Silicon isotope biogeochemistry
সিলিকন আইসোটোপ জৈব-ভূ-রসায়ন হল সি আইসোটোপগুলির আপেক্ষিক প্রাচুর্য ব্যবহার করে পরিবেশগত প্রক্রিয়াগুলির অধ্যয়ন। যেহেতু সি স্থিতিশীল আইসোটোপগুলির আপেক্ষিক প্রাচুর্য বিভিন্ন প্রাকৃতিক পদার্থের মধ্যে পরিবর্তিত হয়, তাই প্রাচুর্যের পার্থক্যগুলি সি-এর উৎস খুঁজে বের করতে এবং জৈবিক, ভূতাত্ত্বিক এবং রাসায়নিক প্রক্রিয়া অধ্যয়নের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে। সি-এর স্থিতিশীল আইসোটোপ জৈব-ভূ-রসায়নের অধ্যয়নের লক্ষ্য হল বৈশ্বিক জৈব-ভূ-রাসায়নিক সিলিকন চক্রের বিভিন্ন সি ফ্লাক্সের পরিমাণ নির্ধারণ করা, বৈশ্বিক সি-চক্রের মধ্যে জৈব সিলিকার ভূমিকা বোঝা এবং পাললিক সি-রেকর্ডের প্রয়োগ ও সীমাবদ্ধতাগুলি অনুসন্ধান করা। পটভূমিতে সিলিকন সাধারণত টেট্রাভ্যালেন্ট জারণ অবস্থায় অক্সিজেনের সাথে আবদ্ধ থাকে। কঠিন সি-এর প্রধান রূপগুলি হল সিলিকেট খনিজ এবং নিরাকার সিলিকা, যেখানে জলীয় দ্রবণে প্রভাবশালী রূপগুলি হল অর্থোসিলিক অ্যাসিড এবং এর বিচ্ছিন্ন প্রজাতি। নিম্নলিখিত গড় প্রাকৃতিক প্রাচুর্যের সঙ্গে যুক্ত সি-এর তিনটি স্থিতিশীল আইসোটোপ রয়েছেঃ 28সি-92.23%, 29সি-4.67%, এবং 30সি-3.10%। একটি নমুনার δ30Si সংজ্ঞায়িত করার জন্য রেফারেন্স উপাদান (মান) হল ন্যাশনাল ব্যুরো অফ স্ট্যান্ডার্ডস (এনবিএস) 28 স্যান্ড কোয়ার্টজ, যা ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অফ স্ট্যান্ডার্ডস অ্যান্ড টেকনোলজি (এনআইএসটি) দ্বারা প্রত্যয়িত এবং বিতরণ করা হয়েছে, এবং এনআইএসটি আরএম 8546 নামেও নামকরণ করা হয়েছে। বর্তমানে, সি আইসোটোপ পরিমাপের জন্য চারটি প্রধান বিশ্লেষণাত্মক পদ্ধতি রয়েছেঃ গ্যাস উৎস আইসোটোপ-অনুপাত ভর স্পেকট্রোমেট্রি (জিসি-আইআরএমএস), মাধ্যমিক আয়ন ভর স্পেকট্রোমেট্রি (এসআইএমএস), মাল্টি-কালেক্টর ইনডাক্টিভলি কাপল্ড প্লাজমা ভর স্পেকট্রোমেট্রি (এমসি-আইপিসি-এমএস), এবং লেজার অ্যাবলেশন এমসি-আইসিপি-এমএস। সি জৈব-ভূ-রাসায়নিক চক্রের সি আইসোটোপ প্রাথমিক খনিজ এবং আবহাওয়াজনিত প্রাথমিক খনিজগুলি হল খনিজ যা পৃথিবীর ভূত্বক গঠনের সময় স্ফটিকায়িত হয় এবং তাদের সাধারণ δ30Si আইসোটোপিক মান − 0.9Â-+ 1.4Â এর মধ্যে থাকে। পৃথিবীর ভূত্বক ক্রমাগত আবহাওয়ার প্রক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যাচ্ছে, যা সি-কে দ্রবীভূত করে এবং একই সাথে গৌণ সি-খনিজ উৎপাদন করে। গৌণ সি গঠন ভারী সি আইসোটোপ (30সি)-এর বিরুদ্ধে বৈষম্যমূলক আচরণ করে, যা তুলনামূলকভাবে কম δ30সি আইসোটোপিক মান (−3Â-+ 