Manganese cycle
مینگنیز سائیکل ماحول، ہائیڈروسفیئر، بایوسفیئر اور لیتھوسفیئر کے ذریعے مینگنیز کا بائیو جیو کیمیکل سائیکل ہے۔ ایسے بیکٹیریا ہیں جو مینگنیز کو غیر گھلنشیل آکسائڈ میں آکسائڈائز کرتے ہیں، اور دیگر جو اسے استعمال کرنے کے لیے اسے Mn2 + تک کم کر دیتے ہیں۔ مینگنیز ایک بھاری دھات ہے جو زمین کی پرت کا تقریبا 0.1 ٪ پر مشتمل ہے اور حیاتیاتی عمل کے لیے ایک ضروری عنصر ہے۔ یہ لوہے کی طرح زمین کے ذریعے سائیکل کیا جاتا ہے، لیکن مختلف ریڈوکس راستوں کے ساتھ۔ انسانی سرگرمیوں نے زمین کے مختلف شعبوں میں مینگنیز کے بہاؤ کو متاثر کیا ہے۔ گلوبل مینگنیز سائیکل مینگنیز حیاتیاتی افعال جیسے فوٹو سنتھیسز کے لیے ایک ضروری عنصر ہے، اور کچھ مینگنیز آکسیڈائزنگ بیکٹیریا اس عنصر کو اینوکسک ماحول میں استعمال کرتے ہیں۔ عالمی "شعبوں" (ذیل میں بیان کردہ) کے درمیان مینگنیز (ایم این) کی نقل و حرکت جسمانی اور حیاتیاتی دونوں عمل کے ذریعے کی جاتی ہے۔ لیتھوسفیئر میں مینگنیز کٹاؤ اور دریاؤں میں بیڈ راک کے تحلیل سے ہائیڈروسفیئر میں داخل ہوتا ہے، حل میں یہ پھر سمندر میں اپنا راستہ بناتا ہے۔ سمندر میں ایک بار، Mn معدنیات تشکیل دے سکتا ہے اور سمندر کے فرش پر ڈوب سکتا ہے جہاں ٹھوس مرحلہ دفن ہوتا ہے۔ عالمی مینگنیز سائیکل کو اینتھروپوجینک اثرات، جیسے کہ کان کنی اور صنعتی استعمال کے لیے معدنی پروسیسنگ کے ساتھ ساتھ جیواشم ایندھن کو جلانے سے بھی تبدیل کیا جا رہا ہے۔ لیتھوسفیئر مینگنیز زمین کی پرت میں دسویں سب سے زیادہ وافر دھات ہے، جو کل ساخت کا تقریبا 0.1 ٪، یا تقریبا 0.019 mol کلوگرام −1 ہے، جو زیادہ تر سمندری پرت میں پایا جاتا ہے۔ کرسٹ مینگنیز (ایم این) عام طور پر آتش فشاں چٹانوں میں ابتدائی مرحلے کے کرسٹل معدنیات کی شکل میں نکلتا ہے، جو ایک بار پانی اور/یا آکسیجن کے سامنے آنے کے بعد انتہائی گھلنشیل ہوتے ہیں اور چٹانوں کی سطحوں پر ایم این آکسائڈ بنانے کے لیے آسانی سے آکسائڈائز ہو جاتے ہیں۔ Mn شکل میں امیر ڈینڈریٹک کرسٹل جب جرثومے ان چٹانوں سے Mn کو دوبارہ حاصل کرتے ہیں جن پر وہ اپنے میٹابولزم کے لیے Mn کو استعمال کرنے کے بعد سطح پر ترقی کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر، صحرا کے وارنش کے نمونوں پر پائے جانے والے بعض سائانوبیکٹیریا کے لیے، یہ پایا گیا ہے کہ مینگنیز کو ایک اتپریرک اینٹی آکسیڈینٹ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے تاکہ وہ سخت سورج کی روشنی اور پانی کے حالات میں بقا کو آسان بنا سکے جن کا انہیں صحرا کی چٹان کی سطحوں پر سامنا کرنا پڑتا ہے۔ مٹی مینگنیز پودوں کی نشوونما کے لیے مٹی کا ایک اہم مائکرو نیوٹریئنٹ ہے، جو فوٹو سسٹم II کے آکسیجن تیار کرنے والے کمپلیکس میں ایک اتپریرک کے طور پر ضروری کردار ادا کرتا ہے، جو ایک فوٹو سنتھیٹک راستہ ہے۔ مٹی کی پھپھوندی خاص طور پر اینیروبک حالات میں مینگنیز (Mn2 +) کی کم، گھلنشیل شکل کو آکسائڈائز کرتی پائی گئی ہے، اور ایروبک حالات میں اسے مینگنیز آکسائڈز (Mn + 3 سے Mn + 7) کے طور پر دوبارہ حاصل کر سکتی ہے، جہاں ترجیحی میٹابولک راستے میں عام طور پر آکسیجن کا استعمال شامل ہوتا ہے۔ اگرچہ آئرن کو کم کرنے والے تمام بیکٹیریا مینگنیج کو کم کرنے کی صلاحیت نہیں رکھتے ہیں، لیکن ٹیکسا میں اوورلیپ ہوتا ہے جو دونوں میٹابولزم انجام دے سکتا ہے۔ یہ جاندار ماحولیاتی حالات کی ایک حد میں بہت عام ہیں۔ تاہم ثقافتوں میں ان جرثوموں کو الگ کرنے میں چیلنجز برقرار ہیں۔ پی ایچ، نامیاتی سبسٹریٹ کی دستیابی، اور آکسیجن کے ارتکاز پر منحصر ہے، ایم این یا تو آکسیکرن اتپریرک یا الیکٹران رسیپٹر کے طور پر برتاؤ کر سکتا ہے۔ اگرچہ مٹی میں سائیکل کیے جانے والے کل Mn کا زیادہ تر حصہ حیاتیاتی طور پر ثالثی میں ہوتا ہے، لیکن کچھ غیر نامیاتی رد عمل Mn آکسیکرن یا Mn آکسائڈ کی بارش میں بھی حصہ ڈالتے ہیں۔ کمی کی صلاحیت (پی ای) اور پی ایچ مٹی میں ایم این کی گھلنشیلتا پر دو معروف رکاوٹیں ہیں۔ جیسے جیسے پی ایچ بڑھتا ہے، ایم این سپیسیشن پی میں تغیرات کے لیے کم حساس ہو جاتا ہے۔ تیزابی (پی ایچ = 5) مٹی میں زیادہ تخفیف کی صلاحیت (پی ای> 8) کے ساتھ، ایم این کی شکلیں زیادہ تر قابل تخفیف ہوتی ہیں، جس میں قابل تبادلہ اور گھلنشیل ایم این پی میں اضافے کے ساتھ ارتکاز میں ڈرامائی طور پر کم ہوتا ہے۔ Mn غیر نامیاتی چیلیشن کمپلیکس میں بھی پایا جاتا ہے، جہاں Mn SO42 -، HCO3−، اور Cl− آئنوں کے ساتھ مربوط بانڈ بناتا ہے۔ یہ کمپلیکس مٹی میں نامیاتی مادے کے استحکام کے لیے اہم ہیں، کیونکہ ان کے سطح کے رقبے اونچے ہوتے ہیں اور جذب کے ذریعے نامیاتی مادے کے ساتھ تعامل کرتے ہیں۔ ہائیڈروسفیئر آئرن (فی) اور مینگنیز (ایم این) ان کے متعلقہ چکروں میں مماثلت رکھتے ہیں اور اکثر ایک ساتھ مطالعہ کیا جاتا ہے۔ دونوں کے آبی دائرے میں ایک جیسے ذرائع ہیں، جو ہائیڈرو تھرمل وینٹ فلکس، دھول کے ان پٹ، اور چٹانوں کی آب و ہوا ہیں۔ سمندر سے ایم این کے بڑے ہٹانے میں فی سے ملتے جلتے عمل بھی شامل ہیں، جن میں حیاتیاتی اضافے، آکسیڈیٹیو بارش، اور صفائی کے ذریعے ہائیڈروسفیئر سے سب سے زیادہ کثرت سے ہٹانا شامل ہے۔ مائکروجنزم حیاتیاتی طور پر دستیاب Mn (II) کو آکسائڈائز کر کے Mn (IV) بناتے ہیں، جو ایک اگھلنشیل مینگنیز آکسائڈ ہے جو جمع ہو کر ذرات بناتا ہے جو پھر سمندر کے فرش پر ڈوب سکتا ہے۔ مینگنیز آبی ماحولیاتی نظام میں فوٹو سنتھیسز اور دیگر حیاتیاتی افعال کے لیے اہم ہے۔ میٹھا پانی اور صحن جوار کے بہاؤ سے ایڈویکشن صحن کے بستروں کو دوبارہ معطل کر دیتا ہے اور مینگنیج کا پتہ لگا سکتا ہے۔ ذرات مینگنیج کو کمی کے ذریعے تحلیل کیا جاتا ہے جو Mn (II) بناتا ہے، اور اسے ماحولیاتی نظام میں موجود حیاتیات میں مینگنیج کے اندرونی چکر میں شامل کرتا ہے۔ ایسٹوری بائیو جیو کیمسٹری سمندری ارتعاش، درجہ حرارت، اور پی ایچ تبدیلیوں سے بہت زیادہ متاثر ہوتی ہے، اور اس طرح اندرونی سائیکلنگ میں مینگنیج کا ان پٹ متغیر ہوتا ہے۔ دریاؤں اور ندیوں میں Mn کا رہائش کا وقت عام طور پر صحنوں کے مقابلے میں کم ہوتا ہے، اور Mn کی ایک بڑی اکثریت گھلنشیل Mn (II) ہے۔ میٹھے پانی کے ان ماحولیاتی نظاموں میں، مینگنیز سائیکلنگ کا انحصار تلچھٹ کے بہاؤ پر ہوتا ہے جو نظام میں Mn کی آمد فراہم کرتے ہیں۔ تلچھٹ سے Mn (II) کی آکسیکرن ریڈوکس رد عمل کو چلاتی ہے جو Mn کے ساتھ بائیو جیو کیمیکل عمل کو ایندھن فراہم کرتی ہے، نیز Mn کم کرنے والے جرثوموں کو بھی۔ سمندر میں مینگنیز سائیکلنگ کے مختلف نمونے دیکھے جاتے ہیں۔ فوٹک زون میں، دن کے وقت Mn ذرات کی تشکیل میں کمی واقع ہوتی ہے، کیونکہ مائکروبائل اتپریرک آکسیکرن کی شرح میں کمی اور Mn آکسائڈ کے فوٹو ڈسولوشن میں اضافہ ہوتا ہے۔ جیوٹریس پروگرام نے پہلے عالمی مینگنیز ماڈل کی تیاری کی قیادت کی ہے، جس میں عالمی مینگنیز کی تقسیم کی پیش گوئیاں کی جا سکتی ہیں۔ اس عالمی ماڈل میں بحر اوقیانوس کی سطح سے شمالی بحر اوقیانوس کے گہرے پانی کی طرف جانے والے پانی کے طور پر Mn کی ہٹانے کی مضبوط شرح پائی گئی جس کے نتیجے میں تھرمو ہیلائن کنویر کے ساتھ جنوب کی طرف جانے والے پانی میں Mn کی کمی واقع ہوتی ہے۔ مجموعی طور پر، مینگنیز کے ساتھ حیاتیات کے تعاملات کو دیکھتے وقت، یہ معلوم ہوتا ہے کہ ریڈوکس کے رد عمل کلیدی کردار ادا کرتے ہیں، نیز یہ کہ ایم این کے اہم حیاتیاتی افعال ہیں، تاہم لوہے جیسے جذب اور ری منرلائزیشن کے عمل کے بارے میں بہت کم معلوم ہے۔ ابتدائی ارتھ ٹیریسٹریل مینگنیز 4.6 گا کے آس پاس زمین کی تشکیل کے بعد سے موجود ہے۔ سورج اور نظام شمسی ایک سالماتی بادل کے گرنے کے دوران تشکیل پائے جس میں مینگنیز سمیت بہت سی ٹریس دھاتیں موجود تھیں۔ سالماتی بادل کی کیمیائی ساخت نے اس کے اندر بننے والے بہت سے آسمانی اجسام کی ساخت کا تعین کیا۔ قریبی سپرنووا دھماکوں نے مینگنیز کے ساتھ بادل کو آباد کیا۔ سب سے عام مینگنیج بنانے والے سپرنووا ٹائپ آئی اے سپرنووا ہیں۔ ابتدائی زمین میں بہت کم مفت آکسیجن (O2) موجود تھی جب تک کہ عظیم آکسیجنشن ایونٹ تقریبا 2.35 Ga تھا۔ O2 کے بغیر، Mn کی ریڈوکس سائیکلنگ محدود تھی۔ اس کے بجائے، گھلنشیل Mn (II) کو صرف آتش فشاں چٹانوں پر سلیکیٹ ویڈرنگ کے ذریعے سمندروں میں چھوڑا گیا اور ہائیڈروتھرمل وینٹ کے ذریعے فراہم کیا گیا۔ Mn آکسیکرن میں اضافہ آرچین ایون (> 2.5 گا) کے دوران ہوا، جبکہ مینگنیز ریڈوکس سائیکلنگ کا پہلا ثبوت ~ 2.4 گا ظاہر ہوتا ہے، عظیم آکسیجینیشن ایونٹ سے پہلے اور پیلیوپروٹروزوک دور کے دوران۔ اگرچہ عظیم آکسیجنشن ایونٹ نے زمین پر آکسیجن کی کثرت کو بڑھا دیا، لیکن آکسیجن کی سطح جدید سطح کے مقابلے میں اب بھی نسبتا کم تھی۔ یہ خیال کیا جاتا ہے کہ بہت سے بنیادی پروڈیوسر اینوکسیجینک فوٹوٹروفس تھے اور انہوں نے فوٹو سنتھیسز کو متحرک کرنے کے لیے وافر مقدار میں ہائیڈروجن سلفایڈ (H2S) کا فائدہ اٹھایا۔ اینوکسیجینک فوٹوٹروفی اور آکسیجنک فوٹو سنتھیسز دونوں کے لیے الیکٹران ڈونرز کی ضرورت ہوتی ہے، جس میں اینوکسیجینک فوٹوٹروفی کی تمام معروف شکلیں 250-500 mV کے ارد گرد تخفیف کی صلاحیت کے ساتھ رد عمل کے مرکز الیکٹران قبولیت پر انحصار کرتی ہیں۔ آکسیجنک فوٹو سنتھیسز کے لیے 1250 ایم وی کے ارد گرد کمی کی صلاحیت کی ضرورت ہوتی ہے۔ یہ قیاس کیا گیا ہے کہ تخفیف کی صلاحیت میں یہ وسیع فرق آکسیجنک فوٹو سنتھیسز کی ابتدا میں ارتقائی گمشدہ ربط کی نشاندہی کرتا ہے۔ ایم این (II) اس خلا کو پر کرنے کے لیے سرکردہ امیدوار ہے۔ واٹر آکسیڈائزنگ کمپلیکس، جو پی ایس آئی آئی کا ایک کلیدی جزو ہے، ایم این (II) کے آکسیکرن سے شروع ہوتا ہے، جو اضافی شواہد کے ساتھ اس مفروضے کی مضبوطی سے حمایت کرتا ہے کہ مینگنیز آکسیجنک فوٹو سنتھیسز کے ارتقاء میں ایک ضروری قدم تھا۔ اینتھروپوجینک اثرات اگرچہ مینگنیز قدرتی طور پر ماحول میں پایا جاتا ہے، لیکن عالمی Mn سائیکل اینتھروپوجینک سرگرمیوں کے ذریعے متاثر ہوتا ہے۔ ایم این بہت سی تجارتی مصنوعات میں استعمال ہوتا ہے، جیسے آتش بازی، چمڑا، پینٹ، شیشہ، کھاد، جانوروں کا کھانا، اور ڈرائی سیل بیٹریاں۔ تاہم، ان ذرائع سے ہونے والی آلودگی کا اثر کان کنی اور معدنی پروسیسنگ کے مقابلے میں معمولی ہے۔ جیواشم ایندھن، جیسے کوئلہ اور قدرتی گیس کو جلانا، ایم این کے اینتھروپوجینک سائیکلنگ میں مزید حصہ ڈالتا ہے۔ مینگنیز سائیکل پر کان کنی اور معدنی پروسیسنگ کے انتھروپوجینک اثرات بنیادی طور پر صنعتی کان کنی اور معدنی پروسیسنگ سے پیدا ہوتے ہیں، خاص طور پر، لوہے اور اسٹیل کی صنعتوں میں۔ ایم این کا استعمال لوہے اور اسٹیل کی پیداوار میں سختی، طاقت اور سختی کو بہتر بنانے کے لیے کیا جاتا ہے، اور یہ کم لاگت والے سٹینلیس سٹیل اور ایلومینیم مرکب کی پیداوار میں استعمال ہونے والا بنیادی جزو ہے۔ اینتھروپوجینک کان کنی اور معدنی پروسیسنگ نے تین طریقوں کے ذریعے Mn پھیلایا ہے: گندے پانی کا اخراج، صنعتی اخراج، اور مٹی میں اخراج۔ گندے پانی کا اخراج کان کنی اور معدنی پروسیسنگ کی سہولیات سے نکلنے والے فضلے کو عام طور پر مائع اور ٹھوس شکلوں میں الگ کیا جاتا ہے۔ ناکافی انتظام اور کان کنی کے ناقص عمل کی وجہ سے، خاص طور پر ترقی پذیر ممالک میں، Mn پر مشتمل مائع فضلہ کو اینتھروپوجینک اخراج کے ذریعے پانی کے ذخائر میں خارج کیا جا سکتا ہے۔ گھریلو گندے پانی اور سیوریج کی کیچڑ کو ٹھکانے لگانا آبی ماحولیاتی نظام کے اندر ایم این کے اہم بشری ذرائع ہیں۔ سمندری نظاموں میں، کان کی دم کو ٹھکانے لگانے سے آبی اینتھروپوجینک Mn کی تعداد میں اضافہ ہوتا ہے جہاں اعلی سطح سمندری زندگی کے لیے زہریلی ہو سکتی ہے۔ صنعتی اخراج ماحول میں Mn ان پٹ کا بنیادی بشری اثر صنعتی اخراج کے ذریعے ہوتا ہے، اور Mn کے صنعتی اخراج کا تقریبا 80 فیصد اسٹیل اور لوہے کی پروسیسنگ کی سہولیات کی وجہ سے ہوتا ہے۔ شمالی نصف کرہ میں، صنعتی اخراج کے ذریعے خارج ہونے والے کچھ Mn آلودگیوں کو ماحولیاتی گردش کے ذریعے آرکٹک کے علاقوں میں منتقل کیا جاتا ہے، جہاں ذرات آباد ہوتے ہیں اور پانی کے قدرتی اجسام میں جمع ہوتے ہیں۔ ایم این کی ایسی ماحولیاتی آلودگی صنعتی سہولیات کے قریب کام کرنے یا رہنے والے انسانوں کے لیے خطرناک ہو سکتی ہے۔ کان کنی کے دوران ہوا میں خارج ہونے والی مینگنیز ڈائی آکسائیڈ اور مینگنیز ٹیٹروکسائیڈ پر مشتمل دھول اور دھواں انسانوں میں مینگنیزم کی بنیادی وجہ ہے۔ مٹی میں اخراج صنعتی ذرائع کے ذریعے Mn پر مشتمل مادوں کے ٹھوس فضلے کو ٹھکانے لگانا عام طور پر لینڈ فلز میں ختم ہو جاتا ہے۔ مٹی میں اضافی Mn جمع ہونا صنعتی اخراج کے ذریعے خارج ہونے والے Mn کے ذرات کے آباد ہونے کے نتیجے میں ہو سکتا ہے۔ شمالی امریکہ اور یورپ کی مٹی کی کیمسٹری پر ڈیٹا سیٹس کے تجزیے سے پتہ چلتا ہے کہ لوہے یا اسٹیل پروسیسنگ کی سہولیات کے قریب پہاڑی مٹی میں 50 فیصد سے زیادہ Mn کو اینتھروپوجینک صنعتی ان پٹ سے منسوب کیا گیا تھا، چاہے وہ ٹھوس فضلہ کو ٹھکانے لگانے کے ذریعے ہو یا مٹی میں جمع ہونے والے پہلے سے ہوا سے پیدا ہونے والے ذرات کے ذریعے۔ جیواشم ایندھن کے جلنے سے اینتھروپوجینک طور پر حاصل ہونے والے جیواشم ایندھن کا جلنا ماحول، ہائیڈروسفیئر اور لیتھوسفیئر میں پایا گیا ہے۔ ایم این فلائی ایش میں ایک ٹریس عنصر ہے، جو بجلی کی پیداوار کے لیے کوئلے کے استعمال سے حاصل ہونے والی باقیات ہیں، جو اکثر ماحول، مٹی اور پانی کے ذخائر میں ختم ہوتی ہیں۔ میتھائل سائکلوپینٹاڈینائل ایم این ٹرائکاربونیل (ایم ایم ٹی)، جو ایم این پر مشتمل ایک پٹرول اضافی ہے، بھی ایم این اینتھروپوجینک سائیکلنگ میں حصہ ڈالتا ہے۔ ایندھن کے اضافے کے طور پر ایم ایم ٹی کے استعمال کی وجہ سے، موٹر گاڑیاں ماحول میں ایم این کا ایک اہم ذریعہ ہیں، خاص طور پر زیادہ ٹریفک سرگرمی والے علاقوں میں۔ کچھ علاقوں میں، ماحول میں تقریبا 40 فیصد Mn ٹریفک کے اخراج کی وجہ سے تھا۔ پٹرولیم میں اس کے استعمال کے ذریعے ایم ایم ٹی دہن سے ہونے والے بنیادی اخراج پارٹیکیولیٹ مینگنیز فاسفیٹ، مینگنیز سلفیٹ، اور مینگنیز آکسائیڈ ہیں۔ ان ذرات کا ایک حصہ بالآخر فضا کو مٹی اور پانی کے ذخائر میں آباد ہونے کے لیے چھوڑ دیتا ہے۔ حوالہ جات ویکیپیڈیا اسٹوڈنٹ پروگرام مینگنیز بائیو جیو کیمیکل سائیکل