Manganese cycle
मैंगनीज चक्र वायुमंडल, जलमंडल, जीवमंडल और स्थलमण्डल के माध्यम से मैंगनीज का जैव-भूरासायनिक चक्र है। ऐसे बैक्टीरिया हैं जो मैंगनीज को अघुलनशील ऑक्साइड में ऑक्सीकृत करते हैं, और अन्य जो इसका उपयोग करने के लिए इसे एमएन2 + तक कम कर देते हैं। मैंगनीज एक भारी धातु है जिसमें पृथ्वी की परत का लगभग 0.1% हिस्सा होता है और जैविक प्रक्रियाओं के लिए एक आवश्यक तत्व होता है। यह लोहे के समान तरीकों से पृथ्वी के माध्यम से साइकिल किया जाता है, लेकिन अलग-अलग रेडॉक्स मार्गों के साथ। मानव गतिविधियों ने पृथ्वी के विभिन्न क्षेत्रों में मैंगनीज के प्रवाह को प्रभावित किया है। वैश्विक मैंगनीज चक्र मैंगनीज प्रकाश संश्लेषण जैसे जैविक कार्यों के लिए एक आवश्यक तत्व है, और कुछ मैंगनीज ऑक्सीकरण बैक्टीरिया एनोक्सिक वातावरण में इस तत्व का उपयोग करते हैं। वैश्विक "क्षेत्रों" (नीचे वर्णित) के बीच मैंगनीज (एम. एन.) की आवाजाही भौतिक और जैविक दोनों प्रक्रियाओं द्वारा मध्यस्थता की जाती है। स्थलमण्डल में मैंगनीज क्षरण और नदियों में चट्टान के विघटन से जलमंडल में प्रवेश करता है, समाधान में यह फिर समुद्र में अपना रास्ता बनाता है। एक बार समुद्र में, एमएन खनिज बना सकता है और समुद्र तल में डूब सकता है जहां ठोस चरण दफन हो जाता है। वैश्विक मैंगनीज चक्र को मानवजनित प्रभावों, जैसे कि औद्योगिक उपयोग के लिए खनन और खनिज प्रसंस्करण के साथ-साथ जीवाश्म ईंधन के जलने से बदला जा रहा है। लिथोस्फेयर मैंगनीज पृथ्वी की पपड़ी में दसवीं सबसे प्रचुर मात्रा में पाई जाने वाली धातु है, जो कुल संरचना का लगभग 0.1% है, या लगभग 0.019 मोल किलोग्राम-1 है, जो ज्यादातर समुद्री पपड़ी में पाया जाता है। क्रस्ट मैंगनीज (एमएन) आमतौर पर प्रारंभिक चरण के क्रिस्टलीय खनिजों के रूप में आग्नेय चट्टानों में अवक्षेपित होता है, जो एक बार पानी और/या ऑक्सीजन के संपर्क में आने पर अत्यधिक घुलनशील होते हैं और चट्टानों की सतहों पर एमएन ऑक्साइड बनाने के लिए आसानी से ऑक्सीकृत होते हैं। एमएन रूप में समृद्ध डेंड्राइटिक क्रिस्टल जब रोगाणु अपने चयापचय के लिए एमएन का उपयोग करने के बाद चट्टानों से एमएन को पुनः प्राप्त करते हैं जिस पर वे सतह पर विकसित होते हैं। उदाहरण के लिए, रेगिस्तानी वार्निश के नमूनों पर पाए जाने वाले कुछ साइनोबैक्टीरिया के लिए, यह पाया गया है कि मैंगनीज का उपयोग एक उत्प्रेरक एंटीऑक्सीडेंट के रूप में कठोर धूप और रेगिस्तानी चट्टान की सतहों पर पानी की स्थितियों में जीवित रहने की सुविधा के लिए किया जाता है। मिट्टी मैंगनीज पौधों के विकास के लिए एक महत्वपूर्ण मिट्टी सूक्ष्म पोषक तत्व है, जो प्रकाश संश्लेषक मार्ग, प्रकाश प्रणाली II के ऑक्सीजन-विकसित करने वाले परिसर में एक उत्प्रेरक के रूप में आवश्यक भूमिका निभाता है। मृदा कवक विशेष रूप से अवायवीय स्थितियों में मैंगनीज (एमएन2 +) के कम, घुलनशील