সামুদ্রিক জৈব-ভূতাত্ত্বিক চক্র

সামুদ্রিক জৈব-ভূ-রাসায়নিক চক্র হলো এমন জৈব-ভূ-রাসায়নিক চক্র যা সামুদ্রিক পরিবেশে ঘটে থাকে। অর্থাৎ, এটি সমুদ্রের লবণাক্ত পানি অথবা উপকূলীয় মোহনার ঈষৎ লোনা পানিতে সম্পন্ন হয়। এই জৈব-ভূ-রাসায়নিক চক্রগুলো হলো এমন পথ যার মাধ্যমে সামুদ্রিক পরিবেশের ভেতরে রাসায়নিক পদার্থ এবং মৌলিক উপাদানগুলো চলাচল করে। এছাড়াও, বিভিন্ন পদার্থ ও উপাদান সামুদ্রিক পরিবেশে বাইরে থেকে আসতে পারে বা এখান থেকে নির্গত হতে পারে। এই আদান-প্রদান উপরের বায়ুমণ্ডল, নিচের সমুদ্রতল কিংবা স্থলভাগের পৃষ্ঠপ্রবাহের (runoff) মাধ্যমে ঘটতে পারে।

ক্যালসিয়াম, কার্বন, হাইড্রোজেন, পারদ, নাইট্রোজেন, অক্সিজেন, ফসফরাস, সেলেনিয়াম এবং সালফার—এই উপাদানগুলোর জন্য আলাদা জৈব-ভূ-রাসায়নিক চক্র রয়েছে। এছাড়া পানি ও সিলিকার জন্য আণবিক চক্র, শিলা চক্রের মতো স্থূল (macroscopic) চক্র এবং পলিক্লোরিনেটেড বাইফিনাইল (PCB)-এর মতো কৃত্রিম যৌগের জন্য মানুষের সৃষ্ট চক্রও বিদ্যমান। কিছু চক্রে এমন সব আধার বা ভাণ্ডার থাকে যেখানে কোনো পদার্থ দীর্ঘ সময়ের জন্য সঞ্চিত থাকতে পারে। এই উপাদানগুলোর চক্র একটির সাথে অন্যটি নিবিড়ভাবে জড়িত।

সামুদ্রিক জীব, বিশেষ করে সামুদ্রিক অণুজীবগুলো এই চক্রগুলোর কার্যকারিতার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। জৈব-ভূ-রাসায়নিক চক্রগুলো সচল রাখার পেছনে চালিকাশক্তি হিসেবে কাজ করে জীবের শরীরের বিপাকীয় প্রক্রিয়া, পৃথিবীর ম্যান্টল বা ভূ-আচ্ছাদন সম্পর্কিত ভূতাত্ত্বিক প্রক্রিয়া এবং পদার্থের নিজেদের মধ্যকার রাসায়নিক বিক্রিয়া। একারণেই এদের জৈব-ভূ-রাসায়নিক চক্র বলা হয়। যদিও রাসায়নিক পদার্থগুলো ভেঙে নতুনভাবে সংযুক্ত হতে পারে, কিন্তু মৌলিক উপাদানগুলো এই প্রক্রিয়ায় ধ্বংস বা সৃষ্টি করা যায় না। তাই মহাকাশ থেকে আসা বা মহাকাশে চলে যাওয়া সামান্য কিছু অংশ বাদ দিলে, এই উপাদানগুলো গ্রহের ভেতরেই কোথাও না কোথাও পুনর্ব্যবহৃত বা সঞ্চিত (sequestered) অবস্থায় থাকে।

