पृथ्वीची आवरण प्रणाली आणि नायट्रोजन चक्र (The Nitrogen Cycle)

पृथ्वीची चार प्रमुख आवरणे आहेत: वातावरण (हवा), जलावरण (पाणी), शिलावरण (जमीन/माती), आणि जीवावरण (सजीव सृष्टी).
१. नायट्रोजनचे महत्त्व आणि समस्या
- नायट्रोजन हा प्रथिने (Proteins), न्यूक्लिक आम्ले (DNA व RNA), जीवनसत्त्वे यांचा मुख्य घटक आहे.
- वातावरणात ७८% नायट्रोजन वायू ($N_2$) असूनही दोन अणूंमधील मजबूत तिहेरी रासायनिक बंधामुळे ($N \equiv N$) सजीव तो थेट वापरू शकत नाहीत.
२. नायट्रोजन चक्राचे ५ मुख्य टप्पे
- नायट्रोजन स्थिरीकरण (Nitrogen Fixation):
- जैविक स्थिरीकरण: कडधान्यांच्या (Legumes) मुळांवरील गाठींमध्ये असणारे रायझोबियम (Rhizobium) जिवाणू नायट्रोजनचे नायट्रेट्समध्ये रूपांतर करतात.
- अजैविक / भौतिक स्थिरीकरण: आकाशात वीज चमकताना उच्च तापमान व दाबाने नायट्रोजन आणि ऑक्सिजन एकत्र येऊन नायट्रोजनचे ऑक्साईड्स बनतात, जे पावसात विरघळून जमिनीवर येतात.
- आत्मसातीकरण (Assimilation):
- वनस्पती मुळांद्वारे नायट्रेट्स शोषून घेतात आणि त्यापासून वनस्पती प्रथिने तयार करतात. प्राण्यांना वनस्पती खाऊन प्रथिने मिळतात.
- अमॉनिफिकेशन (Ammonification):
- मृत वनस्पती, प्राणी आणि मलमूत्रातील प्रथिनांचे विघटक जिवाणूंमार्फत अमोनियामध्ये ($NH_3/NH_4^+$) रूपांतर होते.
- नायट्रिफिकेशन (Nitrification):
- अमोनियाचे नायट्रोसोमोनस जिवाणूंद्वारे नायट्राइट ($NO_2^-$) मध्ये आणि नंतर नायट्रोबॅक्टर जिवाणूंद्वारे नायट्रेट ($NO_3^-$) मध्ये रूपांतर होते.
- डिनायट्रिफिकेशन (Denitrification):
- स्यूडोमोनास (Pseudomonas) सारखे विनॉक्सी जिवाणू मातीतील नायट्रेट्सचे पुन्हा शुद्ध नायट्रोजन वायूत ($N_2$) रूपांतर करून त्याला वातावरणात मुक्त करतात.