Hypoxia (environmental)
हाइपोक्सिया कम ऑक्सीजन की स्थिति को संदर्भित करता है। आम तौर पर, वायुमंडल में गैस का 20.9% ऑक्सीजन होता है। वायुमंडल में ऑक्सीजन का आंशिक दबाव कुल बैरोमेट्रिक दबाव का 20.9% है। पानी में, ऑक्सीजन का स्तर बहुत कम होता है, अच्छी गुणवत्ता वाले पानी में लगभग 7 पीपीएम या 0.0007%, और प्रकाश संश्लेषक जीवों की उपस्थिति और सतह से सापेक्ष दूरी के आधार पर स्थानीय रूप से उतार-चढ़ाव होता है (यदि हवा में अधिक ऑक्सीजन है, तो यह आंशिक दबाव प्रवणता में फैल जाएगा)। वायुमंडलीय हाइपोक्सिया वायुमंडलीय हाइपोक्सिया प्राकृतिक रूप से उच्च ऊंचाई पर होता है। ऊंचाई बढ़ने पर कुल वायुमंडलीय दबाव कम हो जाता है, जिससे ऑक्सीजन का आंशिक दबाव कम हो जाता है, जिसे हाइपोबैरिक हाइपोक्सिया के रूप में परिभाषित किया जाता है। ऑक्सीजन कुल गैस मिश्रण के 20.9% पर बनी रहती है, जो हाइपोक्सिक हाइपोक्सिया से अलग है, जहां हवा (या रक्त) में ऑक्सीजन का प्रतिशत कम हो जाता है। यह कुछ भूमिगत जानवरों के सीलबंद बिलों में आम है, जैसे कि ब्लेसमोल। वायुमंडलीय हाइपोक्सिया भी ऊंचाई प्रशिक्षण का आधार है, जो कुलीन खिलाड़ियों के लिए प्रशिक्षण का एक मानक हिस्सा है। कई कंपनियाँ नॉर्मोबैरिक कृत्रिम वातावरण का उपयोग करके हाइपोक्सिया की नकल करती हैं। जलीय हाइपोक्सिया ऑक्सीजन की कमी एक ऐसी घटना है जो जलीय वातावरण में होती है क्योंकि घुलनशील ऑक्सीजन (डीओ; पानी में घुलनशील आणविक ऑक्सीजन) एकाग्रता में एक बिंदु तक कम हो जाती है जहां यह प्रणाली में रहने वाले जलीय जीवों के लिए हानिकारक हो जाती है। घुलनशील ऑक्सीजन को आम तौर पर ऑक्सीजन के प्रतिशत के रूप में व्यक्त किया जाता है जो प्रचलित तापमान और लवणता पर पानी में घुलनशील होता है (दोनों जो पानी में ऑक्सीजन की घुलनशीलता को प्रभावित करते हैं; ऑक्सीजन संतृप्ति और पानी के नीचे देखें)। एक जलीय प्रणाली जिसमें घुलनशील ऑक्सीजन (0 प्रतिशत संतृप्ति) की कमी होती है, उसे अवायवीय, कम करने वाला या एनोक्सिक कहा जाता है; 1 से 30 प्रतिशत संतृप्ति के बीच की सीमा में कम सांद्रता वाली प्रणाली को हाइपोक्सिक या डायसॉक्सिक कहा जाता है। अधिकांश मछलियाँ 30 प्रतिशत संतृप्ति से नीचे नहीं रह सकती हैं क्योंकि वे अपने पोषक तत्वों से ऊर्जा प्राप्त करने के लिए ऑक्सीजन पर निर्भर हैं। हाइपोक्सिया अंतःस्रावी व्यवधान के माध्यम से शेष मछलियों के खराब प्रजनन की ओर ले जाता है। एक "स्वस्थ" जलीय वातावरण में शायद ही कभी 80 प्रतिशत से कम संतृप्ति का अनुभव होना चाहिए। एक्सएरोबिक क्षेत्र एनोक्सिक और हाइपोक्सिक क्षेत्रों की सीमा पर पाया जाता है। हाइपोक्सिया पूरे जल स्तंभ में और उच्च ऊंचाई के साथ-साथ तल पर तलछट के पास भी हो सकता है। यह आमतौर पर पानी के स्तंभ के पूरे 20-50% में फैला होता है, लेकिन पानी की गहराई और पाइक्नोक्लाइन के स्थान (गहराई के साथ पानी के घनत्व में तेजी से परिवर्तन) पर निर्भर करता है। यह जल स्तंभ के 10-80% में हो सकता है। उदाहरण के लिए, 10 मीटर के पानी के स्तंभ में, यह सतह से 2 मीटर नीचे तक पहुंच सकता है। 