2.5Â, অর্থঃ −1.1Â) সহ খনিজ তৈরি করে। এটি প্রস্তাব করা হয়েছে যে এই আইসোটোপিক ভগ্নাংশটি অ্যালুমিনিয়াম হাইড্রক্সাইডগুলিতে সি শোষণের গতিজ আইসোটোপ প্রভাব দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়, যা আবহাওয়ার প্রাথমিক পর্যায়ে ঘটে। গৌণ খনিজগুলিতে হালকা সি আইসোটোপগুলিকে অন্তর্ভুক্ত করার ফলে, অবশিষ্ট দ্রবীভূত সি ভারী সি আইসোটোপে আপেক্ষিকভাবে সমৃদ্ধ হবে (30Si), এবং তুলনামূলকভাবে উচ্চ δ30Si আইসোটোপিক মানের সাথে যুক্ত হবে (−1Â-+ 2Â, অর্থঃ + 0.8Â)। দ্রবীভূত সি প্রায়শই নদী দ্বারা মহাসাগরে পরিবহন করা হয়। উদ্ভিদ দ্বারা সিলিকন গ্রহণ সাধারণত হালকা সি আইসোটোপের বিরুদ্ধে বৈষম্য করে, 30 সি-সমৃদ্ধ উদ্ভিদ (0-6 এর δ30Si) গঠন করে। এই তুলনামূলকভাবে বড় আইসোটোপিক ভগ্নাংশের কারণ অস্পষ্ট রয়ে গেছে, মূলত কারণ উদ্ভিদের দ্বারা সি গ্রহণের প্রক্রিয়া এখনও বোঝা যায়নি। উদ্ভিদের সিলিকন জাইলেমে পাওয়া যায়, যা ব্যতিক্রমীভাবে উচ্চ δ30Si মানের সাথে যুক্ত। উদ্ভিদ টিস্যুতে সিলিকার মাইক্রোস্কোপিক কাঠামো ফাইটোলিথের মান তুলনামূলকভাবে কম δ30Si। উদাহরণস্বরূপ, এটি রিপোর্ট করা হয়েছিল যে গমের বিভিন্ন অঙ্গে ফাইটোলিথের গড় δ30Si ছিল-1.4-2.1, যা উদ্ভিদের জন্য সাধারণ পরিসরের (0-6 এর δ30Si) চেয়ে কম। ফাইটোলিথ তুলনামূলকভাবে দ্রবণীয়, এবং উদ্ভিদের ক্ষয় হওয়ার সাথে সাথে তারা স্থলজ দ্রবীভূত সি বাজেটে অবদান রাখে। জলজ পরিবেশে জৈব-খনিজকরণ জলজ পরিবেশে (নদী, হ্রদ এবং মহাসাগর), দ্রবীভূত সি কঠিন বিএসআইও2 কাঠামো তৈরি করতে ডায়াটম, ডিক্টিয়োচেল, রেডিওলারিয়ান এবং স্পঞ্জ দ্বারা ব্যবহৃত হয়। বায়োমিনারালাইজড সিলিকার একটি নিরাকার কাঠামো রয়েছে এবং তাই এর বৈশিষ্ট্য বিভিন্ন জীবের মধ্যে পরিবর্তিত হতে পারে। ডায়াটম দ্বারা বায়োমিনেরালাইজেশন সমুদ্রের মধ্যে বৃহত্তম সি প্রবাহকে প্ররোচিত করে এবং এইভাবে বিশ্বব্যাপী সি চক্রে এর একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা রয়েছে। ডায়াটম দ্বারা সি গ্রহণ করার সময়, ভারী আইসোটোপের বিরুদ্ধে একটি আইসোটোপিক বৈষম্য থাকে, যা 30-সি-ক্ষয়প্রাপ্ত বায়োজেনিক সিলিকা খনিজ গঠন করে। ফলস্বরূপ, পার্শ্ববর্তী জলে অবশিষ্ট দ্রবীভূত সি 30সি-সমৃদ্ধ হয়। যেহেতু ডায়াটমগুলি সালোকসংশ্লেষণের জন্য সূর্যালোকের উপর নির্ভর করে, তাই তারা পৃষ্ঠের জলে বাস করে এবং এইভাবে সমুদ্রের পৃষ্ঠের জল সাধারণত 30Si-সমৃদ্ধ হয়। যদিও রেডিওলারিয়ানদের দ্বারা বায়োমিনারালাইজেশনের সময় আইসোটোপিক ভগ্নাংশ সম্পর্কে কম তথ্য পাওয়া যায়, তবে