जीवमंडल में पदार्थों का जैव-भू-रासायनिक परिसंचरण निर्जीव पर्यावरण और जीवों (जानवरों, पौधों, आदि) के बीच विभिन्न तत्वों के निरंतर आदान-प्रदान की सबसे महत्वपूर्ण प्राकृतिक प्रक्रिया है। सब कुछ उनकी मौलिक विशेषताओं पर आधारित है। सबसे महत्वपूर्ण में चयापचय की क्षमता, पुनरुत्पादन, वंशानुगत गुणों को स्थानांतरित करने की क्षमता शामिल है।
जैव-रासायनिक नाइट्रोजन चक्र
प्रत्येक तत्व का अपना अर्थ होता है। नाइट्रोजन विभिन्न कार्बनिक यौगिकों के संघटन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। वातावरण में नाइट्रोजन का प्रतिशत अधिक होने के बावजूद यह पौधों और जानवरों के लिए उपलब्ध नहीं है। इसके कारण हैं। ऊर्जावान रूप से, पौधों के लिए खनिज नाइट्रोजन का उपयोग करना और जानवरों के लिए - कार्बनिक यौगिकों के हिस्से के रूप में अधिक फायदेमंद है।
वायुमंडल से आणविक नाइट्रोजन नाइट्रोजन-फिक्सिंग सूक्ष्मजीवों से बंधी होती है और अमोनिया के रूप में मिट्टी में इसके संचय में योगदान करती है। अन्य मृत जीवों से नाइट्रोजन का उपयोग करते हैं। वे अमोनिया के संचय में भी योगदान करते हैं। यह नाइट्रेट्स में बदल जाता है, जो पौधों द्वारा सक्रिय रूप से उपयोग किया जाता है। ये सामान्य शब्दों में, जैव-भू-रसायन की विशेषताएं हैंनाइट्रोजन चक्र। अन्य प्राकृतिक पदार्थों के चयापचय की प्रक्रिया पर भी विचार करें।
कार्बन, सल्फर और फास्फोरस के जैव-भू-रासायनिक चक्र की विशेषताएं
ये रासायनिक तत्व हर जीव के लिए आवश्यक हैं। हालाँकि, उनकी महत्वपूर्ण ज़रूरतें वहाँ समाप्त नहीं होती हैं। इसलिए, मैक्रोन्यूट्रिएंट्स एक छोटे से जैविक चक्र में शामिल होते हैं (उनके लिए जीवों की आवश्यकता काफी बड़ी होती है): पोटेशियम, मैग्नीशियम, सोडियम; साथ ही ट्रेस तत्व: बोरॉन, मैंगनीज, क्लोरीन, आदि।
वे मिट्टी से पौधों में प्रवेश करते हैं, हालांकि अक्सर वर्षा के साथ। फाइटोमास के हिस्से के रूप में, कार्बन, सल्फर और फास्फोरस का सेवन शाकाहारी उपभोक्ताओं द्वारा किया जाता है और इस तरह वे ट्राफिक श्रृंखला में प्रवेश करते हैं। हालांकि, कुछ जानवर पौधों को छोड़कर इन तत्वों की आवश्यकता को पूरा करते हैं। अनगुलेट्स नमक चाटने जाते हैं, मिट्टी को कुतरते हैं, या मलमूत्र, पुरानी हड्डियाँ खाते हैं। समुद्री जानवर सीधे पानी से नमक अवशोषित करते हैं। मृत अवशेषों के खनिजकरण की प्रक्रिया में, सूक्ष्मजीव रासायनिक तत्वों को मिट्टी और पानी में वापस कर देते हैं। इस प्रकार, उनकी गतिविधियाँ पोषक तत्वों के साथ पर्यावरण के संवर्धन में योगदान करती हैं।
पारिस्थितिकी तंत्र संतुलन
जीवमंडल में एक छोटे से जैव-भू-रासायनिक चक्र में, एक महत्वपूर्ण परिस्थिति इसकी पूर्णता है। पारिस्थितिकी तंत्र में, तत्वों का इनपुट और आउटपुट संतुलित होता है, जबकि मुख्य रूप से मिट्टी में आरक्षित तत्वों के साथ कठिनाइयाँ उत्पन्न होती हैं।