20 मीटर के जल स्तंभ में, यह सतह से 8 मीटर नीचे तक फैल सकता है। मौसमी मार हाइपोलिम्नेटिक ऑक्सीजन की कमी गर्मियों और सर्दियों दोनों में "मार" का कारण बन सकती है। ग्रीष्मकालीन स्तरीकरण के दौरान, निवेश या कार्बनिक पदार्थ और प्राथमिक उत्पादकों का अवसादन हाइपोलिम्नियन में श्वसन की दर को बढ़ा सकता है। यदि ऑक्सीजन की कमी अत्यधिक हो जाती है, तो मछलियों जैसे एरोबिक जीव मर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप "समर किल" के रूप में जाना जाता है। एक ही घटना सर्दियों में हो सकती है, लेकिन अलग-अलग कारणों से। सर्दियों के दौरान, बर्फ और बर्फ का आवरण प्रकाश को कम कर सकता है, और इसलिए प्रकाश संश्लेषण की दर को कम कर सकता है। एक झील का जमना हवा-पानी की परस्पर क्रिया को भी रोकता है जो ऑक्सीजन के आदान-प्रदान की अनुमति देता है। यह ऑक्सीजन की कमी पैदा करता है जबकि श्वसन जारी रहता है। जब ऑक्सीजन बुरी तरह से समाप्त हो जाती है, तो अवायवीय जीव मर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप "सर्दियों में मृत्यु" हो सकती है। हाइपोक्सिया के कारण ऑक्सीजन की कमी कई प्राकृतिक कारकों के परिणामस्वरूप हो सकती है, लेकिन प्रदूषण और यूट्रोफिकेशन के परिणामस्वरूप अक्सर एक चिंता का विषय है जिसमें पौधे के पोषक तत्व नदी, झील या समुद्र में प्रवेश करते हैं और फाइटोप्लांकटन खिलने को प्रोत्साहित किया जाता है। जबकि फाइटोप्लांकटन, प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से, दिन के उजाले के दौरान डीओ संतृप्ति को बढ़ाएगा, एक फूल की घनी आबादी श्वसन द्वारा रात के दौरान डीओ संतृप्ति को कम कर देगी। जब फाइटोप्लांकटन कोशिकाएं मर जाती हैं, तो वे नीचे की ओर डूब जाती हैं और बैक्टीरिया द्वारा विघटित हो जाती हैं, एक ऐसी प्रक्रिया जो पानी के स्तंभ में डीओ को और कम कर देती है। यदि ऑक्सीजन की कमी हाइपोक्सिया की ओर बढ़ती है, तो मछलियों की मौत हो सकती है और नीचे के कीड़े और क्लैम जैसे अकशेरुकी भी मारे जा सकते हैं। प्रदूषकों की अनुपस्थिति में भी हाइपोक्सिया हो सकता है। उदाहरण के लिए, ज्वारनदमुखों में, क्योंकि नदी से समुद्र में बहने वाला ताजा पानी खारे पानी की तुलना में कम घना होता है, इसके परिणामस्वरूप जल स्तंभ में स्तरीकरण हो सकता है। इसलिए जल निकायों के बीच ऊर्ध्वाधर मिश्रण कम हो जाता है, जिससे सतह के पानी से ऑक्सीजन की आपूर्ति अधिक खारे निचले पानी तक सीमित हो जाती है। निचला परत में ऑक्सीजन की सांद्रता तब इतनी कम हो सकती है कि