Silicon isotope biogeochemistry
سلیکن آاسوٹوپ بائیو جیو کیمسٹری ایس آئی آاسوٹوپس کی نسبتا کثرت کا استعمال کرتے ہوئے ماحولیاتی عمل کا مطالعہ ہے۔ چونکہ سی مستحکم آاسوٹوپس کی نسبتا کثرت مختلف قدرتی مادوں کے درمیان مختلف ہوتی ہے، اس لیے کثرت میں فرق کو سی کے ماخذ کا پتہ لگانے اور حیاتیاتی، ارضیاتی اور کیمیائی عمل کا مطالعہ کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ سی کے مستحکم آاسوٹوپ بائیو جیو کیمسٹری کے مطالعہ کا مقصد عالمی بائیو جیو کیمیکل سلکان سائیکل میں مختلف سی فلکس کی مقدار طے کرنا، عالمی سی سائیکل کے اندر بائیوجینک سلیکا کے کردار کو سمجھنا، اور ماحولیاتی اور پیلیو اوشینوگرافک پراکسی کے طور پر تلچھٹ سی ریکارڈ کی ایپلی کیشنز اور حدود کی تحقیقات کرنا ہے۔ پس منظر سلیکن فطرت میں عام طور پر ٹیٹراولینٹ آکسیڈیشن حالت میں آکسیجن سے جڑا ہوتا ہے۔ ٹھوس سی کی اہم شکلیں سلیکیٹ معدنیات اور بے ساختہ سلیکا ہیں، جبکہ آبی حلوں میں غالب شکلیں آرتھوسیلیک ایسڈ اور اس کی الگ الگ انواع ہیں۔ سی کے تین مستحکم آاسوٹوپ ہیں، جو درج ذیل اوسط قدرتی کثرت سے وابستہ ہیں: 28Si-92.23%، 29Si-4.67%، اور 30Si-3.10%۔ سی کی آاسوٹوپک ساخت اکثر ڈیلٹا نوٹیشن کے ذریعے تیار کی جاتی ہے، جیسا کہ مندرجہ ذیل ہے: نمونے کے δ30Si کی وضاحت کے لیے حوالہ مواد (معیاری) نیشنل بیورو آف اسٹینڈرڈز (این بی ایس) 28 سینڈ کوارٹز ہے، جس کی تصدیق اور تقسیم نیشنل انسٹی ٹیوٹ آف اسٹینڈرڈز اینڈ ٹیکنالوجی (این آئی ایس ٹی) نے کی ہے، اور اسے این آئی ایس ٹی آر ایم 8546 بھی کہا جاتا ہے۔ فی الحال، ایس آئی آاسوٹوپس کی پیمائش کے لیے چار اہم تجزیاتی طریقے ہیں: گیس سورس آاسوٹوپ-ریشو ماس سپیکٹرومیٹری (جی سی-آئی آر ایم ایس)، سیکنڈری آئن ماس سپیکٹرومیٹری (ایس آئی ایم ایس)، ملٹی کلیکٹر انڈکٹولی کپلڈ پلازما ماس سپیکٹرومیٹری (ایم سی-آئی پی سی-ایم ایس)، اور لیزر ابلیشن ایم سی-آئی سی پی-ایم ایس۔ سی بائیو جیو کیمیکل سائیکل میں ایس آئی آاسوٹوپس بنیادی معدنیات اور موسمیاتی بنیادی معدنیات وہ معدنیات ہیں جو زمین کی پرت کی تشکیل کے دوران کرسٹلائز ہوتی ہیں، اور ان کی عام δ30Si آاسوٹوپک قدر − 0.1-+ 1.4 کی حد میں ہوتی ہے۔ زمین کی پرت مسلسل موسمی عمل سے گزر رہی ہے، جو سی کو تحلیل کرتی ہے اور بیک وقت ثانوی سی معدنیات پیدا کرتی ہے۔ ثانوی Si کی تشکیل بھاری Si آاسوٹوپ (30Si) کے خلاف امتیازی سلوک کرتی ہے، جس سے نسبتا کم δ30Si آاسوٹوپک اقدار والی معدنیات پیدا ہوتی ہیں (−3Â-+ 2.5Â، مطلب: −1.1Â)۔ یہ تجویز کیا گیا ہے کہ اس آاسوٹوپک فریکشنشن کو ایلومینیم ہائیڈروکسائڈز میں سی ایڈسورپشن کے حرکی آاسوٹوپ اثر کے ذریعے کنٹرول کیا جاتا ہے، جو آب و ہوا کے ابتدائی مراحل میں ہوتا ہے۔ ہلکے سی آئسوٹوپس کو ثانوی معدنیات میں شامل کرنے کے نتیجے میں، بقیہ تحلیل شدہ سی بھاری سی آئسوٹوپ (30Si) میں نسبتا افزودہ ہوگا، اور نسبتا اعلی δ30Si آئسوٹوپک اقدار (−1Â-+ 2Â، مطلب: + 0.8Â) سے وابستہ ہوگا۔ تحلیل شدہ سی کو اکثر دریاؤں کے ذریعے سمندروں تک پہنچایا جاتا ہے۔ زمینی نباتات پودوں کے ذریعہ سلکان کا جذب عام طور پر ہلکے سی آئسوٹوپ کے خلاف امتیازی سلوک کرتا ہے، جس سے 30 سی-افزودہ پودے (0-6 کا δ30Si) بنتے ہیں۔ اس نسبتا بڑے آاسوٹوپک فریکشنشن کی وجہ واضح نہیں ہے، بنیادی طور پر اس وجہ سے کہ پودوں کے ذریعہ سی کے جذب ہونے کے طریقہ کار کو ابھی تک سمجھا جانا باقی ہے۔ پودوں میں سلکان زائیلم میں پایا جا سکتا ہے، جو غیر معمولی طور پر اعلی δ30Si اقدار سے وابستہ ہے۔ فائٹولتھس، پودوں کے بافتوں میں سلیکا کے خوردبین ڈھانچے، نسبتا کم δ30Si اقدار رکھتے ہیں۔ مثال کے طور پر، یہ بتایا گیا کہ گندم کے مختلف اعضاء میں فائٹولتھس کا اوسط δ30Si-1.4-2.1 تھا، جو پودوں کے لیے عام حد سے کم ہے (0-6 کا δ30Si)۔ فائٹولتھس نسبتا گھلنشیل ہوتے ہیں، اور جیسے جیسے پودے سڑتے ہیں وہ زمینی تحلیل شدہ سی بجٹ میں حصہ ڈالتے ہیں۔ آبی ماحول میں بائیومینرلائزیشن آبی ماحول (دریاؤں، جھیلوں اور سمندر) میں، تحلیل شدہ سی کو ڈائیٹمز، ڈکٹیوچیلز، ریڈیولیرینز اور سپنجز کے ذریعے ٹھوس بی ایس آئی او 2 ڈھانچے تیار کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ بائیومینرلائزڈ سلیکا کی ایک بے ساختہ ساخت ہوتی ہے اور اس لیے اس کی خصوصیات مختلف حیاتیات میں مختلف ہو سکتی ہیں۔ ڈائیٹمز کے ذریعہ بائیومینرلائزیشن سمندر کے اندر سب سے بڑے سی فلکس کو جنم دیتی ہے، اور اس طرح اس کا عالمی سی سائیکل میں اہم کردار ہے۔ ڈائیٹمز کے ذریعہ سی کے اضافے کے دوران، بھاری آاسوٹوپ کے خلاف ایک آاسوٹوپک امتیازی سلوک ہوتا ہے، جس سے 30 سی-ختم شدہ بائیوجینک سلیکا معدنیات بنتی ہیں۔ نتیجے کے طور پر، آس پاس کے پانی میں بقیہ تحلیل شدہ سی 30 سی-افزودہ ہے۔ چونکہ ڈائیٹم فوٹو سنتھیسز کے لیے سورج کی روشنی پر انحصار کرتے ہیں، اس لیے وہ سطحی پانیوں میں رہتے ہیں، اور اس طرح سمندر کا سطحی پانی عام طور پر 30 سی-افزودہ ہوتا ہے۔ اگرچہ ریڈیولیرینز کے ذریعہ بائیومینرلائزیشن کے دوران آئسوٹوپک فریکشن کے بارے میں کم اعداد و شمار دستیاب ہیں، لیکن یہ تجویز کیا گیا ہے کہ ریڈیولیرینز بھی بھاری آئسوٹوپ (30Si) کے خلاف امتیازی سلوک کرتے ہیں، اور یہ کہ آئسوٹوپک فریکشن کی شدت ڈائیٹمز کے ذریعہ بائیومینرلائزیشن کی طرح ہے۔ سپنجز 30Si سے زیادہ 28Si کے لیے آاسوٹوپک ترجیح بھی ظاہر کرتے ہیں، لیکن ان کے آاسوٹوپک فریکشن کی شدت اکثر زیادہ ہوتی ہے (مقداری موازنہ کے لیے، شکل 2 دیکھیں)۔ ہائیڈرو تھرمل وینٹ سمندری سی ریزروائر میں تحلیل شدہ سی کا حصہ ہیں۔ فی الحال، اس بہاؤ سے وابستہ δ30Si اقدار پر اعداد و شمار کی کمی کی وجہ سے ہائیڈرو تھرمل Si بہاؤ کی شدت کا تعین کرنا مشکل ہے۔ ہائیڈرو تھرمل وینٹ کی δ30Si قدر کے صرف دو شائع شدہ ڈیٹا پوائنٹس ہیں۔ ڈیاجینیسیس تلچھٹ کے سوراخ والے پانی کی δ30Si قدر جمع ہونے کے بعد (ڈیاجینیٹک) بارش یا Si کے تحلیل سے متاثر ہو سکتی ہے۔ ان عملوں کی حد اور آاسوٹوپک فریکشن کو سمجھنا ضروری ہے، کیونکہ وہ اصل میں جمع شدہ تلچھٹ کی δ30Si اقدار کو تبدیل کرتے ہیں، اور چٹان کے ریکارڈ میں محفوظ δ30Si کا تعین کرتے ہیں۔ عام طور پر، سی کی بارش ہلکے آاسوٹوپ (28Si) کو ترجیح دیتی ہے اور میزبان محلول میں 30Si افزودہ تحلیل شدہ سی کی طرف لے جاتی ہے۔ porewater میں Si تحلیل کا isotopic اثر ابھی تک واضح نہیں ہے، کیونکہ کچھ مطالعات تحلیل کے دوران 28Si کو ترجیح دیتے ہیں، جبکہ دیگر مطالعات دستاویز کرتے ہیں کہ تلچھٹ کے تحلیل کے دوران isotopic fractionation کا اظہار نہیں کیا گیا تھا۔ پیلیوشینگرافی پراکسیز سلیک ایسڈ کے رساو کا مفروضہ سلیک ایسڈ کے رساو کا مفروضہ (ایس اے ایل ایچ) ایک تجویز کردہ طریقہ کار ہے جس کا مقصد برفانی اور بین گلیشیئل ادوار کے درمیان ماحولیاتی سی او 2 کے تغیرات کی وضاحت کرنا ہے۔ یہ مفروضہ تجویز کرتا ہے کہ برفانی ادوار کے دوران، جنوبی سمندر میں دھول کے جمع ہونے میں اضافے کے نتیجے میں، ڈائیٹم نائٹروجن کے مقابلے میں کم سی استعمال کرتے ہیں۔ سی: این کے اضافے کے تناسب میں کمی جنوبی سمندر میں سی کی زیادتی کا باعث بنتی ہے، جو سمندر کے نچلے طول بلد میں رس جاتی ہے جس پر کوکولتھوفورز کا غلبہ ہے۔ جیسے جیسے سی کے ارتکاز میں اضافہ ہوتا ہے، ڈائیٹم کی آبادی کوکولتھوفورز سے مقابلہ کر سکتی ہے، جس سے سی اے سی او 3 کی بارش کم ہو سکتی ہے اور سمندری الکلینیٹی اور کاربونیٹ پمپ میں تبدیلی آسکتی ہے۔ یہ تبدیلیاں کم ماحولیاتی کاربن ڈائی آکسائیڈ کے ارتکاز کے ساتھ ایک نئی سمندری ماحول کی مستحکم حالت کو جنم دیں گی، جو گزشتہ برفانی دور میں مشاہدہ کردہ کاربن ڈائی آکسائیڈ کی کمی کے مطابق ہے۔ جنوبی سمندر کے ڈائیٹم تلچھٹ میں محفوظ کردہ δ30Si اور δ15N آاسوٹوپک اقدار کو اس مفروضے کی جانچ پڑتال کے لیے استعمال کیا گیا ہے، کیونکہ آخری انحطاط کے دوران Si اور N کی فراہمی اور استعمال کی حرکیات کی تشریح اس ریکارڈ سے کی جا سکتی ہے۔ سلیک ایسڈ کے رساو کے مفروضے کے مطابق، ان آئسوٹوپک آرکائیوز سے پتہ چلتا ہے کہ ڈیگلیسیشن کے دوران جنوبی سمندر میں سی کے استعمال میں اضافہ ہوا۔ سیرٹ سی آئسوٹوپک ریکارڈ کے ذریعے سمندری پیلیوٹیمپریچرز کی تشکیل نو کی کوششیں کی گئی ہیں، جس میں تجویز کیا گیا ہے کہ آرچین سمندری پانی کا درجہ حرارت جدید (~ 70 °C) سے نمایاں طور پر زیادہ تھا۔ تاہم، بعد کے مطالعات اس پیلیوتھرمومیٹری طریقہ پر سوال اٹھاتے ہیں اور آرچین چٹانوں کی δ30Si اقدار کے لیے متبادل وضاحت پیش کرتے ہیں۔ یہ اشارے ڈائیجینٹک تبدیلی کے عمل کے نتیجے میں ہو سکتے ہیں جو اصل δ30Si اقدار کو اوور پرنٹ کرتے ہیں، یا اس بات کی عکاسی کرتے ہیں کہ آرچین چیرٹ مختلف Si ذرائع پر مشتمل تھے۔ یہ قابل فہم ہے کہ آرچین کے دوران سی تلچھٹ کے غالب ذرائع موسمیاتی، کٹاؤ، کلاسٹک تلچھٹ کی سلیسیفیکیشن یا ہائیڈروتھرمل سرگرمی تھے، جدید سمندر میں وسیع سی او او 2 بائیومینرلائزیشن کے برعکس۔ پیلیو سی کے ارتکاز تجرباتی انشانکن کے مطابق، سپنج اور ان کے میزبان پانی کے درمیان δ30Si میں فرق ہوسٹنگ حل کے سی کے ارتکاز سے متعلق ہے۔ لہذا، یہ تجویز کیا گیا ہے کہ قدیم سمندروں کے نچلے پانیوں میں سی کے ارتکاز کی تشریح ایک ساتھ موجود سپنج اسپائکلز کے δ30Si سے کی جا سکتی ہے، جو چٹان کے ریکارڈ میں محفوظ ہیں۔ یہ تجویز کیا گیا ہے کہ اس تعلق کا تعین سپنج کی نمو کی شرح اور سی اپ ٹیک کنیٹکس سے ہوتا ہے، لیکن سپنج بائیومینرلائزیشن کے راستوں کی موجودہ تفہیم محدود ہے۔ اگرچہ اس تعلق کے پیچھے کا طریقہ کار ابھی واضح ہونا باقی ہے، لیکن یہ مختلف لیبارٹری کے تجربات، جدید ماحول اور بنیادی اوپری تلچھٹوں میں مستقل نظر آتا ہے۔ تاہم، اس بات کا بھی ثبوت موجود ہے کہ گوشت خور سپنج کا δ30Si متوقع ارتباط سے نمایاں طور پر مختلف ہو سکتا ہے۔ سلکان آاسوٹوپ جیو کیمسٹری کے آاسوٹوپس مستحکم آاسوٹوپ تناسب آاسوٹوپ تناسب ماس سپیکٹرومیٹری حوالہ جات جیو کیمسٹری بائیو کیمسٹری بائیومینرلائزیشن ویدرنگ بھی دیکھیں۔