এটি পরামর্শ দেওয়া হয়েছে যে রেডিওলারিয়ানরা ভারী আইসোটোপ (30Si)-এর বিরুদ্ধেও বৈষম্যমূলক আচরণ করে এবং আইসোটোপিক ভগ্নাংশের মাত্রা ডায়াটম দ্বারা বায়োমিনারালাইজেশনের অনুরূপ। স্পঞ্জগুলি 30Si-এর চেয়ে 28Si-এর জন্য একটি আইসোটোপিক পছন্দও দেখায়, তবে তাদের আইসোটোপিক ভগ্নাংশের মাত্রা প্রায়শই বড় হয় (পরিমাণগত তুলনার জন্য, চিত্র 2 দেখুন)। হাইড্রোথার্মাল ভেন্ট হাইড্রোথার্মাল ভেন্ট মহাসাগরের সি জলাশয়ে দ্রবীভূত সি অবদান রাখে। বর্তমানে, এই প্রবাহের সাথে যুক্ত δ30Si মানগুলির উপর তথ্যের অভাবের কারণে হাইড্রোথার্মাল সি ফ্লাক্সের মাত্রা নির্ধারণ করা চ্যালেঞ্জিং। হাইড্রোথার্মাল ভেন্টের δ30Si মানের মাত্র দুটি প্রকাশিত তথ্য বিন্দু রয়েছে। ডায়াজেনেসিস পলি ছিদ্রজলের δ30Si মান জমা-পরবর্তী (ডায়াজেনেটিক) বৃষ্টিপাত বা সি-এর দ্রবীভূতকরণ দ্বারা প্রভাবিত হতে পারে। এই প্রক্রিয়াগুলির ব্যাপ্তি এবং আইসোটোপিক ভগ্নাংশগুলি বোঝা গুরুত্বপূর্ণ, কারণ তারা মূলত জমা হওয়া পললের δ30Si মানগুলিকে পরিবর্তন করে এবং শিলা রেকর্ডে সংরক্ষিত δ30Si নির্ধারণ করে। সাধারণত, সি-এর বৃষ্টিপাত হালকা আইসোটোপ (28সি) পছন্দ করে এবং হোস্টিং দ্রবণে 30সি-সমৃদ্ধ দ্রবীভূত সি-এর দিকে নিয়ে যায়। ছিদ্রজলে সি দ্রবীভূত হওয়ার সমস্থানিক প্রভাব এখনও স্পষ্ট নয়, কারণ কিছু গবেষণায় দ্রবীভূত হওয়ার সময় 28সি-র অগ্রাধিকারের কথা বলা হয়েছে, যেখানে অন্যান্য গবেষণায় নথিভুক্ত করা হয়েছে যে পলল দ্রবীভূত হওয়ার সময় সমস্থানিক ভগ্নাংশ প্রকাশ করা হয়নি। প্যালিওসেনোগ্রাফি প্রক্সি সিলিসিক অ্যাসিড ফুটো অনুমান সিলিসিক অ্যাসিড ফুটো অনুমান (এস. এ. এল. এইচ) একটি প্রস্তাবিত প্রক্রিয়া যার লক্ষ্য হল হিমবাহ এবং আন্তঃ হিমবাহ সময়ের মধ্যে বায়ুমণ্ডলীয় সি. ও. 2 বৈচিত্র্য ব্যাখ্যা করা। এই অনুমানটি প্রস্তাব করে যে হিমবাহ সময়কালে, দক্ষিণ মহাসাগরে বর্ধিত ধুলো নিক্ষেপণের ফলে, ডায়াটমগুলি নাইট্রোজেনের তুলনায় কম সি গ্রহণ করে। সিঃ এন গ্রহণ অনুপাত হ্রাসের ফলে দক্ষিণ মহাসাগরে সি অতিরিক্ত হয়ে যায়, যা সমুদ্রের নিম্ন অক্ষাংশে ছড়িয়ে পড়ে যা কোক্কোলিথোফোর দ্বারা প্রভাবিত হয়। সি-এর ঘনত্ব বাড়ার সাথে সাথে ডায়াটমের জনসংখ্যা কোক্কোলিথোফোরকে ছাড়িয়ে যেতে পারে, যা সি. এ. সি. ও 3 বৃষ্টিপাত হ্রাস করে এবং সমুদ্রের ক্ষারতা এবং কার্বনেট পাম্পকে পরিবর্তন করে। এই পরিবর্তনগুলি গত হিমযুগে পর্যবেক্ষণ করা সিও2-এর হ্রাসের সাথে সামঞ্জস্য রেখে কম বায়ুমণ্ডলীয় সিও2 ঘনত্বের সাথে একটি নতুন মহাসাগর-বায়ুমণ্ডলের