हाइपोक्सिया हो जाए। विशेष रूप से इसके लिए प्रवण क्षेत्रों में अर्ध-बंद जल निकायों जैसे वाडेनज़ी या मैक्सिको की खाड़ी के उथले पानी शामिल हैं, जहां भूमि का अपवाह पर्याप्त है। इन क्षेत्रों में एक तथाकथित "मृत क्षेत्र" बनाया जा सकता है। कम घुलनशील ऑक्सीजन की स्थिति अक्सर मौसमी होती है, जैसा कि वाशिंगटन राज्य में हुड कैनाल और पुजेट साउंड के क्षेत्रों में होता है। विश्व संसाधन संस्थान ने दुनिया भर में 375 हाइपोक्सिक तटीय क्षेत्रों की पहचान की है, जो पश्चिमी यूरोप, अमेरिका के पूर्वी और दक्षिणी तटों और पूर्वी एशिया, विशेष रूप से जापान के तटीय क्षेत्रों में केंद्रित हैं। हाइपोक्सिया आवधिक घटनाओं के लिए स्पष्टीकरण भी हो सकता है जैसे कि मोबाइल बे जुबली, जहां जलीय जीवन अचानक उथल-पुथल की ओर भागता है, शायद ऑक्सीजन-कम पानी से बचने की कोशिश कर रहा है। ओरेगन और वाशिंगटन के तटों के पास हाल ही में व्यापक शैलफिश की हत्याओं के लिए चक्रीय मृत क्षेत्र पारिस्थितिकी को भी दोषी ठहराया जाता है। फाइटोप्लांकटन टूटना वैज्ञानिकों ने निर्धारित किया है कि पानी के निकायों में फेंके गए खनिजों की उच्च सांद्रता फाइटोप्लांकटन खिलने की महत्वपूर्ण वृद्धि का कारण बनती है। चूँकि ये फूल बैक्टीरिया और अन्य टैक्सों, जैसे कि फनेरोकैट क्रायोस्पोरियम द्वारा टूट जाते हैं, इन जीवों के एंजाइमों द्वारा ऑक्सीजन समाप्त हो जाती है। लिग्निन फाइटोप्लांकटन का टूटना ज्यादातर लिग्निन और सेलूलोज से बना होता है, जो पी. क्राइसोस्पोरियम जैसे जीवों में मौजूद एंजाइमों द्वारा टूट जाते हैं, जिन्हें व्हाइट-रॉट के रूप में जाना जाता है। सेलूलोज़ का टूटना पानी में ऑक्सीजन की सांद्रता को कम नहीं करता है, लेकिन लिग्निन का टूटना करता है। लिग्निन के इस टूटने में एक ऑक्सीडेटिव तंत्र शामिल है, और लिग्निनपेरॉक्सीडेस जैसे एंजाइमों द्वारा विघटित ऑक्सीजन की उपस्थिति की आवश्यकता होती है। अन्य कवक जैसे ब्राउन-रॉट, सॉफ्ट-रॉट और ब्लू स्टेन कवक भी लिग्निन परिवर्तन में आवश्यक हैं। जैसे-जैसे यह ऑक्सीकरण होता है, उसके स्थान पर CO2 बनता है। लिग्निनपेरॉक्सीडेस (एल. आई. पी.) सबसे महत्वपूर्ण एंजाइम के रूप में कार्य करता है क्योंकि यह इन जीवों में लिग्निन को तोड़ने में सबसे अच्छा है। एल. आई. पी. लिग्निन की त्रि-आयामी संरचना के भीतर सी-सी बॉन्ड और सी-ओ बॉन्ड को बाधित करता है, जिससे यह टूट जाता है। एल. आई. पी. में दस अल्फा हेलिसेस, दो सी. ए. 2 + संरचनात्मक आयनों के साथ-साथ एक हेम समूह होता है जिसे टेट्रापिरोल रिंग कहा जाता है। ऑक्सीजन एल. आई. पी. के उत्प्रेरक चक्र में टेट्रापिरोल रिंग में एफ. ई. 2 + आयन पर एक दोहरा बंधन बनाने के लिए एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। पानी में डायटोमिक ऑक्सीजन की उपस्थिति के बिना, यह