ऑक्सीजन एवं नाइट्रोजन चक्र (Oxygen and Nitrogen Cycle) — REET विज्ञान नोट्स

वायुमंडल में नाइट्रोजन एवं इसकी आवश्यकता

वायुमंडल में लगभग 78% भाग नाइट्रोजन गैस (N₂) का है, जो इसे सबसे प्रचुर गैस बनाता है। फिर भी अधिकांश जीव इस मुक्त नाइट्रोजन गैस का सीधे उपयोग नहीं कर सकते, क्योंकि N₂ अणु के दोनों नाइट्रोजन परमाणु एक अत्यंत मजबूत त्रिबंध (triple bond) से जुड़े होते हैं, जिससे यह रासायनिक रूप से निष्क्रिय (inert) रहती है। इसलिए जीवों को प्रोटीन व DNA जैसे आवश्यक अणु बनाने के लिए नाइट्रोजन संयुक्त (combined) रूप — जैसे अमोनिया व नाइट्रेट — में चाहिए होती है।

नाइट्रोजन जीवों के लिए अत्यंत आवश्यक तत्व है क्योंकि यह प्रोटीन, DNA, RNA तथा क्लोरोफिल जैसे महत्वपूर्ण जैविक अणुओं का प्रमुख घटक है। इसी कारण पौधों की समुचित वृद्धि व विकास के लिए मिट्टी में पर्याप्त मात्रा में उपयोगी नाइट्रोजन यौगिकों की उपलब्धता आवश्यक है; नाइट्रोजन की कमी से पौधों की पत्तियाँ पीली पड़ने लगती हैं, जिसे क्लोरोसिस कहा जाता है।

नाइट्रोजन चक्र के मुख्य चरण

1. नाइट्रोजन स्थिरीकरण (Fixation)

मुक्त N₂ को उपयोगी यौगिकों में बदलना — जैविक रूप से राइजोबियम जीवाणु (फलीदार पौधों की जड़ ग्रंथियों में) व एजोटोबैक्टर जैसे मुक्तजीवी जीवाणुओं द्वारा; अजैविक रूप से बिजली गिरने (lightning) से; औद्योगिक रूप से हैबर विधि (उर्वरक निर्माण) से

2. नाइट्रीकरण (Nitrification)

अमोनिया का नाइट्रोसोमोनास जीवाणु द्वारा नाइट्राइट में, फिर नाइट्रोबैक्टर जीवाणु द्वारा नाइट्रेट में परिवर्तन

3. स्वांगीकरण (Assimilation)

पौधे जड़ों द्वारा नाइट्रेट/अमोनियम अवशोषित कर प्रोटीन व अमीनो अम्ल बनाते हैं; जंतु पौधों को खाकर नाइट्रोजन प्राप्त करते हैं

4. अमोनीकरण (Ammonification)

अपघटक (बैक्टीरिया व कवक) मृत जीवों व अपशिष्ट को विघटित कर नाइट्रोजन को वापस अमोनिया के रूप में मिट्टी में मिलाते हैं

5. विनाइट्रीकरण (Denitrification)

विनाइट्रीकारी जीवाणु (जैसे स्यूडोमोनास) नाइट्रेट को वापस मुक्त N₂ गैस में बदलकर वायुमंडल में लौटाते हैं — इससे चक्र पूर्ण होता है

ऑक्सीजन चक्र

वायुमंडल में लगभग 21% भाग ऑक्सीजन गैस (O₂) का है। ऑक्सीजन चक्र मुख्यतः प्रकाश-संश्लेषण और श्वसन के बीच संतुलन पर आधारित है। हरे पौधे, शैवाल (algae) व कुछ जीवाणु प्रकाश-संश्लेषण की प्रक्रिया में सूर्य के प्रकाश की उपस्थिति में कार्बन डाइऑक्साइड व जल से ग्लूकोज बनाते हैं और ऑक्सीजन गैस मुक्त करते हैं, जिससे वायुमंडल में ऑक्सीजन की पूर्ति होती रहती है।

इसके विपरीत, सभी सजीव (पौधे व जंतु दोनों) श्वसन क्रिया में ऑक्सीजन का उपयोग कर भोजन से ऊर्जा प्राप्त करते हैं और कार्बन डाइऑक्साइड गैस मुक्त करते हैं। इसके अतिरिक्त, दहन (जलना) और अपघटन (decomposition) की प्रक्रियाओं में भी वायुमंडलीय ऑक्सीजन का उपयोग होता है। इस प्रकार प्रकाश-संश्लेषण द्वारा ऑक्सीजन का उत्पादन तथा श्वसन-दहन-अपघटन द्वारा उसका उपयोग — दोनों मिलकर वायुमंडल में ऑक्सीजन के स्तर को संतुलित बनाए रखते हैं। ऑक्सीजन चक्र, कार्बन चक्र से गहराई से जुड़ा हुआ है।