স্থিতিশীল অবস্থাকে প্ররোচিত করবে। দক্ষিণ মহাসাগরের ডায়াটম পললে আর্কাইভ করা δ30Si এবং δ15N আইসোটোপিক মানগুলি এই অনুমানটি পরীক্ষা করার জন্য ব্যবহার করা হয়েছে, কারণ শেষ অবক্ষয়ের সময় Si এবং N সরবরাহ এবং ব্যবহারের গতিশীলতা এই রেকর্ড থেকে ব্যাখ্যা করা যেতে পারে। সিলিসিক অ্যাসিড ফুটো অনুমানের সাথে সামঞ্জস্য রেখে, এই আইসোটোপিক সংরক্ষণাগারগুলি পরামর্শ দেয় যে দক্ষিণ মহাসাগরে সি-এর ব্যবহার অবক্ষয়ের সময় বৃদ্ধি পেয়েছে। সি আইসোটোপ প্যালিওথার্মোমেট্রি চের্ট সি আইসোটোপিক রেকর্ড দ্বারা সমুদ্রের প্যালিওটেম্পারেচার পুনর্গঠন করার প্রচেষ্টা করা হয়েছে, যা প্রস্তাব করে যে আর্কিয়ান সমুদ্রের জলের তাপমাত্রা আধুনিক (~ 70 ডিগ্রি সেলসিয়াস) এর তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি ছিল। যাইহোক, পরবর্তী গবেষণায় এই প্যালিওথার্মোমেট্রি পদ্ধতি নিয়ে প্রশ্ন তোলা হয়েছে এবং আর্কিয়ান শিলাগুলির δ30Si মানের জন্য বিকল্প ব্যাখ্যা দেওয়া হয়েছে। এই সংকেতগুলি ডায়াজেনেটিক পরিবর্তন প্রক্রিয়ার ফলে হতে পারে যা মূল δ30Si মানগুলিকে ছাপিয়ে যায়, অথবা প্রতিফলিত করে যে আর্কিয়ান চের্টগুলি বিভিন্ন সি উত্স দ্বারা গঠিত ছিল। এটি যুক্তিসঙ্গত যে আর্কিয়ান যুগে সি পললের প্রভাবশালী উৎস ছিল আধুনিক মহাসাগরে বিশাল সিওও2 বায়োমিনারালাইজেশনের বিপরীতে ওয়েদারিং, ক্ষয়, ক্লাস্টিক পললের সিলিসিফিকেশন বা হাইড্রোথার্মাল ক্রিয়াকলাপ। প্যালিও সি-এর ঘনত্ব অভিজ্ঞতাগত ক্রমাঙ্কন অনুসারে, স্পঞ্জ এবং তাদের হোস্টিং জলের মধ্যে δ30Si-এর পার্থক্য হোস্টিং দ্রবণের সি-এর ঘনত্বের সাথে সম্পর্কযুক্ত। অতএব, এটি প্রস্তাব করা হয়েছে যে প্রাচীন মহাসাগরের নীচের জলে সি-এর ঘনত্ব সহাবস্থানকারী স্পঞ্জ স্পিকুলের δ30Si থেকে ব্যাখ্যা করা যেতে পারে, যা শিলা রেকর্ডে সংরক্ষিত রয়েছে। এটি প্রস্তাব করা হয়েছে যে এই সম্পর্কটি স্পঞ্জের বৃদ্ধির হার এবং সি গ্রহণ গতিবিদ্যা দ্বারা নির্ধারিত হয়, তবে স্পঞ্জ বায়োমিনারালাইজেশন পথের বর্তমান বোঝাপড়া সীমিত। যদিও এই সম্পর্কের পিছনের প্রক্রিয়াটি এখনও স্পষ্ট নয়, তবে এটি বিভিন্ন পরীক্ষাগার পরীক্ষা, আধুনিক পরিবেশ এবং মূল শীর্ষ পললের মধ্যে সামঞ্জস্যপূর্ণ বলে মনে হয়। যাইহোক, এমন প্রমাণও রয়েছে যে মাংসাশী স্পঞ্জের δ30Si প্রত্যাশিত পারস্পরিক সম্পর্ক থেকে উল্লেখযোগ্যভাবে ভিন্ন হতে পারে। আরও দেখুন সিলিকন আইসোটোপ ভূ-রসায়ন স্থিতিশীল আইসোটোপ অনুপাত আইসোটোপ-অনুপাত ভর বর্ণালী তথ্যসূত্র ভূ-রসায়ন জৈব-রসায়ন জৈব-খনিজকরণ আবহাওয়াকরণ