टूटना नहीं हो सकता है क्योंकि फेरिन-एल. आई. पी. ऑक्सीफेरोहेम में कम नहीं होगा। ऑक्सीजन गैस का उपयोग फेरिन-एल. आई. पी. को ऑक्सीफेरोहेम-एल. आई. पी. में बदलने के लिए किया जाता है। ऑक्सीफेरोहेम और वेरैट्रिक अल्कोहल मिलकर ऑक्सीजन रेडिकल और फेरी-एल. आई. पी. बनाते हैं, जिसका उपयोग अब लिग्निन को नीचा दिखाने के लिए किया जा सकता है। ऑक्सीजन रेडिकल्स का उपयोग पर्यावरण में नहीं किया जा सकता है, और पर्यावरण में उच्च उपस्थिति में हानिकारक होते हैं। एक बार लिग्निनपेरॉक्सीडेस में फेरी-एल. आई. पी. मौजूद होने के बाद, इसका उपयोग एल. आर. ई. टी. तंत्र या मध्यस्थ तंत्र के माध्यम से एक बार में एक फिनाइलप्रोपेन समूह को हटाकर लिग्निन अणुओं को तोड़ने के लिए किया जा सकता है। एल. आर. ई. टी. तंत्र (लंबी दूरी का इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण तंत्र) एक इलेक्ट्रॉन को टेट्रापिरोल रिंग से लिग्निन में फिनाइलप्रोपेन के अणु पर स्थानांतरित करता है। यह इलेक्ट्रॉन लिग्निन से एक फिनाइलप्रोपेन अणु को तोड़ने के लिए एक सी-सी या सी-ओ बंधन पर चलता है, एक बार में एक फिनाइलप्रोपेन को हटाकर इसे तोड़ता है। मध्यस्थ तंत्र में, एल. आई. पी. एंजाइम को एल. आई. पी. रेडिकल बनाने के लिए हाइड्रोजन पेरोक्साइड के जोड़ से सक्रिय किया जाता है, और एक मध्यस्थ जैसे कि वेराट्रिक अल्कोहल को जोड़ा जाता है और सक्रिय किया जाता है जिससे वेराट्रिक अल्कोहल रेडिकल बनता है। वेरैट्रिक अल्कोहल रेडिकल लिग्निन पर फिनाइलप्रोपेन को सक्रिय करने के लिए एक इलेक्ट्रॉन को स्थानांतरित करता है, और इलेक्ट्रॉन लिग्निन से एक फिनाइलप्रोपेन को छोड़ने के लिए एक सी-सी या सी-ओ बंधन को नष्ट कर देता है। जैसे-जैसे लिग्निन अणु का आकार बढ़ता है, इन सी-सी या सी-ओ बंधनों को तोड़ना उतना ही कठिन होता है। तीन प्रकार के फिनाइल प्रोपेन रिंग्स में कॉनिफेरिल अल्कोहल, साइनापाइल अल्कोहल और-कौमरिल अल्कोहल शामिल हैं। एल. आई. पी. में मोलडॉक स्कोर बहुत कम होता है, जिसका अर्थ है कि इस एंजाइम को बनाने और प्रतिक्रियाओं को करने के लिए इसे स्थिर करने के लिए बहुत कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। एल. आई. पी. का मोलडॉक स्कोर-156.03 के. सी. एल./मोल है। यह अपनी नकारात्मक मुक्त ऊर्जा आवश्यकताओं के कारण ऊर्जावान रूप से अनुकूल है, और इसलिए एल. आई. पी. द्वारा उत्प्रेरित यह प्रतिक्रिया अनायास होने की संभावना है। प्रोपेनॉल और फिनोल का विघटन पर्यावरण में स्वाभाविक रूप से होता है क्योंकि वे दोनों पानी में घुलनशील होते हैं। पर्यावरणीय कारक पर्यावरण में फाइटोप्लांकटन का टूटना ऑक्सीजन की उपस्थिति पर निर्भर करता है, और एक बार जब ऑक्सीजन पानी के निकायों में नहीं रहती है, तो लिग्निनपेरॉक्सीडेस लिग्निन को तोड़ना जारी नहीं रख