) અને અવસાદી (sedimentary) – એમ બે વર્ગો પાડી શકાય. વાયુમય ચક્રમાં સંચય તરીકે વાતાવરણ (atmosphere) અથવા દરિયા(જલાવરણ)નો (બાષ્પીભવન દ્વારા) સમાવેશ થાય છે જ્યારે અવસાદીમાં ભૂકવચ (earth’s crust) સંચય તરીકે વર્તે છે. વાયુમય ચક્રોમાં નાઇટ્રોજન, ઑક્સિજન, કાર્બન અને પાણીને ગણાવી શકાય, જ્યારે અવસાદી ચક્રોમાં આયર્ન, કૅલ્શિયમ, ફૉસ્ફરસ અને ભૂમિજ (earth bound) અન્ય તત્વોનો સમાવેશ થઈ શકે. આવાં ચક્રો ધીમા ભૌતિક પ્રક્રમો દ્વારા લભ્ય બને છે. સલ્ફર-ચક્ર હવા, પાણી અને પૃથ્વીને સાંકળતું ચક્ર છે. નાઇટ્રોજન-ચક્ર એક પરિપૂર્ણ ચક્ર છે અને તે સુલભ, અજૈવ, સામાન્ય રીતે વાયુમય સંચય તથા અનેક ઋણાત્મક પુનર્નિવેશ નિયંત્રણો (controls) ધરાવે છે. કાર્બન-ડાયૉક્સાઇડ અને જળચક્રો માનવીને સીધી અસર કરતાં અગત્યનાં ચક્રો છે.

જીવરસમાંનો નાઇટ્રોજન જીવાણુની મદદથી અકાર્બનિક સ્વરૂપમાંથી કાર્બનિક સ્વરૂપમાં ફેરવાય છે. હવા નાઇટ્રોજનનો સૌથી મોટો સંચય છે, જેમાં ~ 80 % નાઇટ્રોજન હોય છે. હવામાં આવેલ આ નાઇટ્રોજન કેટલાક જીવાણુની મદદથી જમીનમાં સ્થાપિત થાય છે; જેમ કે, એઝેટોબેક્ટર, ક્લોસ્ટ્રિડિયમ, રાઇઝોબિયમ, નીલહરિત લીલ જેવી કે એનાબીના, નોસ્ટોક વગેરે હવામાંના નાઇટ્રોજનને જમીનમાં સ્થાપવામાં કાર્યરત છે. નાઇટ્રોજન-ચક્ર નીચે દર્શાવેલ આકૃતિ 1 મારફત સમજી શકાશે.

કિરણોત્સર્ગી સમસ્થાનિક ¹⁵Nના ઉપયોગથી એવું માલૂમ થયું છે કે વાતાવરણમાંના નાઇટ્રોજનનું સ્થાપન અનેક સૂક્ષ્મ જીવ (micro-organisms) અને લીલ કરી શકે છે. 1944માં હચીનસન નામના વૈજ્ઞાનિકે શોધી કાઢ્યું કે દર વર્ષે 140થી 700 મિગ્રા./m² નાઇટ્રોજનનું સ્થાપન થાય છે. ઉચ્ચ કક્ષાની વનસ્પતિઓમાં શિમ્બી કુળ(Leguminosae)ની વનસ્પતિ અને અલ્નસ, કેશ્યૂરીના, કોરિયારિયા, મીરીકા, અરાઓકેરિયા, જિંકો વગેરે જીવાણુની મદદથી નાઇટ્રોજનનું સ્થાપન કરી શકે છે. બરીસ(1969)ના મત મુજબ જો મનુષ્યે આ સેવાનો લાભ લેવો હોય તો જમીન અને પાણીને અપ્રદૂષિત રાખવાં જોઈએ.

ફૉસ્ફરસ ચક્ર, નાઇટ્રોજન ચક્ર કરતાં પ્રમાણમાં સાદું છે.