पदार्थ और ऊर्जा के प्रवाह का संतुलन पारिस्थितिकी तंत्र की स्थिरता को निर्धारित करता है - इसका होमोस्टैसिस। जीवमंडल ऊर्जा के बाहरी स्रोतों का उपयोग करता है, जोइसकी व्यवस्था और बल्कि जटिल संरचना सुनिश्चित करता है। बिखरी हुई प्रकाश ऊर्जा को पौधों द्वारा रासायनिक बंधन ऊर्जा की एक केंद्रित अवस्था में परिवर्तित किया जाता है।
साथ ही, पर्यावरण से ऊर्जा को हटाने और उसके परिवर्तन दोनों से अपशिष्ट का निर्माण नहीं होता है।
जैवमंडलीय प्रक्रियाओं पर मानवीय गतिविधियों का प्रभाव
जैव भू-रासायनिक चक्रों में मानव हस्तक्षेप विभिन्न तरीकों से किया जाता है। सबसे पहले, यह पारिस्थितिकी तंत्र के जैव घटक का विनाश है (ऊर्जा वाहकों के निष्कर्षण के दौरान पौधों का विनाश या क्षेत्र का परिवर्तन)। जब कार्बनिक पदार्थों को जलाया जाता है, तो एक केंद्रित अवस्था से ऊर्जा एक छितरी हुई अवस्था में चली जाती है, जिससे एयरोसोल और दहन के गैसीय उत्पादों द्वारा तापीय प्रदूषण होता है। एक प्राकृतिक पारिस्थितिकी तंत्र में, जैव-भू-रासायनिक चक्रों में शामिल परमाणुओं का बार-बार उपयोग किया जाता है। यह महत्वपूर्ण पदार्थ बनाने वाले प्रकाश बायोजेनिक तत्वों के चक्र में भाग लेने से सुगम होता है।
मानव हस्तक्षेप पर्यावरण में न केवल अपने निहित तत्वों की एक अतिरिक्त मात्रा को पेश करने पर जोर देता है, बल्कि नए रासायनिक यौगिकों को भी शामिल करता है, जिसमें मनुष्य द्वारा संश्लेषित भी शामिल है। इनमें से कई पौधों द्वारा उठाए जाते हैं और फिर खाद्य श्रृंखला में खिलाए जाते हैं।
एक उदाहरण सीसा, पारा यौगिक, आर्सेनिक आदि है। ऐसे पदार्थों के सेवन से प्राकृतिक चक्र बाधित होता है, तत्वों का संतुलन बदल जाता है, या जीवों में उनका संचय होता है, उनकी उत्पादकता कम हो जाती है या मृत्यु हो जाती है। विशेष रूप सेकीटनाशकों और भारी धातुओं का एक मजबूत विनाशकारी प्रभाव होता है। इस प्रकार, पारिस्थितिक तंत्र की स्थिरता, इसके होमोस्टैसिस का मानव गतिविधियों द्वारा प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष रूप से उल्लंघन किया जा सकता है।
पारिस्थितिक पिरामिड
आइए पारिस्थितिकी तंत्र और जैव-भू-रासायनिक चक्रों के कामकाज के सबसे महत्वपूर्ण पैटर्न की ओर मुड़ें। आइए इसके लिए पारिस्थितिक पिरामिड के सिद्धांत का उपयोग करें। यह ट्राफिक समीकरणों के जैविक द्रव्यमान के आधार पर बनाया गया है। ऐसे पिरामिड के किसी भी भाग का क्षेत्रफल पदार्थ के द्रव्यमान के लगभग बराबर होता है। चूंकि जीव पिछले स्तर का उपयोग करके अपने स्तर का निर्माण करते हैं, इसलिए यह क्षेत्र धीरे-धीरे कम होना चाहिए। प्रत्येक स्तर की ऐसी कमी दस गुना हो सकती है।
उदाहरण के लिए, पारिस्थितिक पिरामिड, स्थलीय पारिस्थितिक तंत्र की विशेषता, जिसमें उत्पादक बारहमासी पौधे होते हैं, उनमें एक बड़ा बायोमास होता है, हालांकि उत्पादन प्रक्रिया उच्चतम तीव्रता की नहीं होती है। यह शाकाहारी जानवरों के द्रव्यमान में वार्षिक वृद्धि से संतुलित है। कार्बनिक द्रव्यमान के निर्माण के पैटर्न को पिरामिड नियम कहा जाता है। इसकी और भी किस्में हैं।
उल्टे पिरामिड