সংক্ষিপ্ত বিবরণ
বাস্তুতন্ত্রের মধ্য দিয়ে শক্তি একটি নির্দিষ্ট অভিমুখে প্রবাহিত হয়। এটি সূর্যালোক (বা কেমোঅটোট্রফদের ক্ষেত্রে অজৈব অণু) হিসেবে প্রবেশ করে এবং বিভিন্ন পুষ্টিস্তরের মধ্যে স্থানান্তরের সময় তাপ হিসেবে নির্গত হয়। তবে যেসব বস্তু দিয়ে জীব গঠিত হয়, তা সংরক্ষিত ও পুনর্ব্যবহৃত হয়। জৈব অণুর সাথে সম্পর্কিত সবচেয়ে সাধারণ ছয়টি উপাদান—কার্বন, নাইট্রোজেন, হাইড্রোজেন, অক্সিজেন, ফসফরাস এবং সালফার—নানা রাসায়নিক রূপ ধারণ করে বায়ুমণ্ডলে, স্থলভাগে, পানিতে বা ভূপৃষ্ঠের নিচে দীর্ঘকাল অবস্থান করতে পারে। এই উপাদানগুলোর পুনর্ব্যবহারে ভূতাত্ত্বিক প্রক্রিয়া যেমন আবহবিকার, ক্ষয়ীভবন, পানি নিষ্কাশন এবং মহাদেশীয় পাতের সাবডাকশন গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। যেহেতু এই প্রক্রিয়ার গবেষণায় ভূতত্ত্ব এবং রসায়নের প্রধান ভূমিকা রয়েছে, তাই জীব ও পরিবেশের মধ্যে অজৈব পদার্থের এই পুনর্ব্যবহারকে জৈব-ভূ-রাসায়নিক চক্র বলা হয়।Biogeochemical Cycles, OpenStax, ৯ মে ২০১৯। 50px পরিবর্তিত পাঠ্যটি এই উৎস থেকে নেওয়া হয়েছে, যা ক্রিয়েটিভ কমন্স অ্যাট্রিবিউশন ৪.০ আন্তর্জাতিক লাইসেন্সের অধীনে উপলব্ধ।

উপরে উল্লিখিত ছয়টি উপাদান জীবকুল বিভিন্ন উপায়ে ব্যবহার করে। পানি এবং জৈব অণুর মধ্যে হাইড্রোজেন ও অক্সিজেন পাওয়া যায়, যা জীবনের জন্য অপরিহার্য। কার্বন সমস্ত জৈব অণুর মূল ভিত্তি, অন্যদিকে নাইট্রোজেন হলো নিউক্লিক অ্যাসিড ও প্রোটিনের একটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান। নিউক্লিক অ্যাসিড এবং কোষের ঝিল্লি তৈরিতে ফসফরাস ব্যবহৃত হয়। প্রোটিনের ত্রিমাত্রিক গঠন বজায় রাখতে সালফার অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। এই উপাদানগুলোর চক্র একে অপরের সাথে আন্তঃসম্পর্কিত। উদাহরণস্বরূপ, সালফার ও ফসফরাসকে দ্রবীভূত করে নদীতে এবং পরবর্তীতে মহাসাগরে নিয়ে যাওয়ার জন্য পানির প্রবাহ অত্যন্ত জরুরি। খনিজ পদার্থগুলো জীবমন্ডলের জৈব ও অজৈব উপাদানগুলোর মধ্যে এবং এক জীব থেকে অন্য জীবে আবর্তিত হয়।Fisher M. R. (Ed.) (2019) Environmental Biology, 3.2 Biogeochemical Cycles, OpenStax। 50px পরিবর্তিত পাঠ্যটি এই উৎস থেকে নেওয়া হয়েছে, যা ক্রিয়েটিভ কমন্স অ্যাট্রিবিউশন ৪.০ আন্তর্জাতিক লাইসেন্সের অধীনে উপলব্ধ।