सकते हैं। जब पानी में ऑक्सीजन मौजूद नहीं होती है, तो फाइटोप्लांकटन के टूटने के लिए आवश्यक समय 10.7 दिनों से बदलकर कुल 160 दिन हो जाता है। फाइटोप्लांकटन के टूटने की दर को इस समीकरण का उपयोग करके दर्शाया जा सकता हैः इस समीकरण में, जी (टी) किसी दिए गए समय पर कुल मिलाकर कण कार्बनिक कार्बन (पीओसी) की मात्रा है, टी. जी (0) टूटने से पहले पीओसी की सांद्रता है। k वर्ष-1 में एक दर स्थिरांक है, और t वर्षों में समय है। फाइटोप्लांकटन के अधिकांश पी. ओ. सी. के लिए, के लगभग 12.8 वर्ष-1 है, या इन प्रणालियों में लगभग 96 प्रतिशत कार्बन के टूटने के लिए लगभग 28 दिन है। जबकि एनोक्सिक प्रणालियों के लिए, पी. ओ. सी. टूटने में 125 दिन लगते हैं, जो चार गुना अधिक होता है। पर्यावरण में 1 मिलीग्राम पी. ओ. सी. को तोड़ने में लगभग 1 मिलीग्राम ऑक्सीजन लगती है, और इसलिए, हाइपोक्सिया जल्दी होता है क्योंकि पी. ओ. सी. को पचाने के लिए ऑक्सीजन का जल्दी उपयोग किया जाता है। फाइटोप्लांकटन में लगभग 9 प्रतिशत पी. ओ. सी. को एक ही दिन में 18 डिग्री सेल्सियस पर तोड़ा जा सकता है। इसलिए, फाइटोप्लांकटन को पूरी तरह से टूटने में लगभग ग्यारह दिन लगते हैं। पी. ओ. सी. के टूटने के बाद, इस कण पदार्थ को अन्य घुलित कार्बन में बदला जा सकता है, जैसे कि कार्बन डाइऑक्साइड, बाइकार्बोनेट आयन और कार्बोनेट। लगभग 30 प्रतिशत फाइटोप्लांकटन को विघटित कार्बन में विभाजित किया जा सकता है। जब यह कण कार्बनिक कार्बन 350 एनएम पराबैंगनी प्रकाश के साथ परस्पर क्रिया करता है, तो घुलनशील अकार्बनिक कार्बन बनता है, जो कार्बन डाइऑक्साइड, बाइकार्बोनेट आयनों और कार्बोनेट के रूप में पर्यावरण से और भी अधिक ऑक्सीजन को हटा देता है। घुलनशील अकार्बनिक कार्बन 2.3-6.5 mg/(m3 ⋅ दिन) की दर से बनाया जाता है। जैसे-जैसे फाइटोप्लांकटन टूटता है, मुक्त फास्फोरस और नाइट्रोजन पर्यावरण में उपलब्ध हो जाते हैं, जो हाइपोक्सिक स्थितियों को भी बढ़ावा देते हैं। जैसे-जैसे इस फाइटोप्लांकटन का विघटन होता है, उतना ही अधिक फॉस्फोरस फॉस्फेट में बदल जाता है, और नाइट्रोजन नाइट्रेट में बदल जाता है। यह पर्यावरण में ऑक्सीजन को और भी अधिक कम कर देता है, जिससे अधिक मात्रा में हाइपोक्सिक क्षेत्र बन जाते हैं। जैसे-जैसे फॉस्फोरस और नाइट्रोजन जैसे अधिक खनिज इन जलीय प्रणालियों में विस्थापित होते हैं, फाइटोप्लांकटन का विकास बहुत बढ़ जाता है, और उनकी मृत्यु के बाद, हाइपोक्सिक क्षेत्र बन जाते हैं। समाधान हाइपोक्सिया से निपटने के लिए, नदियों में बहने वाले भूमि-व्युत्पन्न पोषक तत्वों की मात्रा को कम करना आवश्यक है। यह सीवेज उपचार में सुधार करके और नदियों में रिसने वाले उर्वरकों की मात्रा को कम करके किया जा सकता है। वैकल्पिक रूप से, यह एक नदी के किनारे प्राकृतिक वातावरण को