जल निकायों के पारिस्थितिकी तंत्र को ही लीजिए। उनके लिए बनाया गया पिरामिड थोड़ा अलग दिख सकता है। ऐसा लगता है कि यह उल्टा है। तथ्य यह है कि अल्पकालिक शैवाल बहुत तेजी से गुणा करते हैं, लेकिन उपभोक्ताओं द्वारा उतनी ही गहन खपत की जाती है। इसलिए, इस मामले में एक साथ दर्ज बायोमास वर्ष की अनुकूल अवधि में उत्पादन प्रक्रिया की तीव्रता को नहीं दर्शाता है। यदि हम इस बात को ध्यान में रखें कि बड़े उपभोक्ता (मछली,क्रस्टेशियंस) जमा होते हैं और अधिक धीरे-धीरे खाए जाते हैं, उपभोक्ताओं का कुल द्रव्यमान अधिक होता है।
पारिस्थितिकी तंत्र में उत्पादन प्रक्रिया उनके सफल कामकाज को सक्षम बनाती है। यह जीवमंडल में ऊर्जा प्रवाह की प्रकृति को निर्धारित करता है। जैसा कि आप जानते हैं, जीवित जीव इसके उपभोक्ता हैं। सूर्य की प्रकाश ऊर्जा हरे पौधों द्वारा उपयोग की जाती है और कार्बनिक अणुओं के निर्माण की ओर ले जाती है, जहां इसे रासायनिक बंधों के रूप में संग्रहीत किया जाता है। इसका कुछ भाग पौधों के श्वसन के दौरान निकलता है और उनके द्वारा पदार्थों की वृद्धि, अवशोषण और संचलन के लिए उपयोग किया जाता है। इस प्रकार जैव-भू-रासायनिक चक्र चलाया जाता है।
ऊर्जा विनिमय
जैसा कि आप जानते हैं, ऊष्मप्रवैगिकी के नियम हैं। ऊर्जा का एक हिस्सा नष्ट हो जाता है, जिससे गर्मी निकलती है। यह कानूनों में से एक का संचालन है। वह एक प्रकार से दूसरे प्रकार में इसके परिवर्तन की प्रक्रिया में ऊर्जा के अनिवार्य नुकसान की पुष्टि करता है। पादप द्रव्य में संचित होने पर इसका उपयोग जन्तुओं द्वारा किया जाता है।
अणुओं के टूटने से ऊर्जा निकलती है। इसका एक महत्वपूर्ण हिस्सा जानवरों के जीवन की प्रक्रिया में एक रूप से दूसरे रूप में जाने में उपयोग किया जाता है। ये जैवसंश्लेषण और नए बांडों की ऊर्जा के संचय की प्रक्रियाएं हैं। ये यांत्रिक, विद्युत, तापीय और अन्य प्रकार की ऊर्जा हैं। इसके परिवर्तन के दौरान, एक हिस्सा फिर से खो जाता है, जिससे गर्मी निकलती है। ऊर्जा धीरे-धीरे दूसरे स्तर पर चली जाती है। साथ ही, इसका नुकसान तब भी होता है जब अपचित भोजन (मलमूत्र) का एक हिस्सा बाहर फेंक दिया जाता है और चयापचय के जैविक अपशिष्ट उत्पादों (मलमूत्र) में डाल दिया जाता है।
प्रक्रियाऊर्जा का उपयोग
अराजकता दुर्लभ है, आमतौर पर सब कुछ क्रम में होता है। आइए ऊर्जा के उपयोग और रूपांतरण की प्रक्रिया के कुछ मात्रात्मक पैटर्न पर ध्यान दें। पहले चरण में, पौधे अपनी आय का औसतन लगभग 1% उपयोग करते हैं। कभी-कभी यह आंकड़ा 2% तक पहुंच जाता है। कम से कम अनुकूल परिस्थितियों में, यह 0.1% तक गिर जाता है। जब पहले क्रम के उत्पादकों से उपभोक्ताओं को ऊर्जा हस्तांतरित की जाती है, तो दक्षता 10% तक पहुँच जाती है।
मांसाहारी भोजन को अधिक कुशलता से पचाते हैं। यह भोजन की रासायनिक संरचना की ख़ासियत और जानवरों द्वारा पाचन में आसानी के कारण है। फिर भी, पहले से ही तीसरे क्रम के उपभोक्ताओं के स्तर पर, आने वाली ऊर्जा की मात्रा बहुत कम है और प्रारंभिक मूल्यों के हजारवें हिस्से की विशेषता है।