জলচক্র

পানি হলো মহাসাগরের প্রধান মাধ্যম, যা সামুদ্রিক জৈব-ভূ-রাসায়নিক চক্রের সাথে জড়িত সমস্ত পদার্থ ও উপাদান বহন করে। প্রকৃতিতে পাওয়া পানির মধ্যে প্রায় সবসময়ই কিছু না কিছু পদার্থ দ্রবীভূত থাকে, একারণে অনেক পদার্থকে দ্রবীভূত করার ক্ষমতার কারণে পানিকে "সার্বজনীন দ্রাবক" বলা হয়। এই গুণের কারণেই এটি "জীবনের দ্রাবক" হতে পেরেছে। পানিই একমাত্র সাধারণ পদার্থ যা স্বাভাবিক পার্থিব অবস্থায় কঠিন, তরল এবং গ্যাস—এই তিন রূপেই থাকতে পারে। যেহেতু তরল পানি প্রবাহিত হয়, তাই সাগরের পানি স্রোতের আকারে বিশ্বজুড়ে আবর্তিত হয়। পানি সহজেই দশা বা অবস্থা পরিবর্তন করতে পারে বলে এটি জলীয় বাষ্প হিসেবে বায়ুমণ্ডলে স্থানান্তরিত হতে পারে অথবা বরফশৈল হিসেবে জমে যেতে পারে। এরপর এটি বৃষ্টি হিসেবে ঝরে পড়ে বা গলে গিয়ে পুনরায় তরল পানিতে পরিণত হয়। সমস্ত সামুদ্রিক জীবন পানির মধ্যেই নিমজ্জিত, যা জীবনের ধাত্রী ও গর্ভস্বরূপ। বিপাকীয় বা অজৈব প্রক্রিয়ার মাধ্যমে পানিকে এর উপাদান হাইড্রোজেন ও অক্সিজেনে ভেঙে ফেলা যায় এবং পরে পুনরায় সম্মিলিত হয়ে তা পানিতে পরিণত হতে পারে।

জলচক্র নিজেই একটি জৈব-ভূ-রাসায়নিক চক্র হলেও, ভূপৃষ্ঠের উপর দিয়ে এবং নিচে পানির প্রবাহ অন্যান্য জৈব-ভূ-রাসায়নিক চক্রের একটি মূল উপাদান। স্থলভাগ থেকে জলাশয়গুলোতে ক্ষয়প্রাপ্ত পলি এবং ফসফরাস পরিবহনের জন্য মূলত পৃষ্ঠপ্রবাহ (Runoff) দায়ী। হ্রদগুলোর ইউট্রোফিকেশন বা অতিপুষ্টি মূলত ফসফরাসের কারণে ঘটে, যা কৃষিজমিতে অতিরিক্ত সার হিসেবে প্রয়োগ করা হয় এবং পরে নদী বা পৃষ্ঠপ্রবাহের মাধ্যমে বাহিত হয়। স্থলভাগ থেকে জলাশয়গুলোতে নাইট্রোজেন পরিবহনের ক্ষেত্রে পৃষ্ঠপ্রবাহ এবং ভূগর্ভস্থ পানি উভয়ই গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। মিসিসিপি নদীর মোহনায় সৃষ্ট মৃত অঞ্চল বা 'ডেড জোন' মূলত কৃষিজমি থেকে সার হিসেবে আসা নাইট্রোটের ফল, যা নদী ব্যবস্থার মাধ্যমে মেক্সিকো উপসাগরে গিয়ে পড়ে। পৃষ্ঠপ্রবাহ শিলা ও মাটির ক্ষয় পরিবহনের মাধ্যমে কার্বন চক্রেও ভূমিকা রাখে।

মহাসাগরের লবণাক্ততা

মহাসাগরের লবণাক্ততা মূলত পাথরের আবহবিকার এবং স্থলভাগ থেকে দ্রবীভূত লবণের পরিবহনের মাধ্যমে আসে। সমুদ্রতলের জলতাপীয় রন্ধ্রও (hydrothermal vents) এতে কিছুটা অবদান রাখে।মহাসাগর কেন নোনা? NOAA। সর্বশেষ আপডেট: ২৬ ফেব্রুয়ারি ২০২১।  সমুদ্রের পানির বাষ্পীভবন এবং সামুদ্রিক বরফ গঠন লবণাক্ততা আরও বাড়িয়ে দেয়। তবে লবণাক্ততা বৃদ্ধির এই প্রক্রিয়াগুলো নদী থেকে মিঠা পানির নিরন্তর প্রবাহ, বৃষ্টি ও তুষারপাত এবং বরফ গলার মাধ্যমে ভারসাম্য বজায় রাখে।Salinity  NASA। সর্বশেষ আপডেট: ৭ এপ্রিল ২০২১।  সমুদ্রের পানিতে সবচেয়ে বেশি পাওয়া যায় ক্লোরাইড এবং সোডিয়াম আয়ন। মহাসাগরে দ্রবীভূত মোট আয়নের প্রায় ৮৫ শতাংশই এই দুটি। বাকি অংশের বেশিরভাগ হলো ম্যাগনেসিয়াম এবং সালফেট আয়ন। তাপমাত্রা, বাষ্পীভবন এবং বৃষ্টিপাতের সাথে লবণাক্ততা পরিবর্তিত হয়। এটি সাধারণত নিরক্ষীয় ও মেরু অঞ্চলে কম এবং মধ্য-অক্ষাংশে বেশি থাকে।