रूप को ऑक्सीकृत करने के लिए पाया गया है, और एरोबिक स्थितियों में इसे मैंगनीज ऑक्साइड (एमएन + 3 से एमएन + 7) के रूप में पुनः प्राप्त कर सकता है, जहां पसंदीदा चयापचय मार्ग में आमतौर पर ऑक्सीजन का उपयोग शामिल होता है। हालांकि सभी लौह-कम करने वाले बैक्टीरिया में मैंगनीज को कम करने की क्षमता नहीं होती है, लेकिन टैक्स में ओवरलैप होता है जो दोनों चयापचय कर सकता है; ये जीव पर्यावरणीय स्थितियों की एक श्रृंखला में बहुत आम हैं। हालाँकि संस्कृतियों में इन रोगाणुओं को अलग करने में चुनौती बनी हुई है। पीएच, कार्बनिक सब्सट्रेट की उपलब्धता और ऑक्सीजन सांद्रता के आधार पर, एमएन या तो ऑक्सीकरण उत्प्रेरक या इलेक्ट्रॉन रिसेप्टर के रूप में व्यवहार कर सकता है। यद्यपि मिट्टी में चक्रित कुल एम. एन. का अधिकांश भाग जैविक रूप से मध्यस्थ है, कुछ अकार्बनिक प्रतिक्रियाएं एम. एन. ऑक्सीकरण या एम. एन. ऑक्साइड की वर्षा में भी योगदान करती हैं। कमी क्षमता (पी. ई.) और पी. एच. मिट्टी में एम. एन. की घुलनशीलता पर दो ज्ञात बाधाएं हैं। जैसे-जैसे पी. एच. बढ़ता है, एम. एन. विशिष्टता पी. ई. में भिन्नताओं के प्रति कम संवेदनशील हो जाती है। उच्च ह्रास क्षमता (पी. ई.> 8) वाली अम्लीय (पी. एच. = 5) मिट्टी में, एम. एन. के रूप ज्यादातर कम करने योग्य होते हैं, जिसमें पी. ई. में वृद्धि के साथ विनिमय योग्य और घुलनशील एम. एन. की सांद्रता में नाटकीय रूप से कमी आती है। एम. एन. अकार्बनिक चीलेशन परिसरों में भी पाया जाता है, जहाँ एम. एन. एस. ओ. 42-, एच. सी. ओ. 3-, और सी. एल.-आयनों के साथ समन्वय बंधन बनाता है। ये परिसर मिट्टी में कार्बनिक पदार्थों के स्थिरीकरण के लिए महत्वपूर्ण हैं, क्योंकि इनमें उच्च सतह क्षेत्र होते हैं और अवशोषण के माध्यम से कार्बनिक पदार्थों के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। हाइड्रोस्फेयर आयरन (फे) और मैंगनीज (एमएन) अपने-अपने चक्रों में समानताएं हैं और अक्सर एक साथ अध्ययन किया जाता है। दोनों के जलमंडल में समान स्रोत हैं, जो हाइड्रोथर्मल वेंट फ्लक्स, धूल के निवेश और चट्टानों का अपक्षय हैं। महासागर से एम. एन. के प्रमुख निष्कासन में फ़े के समान प्रक्रियाएं भी शामिल हैं, जिसमें जैविक ग्रहण, ऑक्सीडेटिव वर्षा और सफाई के माध्यम से जलमंडल से सबसे प्रचुर मात्रा में निष्कासन शामिल है। सूक्ष्मजीव जैव उपलब्ध एमएन (II) का ऑक्सीकरण करके एमएन (IV) बनाते हैं, जो एक अघुलनशील मैंगनीज ऑक्साइड है जो कण पदार्थ बनाने के लिए एकत्रित होता है जो फिर समुद्र तल में डूब सकता है। प्रकाश संश्लेषण और अन्य जैविक कार्यों के लिए जलीय पारिस्थितिकी तंत्र में मैंगनीज महत्वपूर्ण है। ज्वारीय प्रवाह से ताजा पानी और ज्वारनदमुख का प्रवाह ज्वारनदमुखों को फिर से निलंबित कर देता है और मैंगनीज का पता लगा सकता है। कण मैंगनीज को कमी के माध्यम से विघटित किया जाता है जो एमएन (II) बनाता है, इसे पारिस्थितिकी तंत्र में जीवों में मैंगनीज के आंतरिक चक्र में जोड़ता है। ज्वारीय जैव-भूरसायनिकी ज्वारीय दोलन, तापमान और पी. एच. परिवर्तनों से बहुत अधिक प्रभावित होती है, और इस प्रकार आंतरिक चक्रण में मैंगनीज का निवेश परिवर्तनशील होता है। नदियों और धाराओं में एमएन का निवास समय आम तौर पर ज्वारनदमुख की तुलना में कम होता है, और एमएन का एक बड़ा हिस्सा घुलनशील एमएन (II) है। इन मीठे पानी के पारिस्थितिकी प्रणालियों में, मैंगनीज साइक्लिंग तलछट के प्रवाह पर निर्भर है जो प्रणाली में एमएन का प्रवाह प्रदान करता है। तलछट से एम. एन. (II) का ऑक्सीकरण रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं को संचालित करता है जो एम. एन. के साथ जैव-भूरासायनिक प्रक्रियाओं को ईंधन देता है, साथ ही एम. एन. रोगाणुओं को कम करता है। समुद्र में मैंगनीज साइकिल चलाने के विभिन्न रूप देखे जाते हैं। फोटिक क्षेत्र में, दिन के समय एमएन कणों के गठन में कमी आती है, क्योंकि सूक्ष्म रूप से उत्प्रेरित ऑक्सीकरण की दर में कमी आती है और एमएन ऑक्साइड का फोटो-विघटन बढ़ जाता है। जियोट्रेसेस कार्यक्रम ने पहले वैश्विक मैंगनीज मॉडल के उत्पादन का नेतृत्व किया है, जिसमें वैश्विक मैंगनीज वितरण की भविष्यवाणी की जा सकती है। इस वैश्विक मॉडल में एमएन की मजबूत निष्कासन दर पाई गई क्योंकि पानी अटलांटिक महासागर की सतह से उत्तरी अटलांटिक के गहरे पानी में जाता है जिसके परिणामस्वरूप थर्मोहलाइन कन्वेयर के साथ दक्षिण की ओर बढ़ने वाले पानी में एमएन की कमी होती है। कुल मिलाकर, जब मैंगनीज के साथ जीवों की अंतःक्रियाओं को देखा जाता है, तो यह ज्ञात होता है कि रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं, साथ ही यह भी कि एमएन के महत्वपूर्ण जैविक कार्य हैं, हालांकि आयरन जैसे अवशोषण और पुनर्योजीकरण प्रक्रियाओं के बारे में बहुत कम जानकारी है। प्रारंभिक पृथ्वी स्थलीय मैंगनीज लगभग 4.6 जी. ए. के आसपास पृथ्वी के गठन के बाद से मौजूद है। सूर्य और सौर मंडल मैंगनीज सहित कई ट्रेस धातुओं से भरे आणविक बादल के पतन के दौरान बने। आणविक बादल की रासायनिक संरचना ने इसके भीतर बनने वाले कई खगोलीय पिंडों की संरचना को निर्धारित किया। निकटवर्ती सुपरनोवा विस्फोटों ने बादलों को मैंगनीज से भर दिया; सबसे आम मैंगनीज बनाने वाले सुपरनोवा टाइप आई. ए. सुपरनोवा हैं। प्रारंभिक पृथ्वी में बहुत कम मुक्त ऑक्सीजन (O2) था जब तक कि लगभग 2.35 Ga के आसपास महान ऑक्सीकरण घटना नहीं हुई। O2 के बिना, Mn का रेडॉक्स साइक्लिंग सीमित था। इसके बजाय, घुलनशील एमएन (II) को केवल आग्नेय चट्टानों पर सिलिकेट अपक्षय के माध्यम से महासागरों में छोड़ा गया था और हाइड्रोथर्मल वेंट के माध्यम से आपूर्ति की गई थी। एम. एन. ऑक्सीकरण में वृद्धि आर्कियन आयन (> 2.5 जी. ए.) के दौरान हुई, जबकि मैंगनीज रेडॉक्स साइक्लिंग का पहला प्रमाण ~ 2.4 जी. ए., महान ऑक्सीकरण घटना से पहले और पेलियोप्रोटेरोज़ोइक युग के दौरान दिखाई देता है। यद्यपि महान ऑक्सीजनकरण घटना ने पृथ्वी पर ऑक्सीजन की प्रचुरता को बढ़ा दिया, फिर भी ऑक्सीजन का स्तर आधुनिक स्तरों की तुलना में अपेक्षाकृत कम था। ऐसा माना जाता है कि कई प्राथमिक उत्पादक एनोक्सीजेनिक फोटोट्रोफ थे और उन्होंने प्रकाश संश्लेषण को उत्प्रेरित करने के लिए प्रचुर मात्रा में हाइड्रोजन सल्फाइड (एच2एस) का लाभ उठाया। एनॉक्सीजेनिक फोटोट्रोफी और ऑक्सीजन प्रकाश संश्लेषण दोनों के लिए इलेक्ट्रॉन दाताओं की आवश्यकता होती है, जिसमें एनॉक्सीजेनिक फोटोट्रोफी के सभी ज्ञात रूप 250-500 mV के आसपास कमी क्षमता वाले प्रतिक्रिया केंद्र इलेक्ट्रॉन स्वीकारकों पर निर्भर करते हैं। ऑक्सीजन प्रकाश संश्लेषण के लिए लगभग 1250 एम. वी. की कमी क्षमता की आवश्यकता होती है। यह परिकल्पना की गई है कि कमी क्षमता में यह व्यापक अंतर ऑक्सीजन प्रकाश संश्लेषण की उत्पत्ति में एक विकासवादी लापता कड़ी का संकेत देता है। एमएन (II) इस अंतर को पाटने के लिए अग्रणी उम्मीदवार है। जल-ऑक्सीकरण परिसर, पी. एस. आई. आई. का एक प्रमुख घटक, एम. एन. (II) के ऑक्सीकरण के साथ शुरू होता है, जो अतिरिक्त साक्ष्य के साथ इस परिकल्पना का दृढ़ता से समर्थन करता है कि मैंगनीज ऑक्सीजन प्रकाश संश्लेषण के विकास में एक आवश्यक कदम था। मानवजनित प्रभाव जबकि मैंगनीज प्राकृतिक रूप से पर्यावरण में पाया जाता है, वैश्विक एमएन चक्र मानवजनित गतिविधियों के माध्यम से प्रभावित होता है। एमएन का उपयोग कई वाणिज्यिक उत्पादों में किया जाता है, जैसे कि आतिशबाजी, चमड़ा, पेंट, कांच, उर्वरक, पशु आहार और ड्राई सेल बैटरी। हालाँकि, इन स्रोतों से होने वाले प्रदूषण का प्रभाव खनन और खनिज प्रसंस्करण की तुलना में कम है। कोयला और प्राकृतिक गैस जैसे जीवाश्म ईंधनों का जलना एमएन के मानवजनित चक्रण में और योगदान देता है। मैंगनीज चक्र पर खनन और खनिज प्रसंस्करण मानवजनित प्रभाव मुख्य रूप से औद्योगिक खनन और खनिज प्रसंस्करण से उत्पन्न होते हैं, विशेष रूप से, लोहे और इस्पात उद्योगों के भीतर। एमएन का उपयोग लोहा और इस्पात उत्पादन में कठोरता, शक्ति और कठोरता में सुधार के लिए किया जाता है, और यह कम लागत वाले स्टेनलेस स्टील और एल्यूमीनियम मिश्र धातु उत्पादन में उपयोग किया जाने वाला प्राथमिक घटक है। मानवजनित खनन और खनिज प्रसंस्करण ने तीन तरीकों के माध्यम से एमएन का प्रसार किया हैः अपशिष्ट जल निर्वहन, औद्योगिक उत्सर्जन और मिट्टी में रिलीज। अपशिष्ट जल निर्वहन खनन और खनिज प्रसंस्करण सुविधाओं से अपशिष्ट को आम तौर पर तरल और ठोस रूपों में अलग किया जाता है। अपर्याप्त प्रबंधन और खराब खनन प्रक्रियाओं के कारण, विशेष रूप से विकासशील देशों में, एम. एन. युक्त तरल अपशिष्ट को मानवजनित अपशिष्टों के माध्यम से जल निकायों में छोड़ा जा सकता है। घरेलू अपशिष्ट