ફૉરફરસના સૌથી મોટા સંચય ખડકો છે અને તેમના ધોવાણથી દ્રાવ્ય ફૉસ્ફેટ ઉત્પન્ન થાય છે જે સજીવને પ્રાપ્ત થાય છે. પણ આ ચક્રો પ્રમાણમાં ફૉસ્ફરસના જથ્થાને જાળવી નથી શકતાં કારણ કે વર્ષોવર્ષ ફૉસ્ફરસનું માપ ઘટતું જાય છે.

 સલ્ફરનો સૌથી વધુ સંચય માટી અને પૃથ્વીના પોપડામાં છે તેમજ પ્રમાણમાં નાનો જથ્થો વાતાવરણ (હવામાં) છે. આમ સલ્ફર-ચક્ર હવા, પાણી અને માટીને સાંકળે છે. કેટલાક અગત્યના સૂક્ષ્મજીવોની મદદથી હાઇડ્રોજન-સલ્ફાઇડમાંથી સલ્ફર છૂટો પડે છે જે સલ્ફેટના રૂપમાં વનસ્પતિને પ્રાપ્ત થાય છે. હવામાં હાજર સલ્ફર-ડાયૉક્સાઇડ વરસાદ દ્વારા વનસ્પતિ સુધી સીધો અથવા જમીનમાં થઈને પહોંચે છે. આમ, પર્યાવરણમાં સલ્ફરનો જથ્થો જળવાય છે. સલ્ફર-ડાયૉક્સાઇડની માત્રા વધુ થવાથી હવાનું પ્રદૂષણ થતું હોવાનું કહેવાય છે.

સલ્ફર ચક્રમાં H₂S → નું રૂપાંતરણ સલ્ફર-બૅક્ટેરિયાને આભારી છે. → H₂S માટે ડીસલ્ફોવિબ્રિયો બૅક્ટેરિયા જવાબદાર છે.

મનુષ્ય માટે પર્યાવરણમાં સૌથી મહત્વનાં ચક્ર ઑક્સિજન-ચક્ર, કાર્બન-ડાયૉક્સાઇડ ચક્ર અને પાણીનું ચક્ર છે. આમ તો આ ત્રણેય ચક્ર એકબીજાં સાથે સંકળાયેલાં છે. (આકૃતિ 4)

પર્યાવરણમાં CO₂નો જથ્થો વધારવામાં મુખ્યત્વે કારખાનાં જવાબદાર છે. સાથોસાથ વન કાપવાથી CO₂નો જૈવિક પ્રક્રિયામાં ઉપયોગ ઓછો થતાં પર્યાવરણમાં CO₂નું પ્રમાણ વધી જાય છે. CO₂ અમુક માત્રાથી જો વધી જાય તો પર્યાવરણવાદીઓના માનવા મુજબ ધ્રુવીય બરફના ખંડ ઓગળી જતાં વાતાવરણ ગરમ થઈ જવા સંભવ છે. આ ઘટનાને તેઓ ભૂમંડળીય તાપન (global warming) પણ કહે છે. જો આમ થાય તો દરિયાની સપાટી વધે અને પરિણામે દરેક દેશના દરિયાકિનારે આવેલાં શહેરો/ગામો હંમેશ માટે ડૂબી જાય. આમ ન થાય એ માટે હવામાં CO₂નું પ્રમાણ વધતું અટકવું જોઈએ.

પાણીનું ચક્ર સમુદ્રની સપાટીથી થતા બાષ્પીભવનથી શરૂ થાય છે અને વરસાદથી પૂરું થાય છે. મહત્વનું એ છે કે બાષ્પીભવન થતો જથ્થો વરસાદ મારફત પાછો આવતો નથી. વળી વનવિકાસ અપૂરતો હોવાથી જમીનનું ધોવાણ તો થાય જ છે. આથી પાણી જમીનમાં ઊતરતું બંધ થાય છે. પર્વતો ઉપરનો વરસાદ તળેટીમાં પૂર લાવે છે અને પર્વતને વનીકરણ માટે પણ અયોગ્ય બનાવે છે.

અર્ચના માંકડ