সামুদ্রিক জলকণা

আকাশবাহিত অণুজীবের একটি প্রবাহ আবহাওয়া মণ্ডলের উপরে কিন্তু বাণিজ্যিক বিমানপথের নিচ দিয়ে পুরো গ্রহটিকে প্রদক্ষিণ করে।Living Bacteria Are Riding Earth's Air Currents Smithsonian Magazine, ১১ জানুয়ারি ২০১৬। কিছু পরিভ্রমণকারী অণুজীব স্থলজ ধূলিঝড় থেকে উড়ে আসে, তবে বেশিরভাগেরই উৎস হলো সামুদ্রিক জলকণায় থাকা অণুজীব। ২০১৮ সালে বিজ্ঞানীরা জানিয়েছেন যে, প্রতিদিন গ্রহের প্রতি বর্গমিটারে কোটি কোটি ভাইরাস এবং কয়েক কোটি ব্যাকটেরিয়া জমা হয়। এটি পানির মাধ্যমে দীর্ঘ দূরত্বে জৈব পদার্থ পরিবহনের আরেকটি উদাহরণ, যা এক্ষেত্রে জীবিত অণুজীবের আকারে ঘটে।

দ্রবীভূত লবণ পানির মতো বায়ুমণ্ডলে বাষ্পীভূত হয় না, তবে এটি সামুদ্রিক জলকণার মধ্যে সামুদ্রিক লবণের অ্যারোসল গঠন করে। সমুদ্রপৃষ্ঠের অনেক ভৌত প্রক্রিয়া সামুদ্রিক লবণের অ্যারোসল তৈরি করে। এর একটি সাধারণ কারণ হলো বাতাসের চাপে সৃষ্ট সাদা ফেনার (whitecap) মধ্য থেকে বাতাসের বুদবুদ ফেটে যাওয়া। অন্য একটি কারণ হলো ঢেউয়ের চূড়া থেকে পানির ফোঁটা ছিঁড়ে আসা। সমুদ্র থেকে বায়ুমণ্ডলে মোট সামুদ্রিক লবণের প্রবাহ বছরে প্রায় ৩,৩০০ টেরাগ্ৰাম (৩.৩ বিলিয়ন টন)।IPCC Third Assessment Report: Climate Change 2001 (TAR)