बहाल करके किया जा सकता है; दलदल विशेष रूप से पानी में फॉस्फोरस और नाइट्रोजन (पोषक तत्वों) की मात्रा को कम करने में प्रभावी हैं। अन्य प्राकृतिक आवास-आधारित समाधानों में सीप जैसी शेलफिश की आबादी की बहाली शामिल है। सीप की चट्टानें पानी के स्तंभ से नाइट्रोजन को हटा देती हैं और निलंबित ठोस पदार्थों को छान लेती हैं, जिससे बाद में हानिकारक शैवाल खिलने या एनोक्सिक स्थितियों की संभावना या सीमा कम हो जाती है। शेलफिश की खेती के माध्यम से समुद्री जल की गुणवत्ता में सुधार के विचार की दिशा में मूलभूत कार्य ऑड लिंडाल एट अल द्वारा स्वीडन में मसल्स का उपयोग करके किया गया था। एकल प्रजाति शेलफिश की खेती से अधिक शामिल, एकीकृत बहु-उष्णकटिबंधीय जलीय कृषि प्राकृतिक समुद्री पारिस्थितिकी तंत्र की नकल करती है, जो समुद्री जल की गुणवत्ता में सुधार के लिए पॉलीकल्चर पर निर्भर करती है। तकनीकी समाधान भी संभव हैं, जैसे कि इंग्लैंड में मैनचेस्टर शिप कैनाल के पुनर्विकसित सैल्फोर्ड डॉक्स क्षेत्र में उपयोग किया जाता है, जहां धीरे-धीरे बहने वाले पानी में सीवर और सड़कों से वर्षों का बहाव जमा हो गया था। 2001 में एक संपीड़ित वायु इंजेक्शन प्रणाली शुरू की गई थी, जिसने पानी में ऑक्सीजन के स्तर को 300% तक बढ़ा दिया था। पानी की गुणवत्ता में परिणामी सुधार के कारण मीठे पानी के झींगे जैसी अकशेरुकी प्रजातियों की संख्या बढ़कर 30 से अधिक हो गई। रोच और पर्च जैसी मछली प्रजातियों के अंकुरण और विकास दर में भी इस हद तक वृद्धि हुई कि वे अब इंग्लैंड में सबसे अधिक हैं। जलीय कृषि तालाबों जैसे छोटे पैमाने के पानी के लिए, पंप वातन मानक है। बहुत कम समय में ऑक्सीजन संतृप्ति शून्य तक गिर सकती है जब अपतटीय बहने वाली हवाएं सतह के पानी को बाहर निकालती हैं और एनोक्सिक गहराई का पानी ऊपर उठ जाता है। उसी समय तापमान में गिरावट और लवणता में वृद्धि देखी गई है (जर्मनी के कील फॉर्ड में समुद्रों में दीर्घकालिक पारिस्थितिक वेधशाला से)। महासागर में ऑक्सीजन व्यवस्था की दीर्घकालिक निगरानी के नए दृष्टिकोण मछली और ज़ूप्लैंक्टन के व्यवहार का ऑनलाइन अवलोकन करते हैं, जो कम ऑक्सीजन संतृप्ति (इकोस्कोप) के तहत और पहले से ही जल प्रदूषण के बहुत कम स्तर पर काफी बदल जाता है। शैवाल खिलता है एनोक्सिक घटना मृत क्षेत्र (पारिस्थितिकी) साइनोबैक्टीरियल खिलता है निर्जलीकरण मछली में यूट्रोफिकेशन हाइपोक्सिया ऑक्सीजन न्यूनतम क्षेत्र संदर्भ स्रोत बाहरी लिंक मेक्सिको की खाड़ी में हाइपोक्सिया ओरेगन में अटलांटिक सिटी हाइपोक्सिया के सामने पर्यावरण गुणवत्ता मृत क्षेत्र पर अमेरिकी तटीय जल परिषद में हाइपोक्सिया का वैज्ञानिक मूल्यांकन जल पारिस्थितिकी रासायनिक समुद्र विज्ञान पर्यावरण विज्ञान जल गुणवत्ता संकेतक ऑक्सीजन अंतःस्रावी विघटनकारी लिम्नोलॉजी