पृथ्वी पर बड़ी मात्रा में ऑक्सीजन का उत्पादन समुद्री शैवाल (phytoplankton) द्वारा भी होता है। इसके अतिरिक्त वन (forests), विशेषकर उष्णकटिबंधीय वर्षावन, भी बड़ी मात्रा में ऑक्सीजन उत्पन्न करते हैं, इसलिए वनों की कटाई (deforestation) से वायुमंडलीय ऑक्सीजन-कार्बन डाइऑक्साइड संतुलन पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ता है।

नाइट्रोजन चक्र में शामिल प्रमुख जीवाणु

ऑक्सीजन चक्र से जुड़े मुख्य तथ्य

प्रकाश-संश्लेषण का समीकरण (सरल रूप में)

कार्बन डाइऑक्साइड + जल + सूर्य का प्रकाश → ग्लूकोज + ऑक्सीजन (क्लोरोफिल की उपस्थिति में)

श्वसन में ऑक्सीजन का उपयोग

भोजन (ग्लूकोज) के ऑक्सीकरण से ऊर्जा प्राप्त होती है, तथा कार्बन डाइऑक्साइड व जल मुक्त होते हैं

दहन में ऑक्सीजन की भूमिका

ईंधन के जलने के लिए ऑक्सीजन आवश्यक है; ऑक्सीजन के बिना दहन संभव नहीं

जल में घुली ऑक्सीजन

जलीय जीव (मछली आदि) पानी में घुली ऑक्सीजन से श्वसन करते हैं

ओजोन परत (O₃)

ऊपरी वायुमंडल (समतापमंडल) में ऑक्सीजन के तीन परमाणुओं से बनी ओजोन गैस सूर्य की हानिकारक पराबैंगनी (UV) किरणों को अवशोषित कर जीवन की रक्षा करती है

प्रकृति में इन चक्रों का महत्व

नाइट्रोजन व ऑक्सीजन चक्र प्रकृति में तत्वों के सतत पुनर्चक्रण (recycling) को सुनिश्चित करते हैं, जिससे जीवन के लिए आवश्यक पोषक तत्व और गैसें निरंतर उपलब्ध रहती हैं। यदि इन चक्रों में असंतुलन आए — जैसे अत्यधिक वनों की कटाई से प्रकाश-संश्लेषण घटना, या अत्यधिक उर्वरकों के उपयोग से नाइट्रोजन चक्र में गड़बड़ी — तो पर्यावरण पर गंभीर प्रभाव पड़ सकता है। इसीलिए फसल चक्र में फलीदार पौधे (जैसे चना, मूंग) उगाना मिट्टी में प्राकृतिक रूप से नाइट्रोजन बढ़ाने का एक पारंपरिक व उपयोगी तरीका है।

किसान प्रायः खेत में एक ही प्रकार की फसल (जैसे लगातार गेहूं) उगाने के बाद मिट्टी की उर्वरता घटता पाते हैं, क्योंकि पौधे मिट्टी से नाइट्रोजन युक्त पोषक तत्व लगातार लेते रहते हैं। ऐसे में फसल चक्रण (crop rotation) के अंतर्गत बीच-बीच में फलीदार फसलें उगाने से राइजोबियम जीवाणु के माध्यम से मिट्टी में नाइट्रोजन की प्राकृतिक पूर्ति होती है, जिससे रासायनिक उर्वरकों पर निर्भरता भी कम होती है — यह टिकाऊ (sustainable) खेती की एक महत्वपूर्ण पद्धति है।

इसके अतिरिक्त, नाइट्रोजनयुक्त रासायनिक उर्वरकों (जैसे यूरिया) का अत्यधिक व असंतुलित उपयोग मिट्टी व जल स्रोतों में नाइट्रेट की मात्रा बढ़ा देता है, जिससे जल-प्रदूषण तथा यूट्रोफिकेशन (eutrophication) जैसी समस्याएँ उत्पन्न हो सकती हैं। इसलिए संतुलित उर्वरक उपयोग व जैविक खेती को बढ़ावा देना नाइट्रोजन चक्र को स्वस्थ बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण है।

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