সামুদ্রিক সংবহন



সৌর বিকিরণ মহাসাগরগুলোকে প্রভাবিত করে: বিষুবরেখা থেকে উষ্ণ পানি ভৌগোলিক মেরুর দিকে প্রবাহিত হতে থাকে, অন্যদিকে মেরু অঞ্চলের শীতল পানি বিষুবরেখার দিকে ধাবিত হয়। পৃষ্ঠীয় স্রোতগুলো প্রাথমিকভাবে পৃষ্ঠীয় বায়ুর অবস্থার ওপর নির্ভর করে। অয়ন বায়ু ক্রান্তীয় অঞ্চলে পশ্চিম দিকে প্রবাহিত হয়, এবং মধ্য-অক্ষাংশে পশ্চিমা বায়ু পূর্ব দিকে প্রবাহিত হয়।Glossary of Meteorology (2009). Westerlies.  American Meteorological Society। সংগৃহীত ২০০৯-০৪-১৫। বাতাসের এই ধরন উপক্রান্তীয় মহাসাগরীয় পৃষ্ঠে উত্তর গোলার্ধে নেতিবাচক কার্লের সাথে একটি পীড়ন (stress) প্রয়োগ করে এবং দক্ষিণ গোলার্ধে এর বিপরীত ঘটে। এর ফলে সৃষ্ট সভারড্রপ পরিবহন বিষুবরেখামুখী হয়।Earthguide (2007). Lesson 6: Unraveling the Gulf Stream Puzzle - On a Warm Current Running North.  University of California at San Diego। সংগৃহীত ২০০৯-০৫-০৬। উপক্রান্তীয় শৈলশিরার পশ্চিম প্রান্তে মেরুমুখী বায়ুপ্রবাহের কারণে সৃষ্ট বিভব ঘূর্ণায়মানতা (potential vorticity) সংরক্ষণ এবং মেরুমুখী পানির আপেক্ষিক ঘূর্ণায়মানতা বৃদ্ধির ফলে, এই পরিবহনটি মহাসাগরীয় অববাহিকার পশ্চিম সীমানা বরাবর প্রবাহিত একটি সংকীর্ণ এবং ত্বরান্বিত মেরুমুখী স্রোত দ্বারা ভারসাম্যপূর্ণ হয়।Angela Colling (2001). Ocean circulation.  Butterworth-Heinemann, pp. 96। সংগৃহীত ২০০৯-০৫-০৭। এই সামগ্রিক প্রক্রিয়াটি পশ্চিমী তীব্রায়ন নামে পরিচিত, যার ফলে মহাসাগরীয় অববাহিকার পশ্চিম সীমানার স্রোতগুলো পূর্ব সীমানার স্রোতগুলোর তুলনায় বেশি শক্তিশালী হয়।National Environmental Satellite, Data, and Information Service (2009). Investigating the Gulf Stream.  North Carolina State University। সংগৃহীত ২০০৯-০৫-০৬।

মেরু অঞ্চলে যাওয়ার সময় শক্তিশালী উষ্ণ স্রোত দ্বারা বাহিত পানি বাষ্পীভবনের মাধ্যমে শীতল হয়। এই শীতলীকরণ প্রক্রিয়া বায়ু দ্বারা পরিচালিত হয়: পানির ওপর দিয়ে প্রবাহিত বাতাস পানিকে শীতল করে এবং বাষ্পীভবন ঘটায়, ফলে পানি আরও লবণাক্ত হয়ে পড়ে। এই প্রক্রিয়ায় পানি অধিক লবণাক্ত ও ঘন হয় এবং তাপমাত্রা হ্রাস পায়। যখন সমুদ্রের বরফ গঠিত হয়, তখন লবণ বরফ থেকে পৃথক হয়ে যায়, যা ব্রাইন বর্জন (brine exclusion) নামে পরিচিত। এই দুটি প্রক্রিয়ার ফলে পানি অধিক ঘন এবং শীতল হয়ে ওঠে। উত্তর আটলান্টিক মহাসাগরের পানি এত ঘন হয়ে যায় যে এটি অপেক্ষাকৃত কম লবণাক্ত এবং কম ঘন পানির মধ্য দিয়ে নিচে ডুবতে শুরু করে। শীতল ও ঘন পানির এই নিম্নমুখী প্রবাহ উত্তর আটলান্টিক গভীর পানির অংশে পরিণত হয়, যা দক্ষিণমুখী একটি প্রবাহ।