जल और सीवेज कीचड़ निपटान जलीय पारिस्थितिकी प्रणालियों के भीतर एमएन के मुख्य मानवजनित स्रोत हैं। समुद्री प्रणालियों में, खदान की पूंछ का निपटान जलीय मानवजनित एमएन सांद्रता में योगदान देता है जहां उच्च स्तर समुद्री जीवन के लिए विषाक्त हो सकते हैं। औद्योगिक उत्सर्जन वातावरण में एम. एन. इनपुट का मुख्य मानवजनित प्रभाव औद्योगिक उत्सर्जन के माध्यम से होता है, और एम. एन. का लगभग 80 प्रतिशत औद्योगिक उत्सर्जन इस्पात और लौह प्रसंस्करण सुविधाओं के कारण होता है। उत्तरी गोलार्ध में, औद्योगिक उत्सर्जन के माध्यम से जारी कुछ एमएन प्रदूषकों को वायुमंडलीय परिसंचरण के माध्यम से आर्कटिक क्षेत्रों में स्थानांतरित किया जाता है, जहां कण जल के प्राकृतिक निकायों में बस जाते हैं और जमा हो जाते हैं। एमएन का ऐसा वायुमंडलीय प्रदूषण औद्योगिक सुविधाओं के पास काम करने या रहने वाले मनुष्यों के लिए खतरनाक हो सकता है। खनन के दौरान हवा में छोड़ी गई मैंगनीज डाइऑक्साइड और मैंगनीज टेट्रॉक्साइड युक्त धूल और धुआं मनुष्यों में मैंगनिज्म का एक प्राथमिक कारण है। मिट्टी में रिलीज औद्योगिक स्रोतों द्वारा एमएन युक्त पदार्थों का ठोस अपशिष्ट निपटान आमतौर पर लैंडफिल में समाप्त होता है। मिट्टी में अतिरिक्त एमएन जमाव औद्योगिक उत्सर्जन के माध्यम से जारी एमएन के कण निपटान के परिणामस्वरूप हो सकता है। उत्तरी अमेरिका और यूरोप के मिट्टी रसायन विज्ञान पर डेटासेट के विश्लेषण से पता चला है कि लोहे या इस्पात प्रसंस्करण सुविधाओं के पास रिज मिट्टी में 50 प्रतिशत से अधिक एमएन का श्रेय मानवजनित औद्योगिक निवेश को दिया जाता है, चाहे वह ठोस अपशिष्ट निपटान के माध्यम से हो या मिट्टी में जमा होने वाले पहले के वायुजनित कणों के माध्यम से। जीवाश्म ईंधन के जलने से मानवजनित रूप से प्राप्त एमएन जीवाश्म ईंधन का जलना वायुमंडल, जलमंडल और स्थलमण्डल में पाया गया है। एमएन फ्लाई ऐश में एक ट्रेस तत्व है, जो बिजली उत्पादन के लिए कोयले के उपयोग से एक अवशेष है, जो अक्सर वायुमंडल, मिट्टी और पानी के निकायों में समाप्त होता है। मिथाइलसाइक्लोपेन्टाडाइनिल एमएन ट्राइकार्बोनिल (एमएमटी), एमएन युक्त एक गैसोलीन योजक, एमएन एंथ्रोपोजेनिक साइक्लिंग में भी योगदान देता है। ईंधन योजक के रूप में एम. एम. टी. के उपयोग के कारण, मोटर वाहन वातावरण में एम. एन. का एक महत्वपूर्ण स्रोत हैं, विशेष रूप से उच्च यातायात गतिविधि वाले क्षेत्रों में। कुछ क्षेत्रों में, वायुमंडल में लगभग 40 प्रतिशत एमएन यातायात से निकलने वाले निकास के कारण था। पार्टिकुलेट मैंगनीज फॉस्फेट, मैंगनीज सल्फेट और मैंगनीज ऑक्साइड गैसोलीन में इसके उपयोग के माध्यम से एमएमटी दहन से होने वाले प्राथमिक उत्सर्जन हैं। इन कणों का एक हिस्सा अंततः वायुमंडल को मिट्टी और जल निकायों में बसने के लिए छोड़ देता है। संदर्भ विकिपीडिया छात्र कार्यक्रम मैंगनीज जैव भूरासायनिक चक्र