বায়ু মহাসাগরীয় পৃষ্ঠের উপরের ১০০ মিটার গভীরতা পর্যন্ত স্রোত পরিচালনা করে। তবে সমুদ্রের স্রোত পৃষ্ঠের হাজার হাজার মিটার নিচেও প্রবাহিত হয়। এই গভীর সমুদ্রের স্রোতগুলো পানির ঘনত্বের পার্থক্য দ্বারা চালিত হয়, যা তাপমাত্রা (থার্মো) এবং লবণাক্ততা (হ্যালাইন) দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়। এই প্রক্রিয়াটি তাপলবণাক্ততা পরিচলন (thermohaline circulation) নামে পরিচিত। পৃথিবীর মেরু অঞ্চলে সমুদ্রের পানি খুব শীতল হয়ে বরফে পরিণত হয়। ফলস্বরূপ চারপাশের সমুদ্রের পানি আরও লবণাক্ত হয়ে যায়, কারণ সামুদ্রিক বরফ গঠনের সময় লবণ পেছনে থেকে যায়। সমুদ্রের পানি লবণাক্ত হওয়ার সাথে সাথে এর ঘনত্ব বৃদ্ধি পায় এবং এটি ডুবতে শুরু করে। ডুবন্ত পানির স্থান পূরণ করতে পৃষ্ঠীয় পানি সেখানে টেনে আসে, যা অবশেষে শীতল ও লবণাক্ত হয়ে ডুবে যায়। এটি গভীর সমুদ্রের স্রোত শুরু করে যা বৈশ্বিক পরিবাহক বেল্টকে সচল রাখে।Thermohaline Circulation  National Ocean Service, NOAA। সংগৃহীত: ২০ মে ২০২০। 

তাপলবণাক্ততা পরিচলন বৈশ্বিক স্কেলে স্রোতের একটি প্রণালী পরিচালনা করে যাকে "বৈশ্বিক পরিবাহক বেল্ট" বলা হয়। এই পরিবাহক বেল্টটি উত্তর আটলান্টিকের মেরুর কাছাকাছি সমুদ্রপৃষ্ঠ থেকে শুরু হয়। এখানে আর্কটিক তাপমাত্রার কারণে পানি শীতল হয়। এটি অধিক লবণাক্তও হয়ে ওঠে কারণ সামুদ্রিক বরফ গঠনের সময় লবণ জমে না এবং তা চারপাশের পানিতে থেকে যায়। শীতল পানি এখন লবণের কারণে আরও ঘন হয় এবং সমুদ্রের তলদেশের দিকে ডুবতে থাকে। ডুবন্ত পানির স্থান নিতে পৃষ্ঠীয় পানি প্রবাহিত হয়, ফলে একটি স্রোত তৈরি হয়। এই গভীর পানি মহাদেশগুলোর মধ্য দিয়ে দক্ষিণ দিকে প্রবাহিত হয়ে বিষুবরেখা অতিক্রম করে আফ্রিকা এবং দক্ষিণ আমেরিকার শেষ প্রান্ত পর্যন্ত পৌঁছে যায়। স্রোতটি অ্যান্টার্কটিকার প্রান্ত দিয়ে ভ্রমণ করে, যেখানে পানি শীতল হয়ে আবার ডুবে যায়, যেমনটি উত্তর আটলান্টিকে ঘটে। এভাবে পরিবাহক বেল্টটি "রিচার্জ" বা পুনঃসচল হয়। অ্যান্টার্কটিকার চারপাশে ঘোরার সময় পরিবাহক থেকে দুটি অংশ বিচ্ছিন্ন হয়ে উত্তর দিকে মোড় নেয়। একটি অংশ ভারত মহাসাগরে এবং অন্যটি প্রশান্ত মহাসাগরে প্রবেশ করে। এই দুটি অংশ বিষুবরেখার দিকে উত্তর দিকে যাওয়ার সময় উষ্ণ হয় এবং ঘনত্ব কমে যায়, ফলে তারা পৃষ্ঠে উঠে আসে (উর্ধ্বগমন)। এরপর তারা আবার দক্ষিণ এবং পশ্চিম দিকে ঘুরে দক্ষিণ আটলান্টিকের দিকে ফিরে যায় এবং অবশেষে উত্তর আটলান্টিক মহাসাগরে পৌঁছায়, যেখান থেকে চক্রটি আবার শুরু হয়। পরিবাহক বেল্ট বায়ুচালিত বা জোয়ার-ভাটার স্রোতের (প্রতি সেকেন্ডে দশ থেকে কয়েকশ সেন্টিমিটার) তুলনায় অনেক ধীর গতিতে (প্রতি সেকেন্ডে কয়েক সেন্টিমিটার) চলে। অনুমান করা হয় যে, পানির যেকোনো ঘনমিটার অংশ বৈশ্বিক পরিবাহক বেল্টে তার যাত্রা সম্পন্ন করতে প্রায় ১,০০০ বছর সময় নেয়। এ ছাড়াও, পরিবাহকটি বিশাল পরিমাণ পানি বহন করে—যা আমাজন নদের প্রবাহের ১০০ গুণেরও বেশি (Ross, 1995)। পরিবাহক বেল্টটি বৈশ্বিক সমুদ্রের পুষ্টি এবং কার্বন ডাই অক্সাইড চক্রের একটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান। পৃষ্ঠের উষ্ণ পানিতে পুষ্টি এবং কার্বন ডাই অক্সাইডের পরিমাণ কমে যায়, তবে তারা যখন গভীর বা তলদেশীয় স্তর হিসেবে পরিবাহক বেল্টের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়, তখন আবার সমৃদ্ধ হয়। বিশ্বের খাদ্য শৃঙ্খলের ভিত্তি এই শীতল ও পুষ্টিসমৃদ্ধ পানির ওপর নির্ভর করে যা শৈবাল ও সামুদ্রিক আগাছার বৃদ্ধিতে সহায়তা করে।The Global Conveyor Belt  National Ocean Service, NOAA। সংগৃহীত: ২০ মে ২০২০। 

 জলাধারে অবস্থানের গড় সময়  জলাধার  অবস্থানের গড় সময় অ্যান্টার্কটিকা ২০,০০০ বছর মহাসাগর ৩,২০০ বছর হিমবাহ ২০ থেকে ১০০ বছর ঋতুভিত্তিক তুষারপাত ২ থেকে ৬ মাস মাটির আর্দ্রতা ১ থেকে ২ মাস ভূগর্ভস্থ পানি: অগভীর ১০০ থেকে ২০০ বছর ভূগর্ভস্থ পানি: গভীর ১০,০০০ বছর হ্রদ (আরও দেখুন হ্রদে ধারণকাল) ৫০ থেকে ১০০ বছর নদী ২ থেকে ৬ মাস বায়ুমণ্ডল ৯ দিন

মহাসাগরে একটি পানির অণুর বৈশ্বিক গড় অবস্থানের সময় প্রায় ৩,২০০ বছর। তুলনায় বায়ুমণ্ডলে এর গড় অবস্থানের সময় প্রায় ৯ দিন। যদি এটি অ্যান্টার্কটিকায় জমে যায় বা গভীর ভূগর্ভস্থ পানিতে মিশে যায় তবে এটি দশ হাজার বছর পর্যন্ত অবরুদ্ধ থাকতে পারে।

গুরুত্বপূর্ণ উপাদানের চক্রাকর্তন
 সামুদ্রিক জৈব-ভূ-রাসায়নিক চক্রে জড়িত কিছু মূল উপাদান  ডায়াগ্রাম বর্ণনা  220px সামুদ্রিক কার্বন চক্রের মধ্যে এমন প্রক্রিয়াগুলো অন্তর্ভুক্ত যা মহাসাগরের বিভিন্ন স্তরের মধ্যে এবং বায়ুমণ্ডল, পৃথিবীর অভ্যন্তর এবং সমুদ্রতলের মধ্যে কার্বন বিনিময় করে। কার্বন চক্র হলো একাধিক সময় ও স্থান জুড়ে অনেকগুলো মিথস্ক্রিয়াশীল শক্তির ফল যা গ্রহের চারপাশে কার্বনকে সঞ্চালিত করে এবং বিশ্বজুড়ে কার্বনের প্রাপ্যতা নিশ্চিত করে। সামুদ্রিক কার্বন চক্র হলো বৈশ্বিক কার্বন চক্রের কেন্দ্রবিন্দু এবং এতে অজৈব কার্বন (যেমন কার্বন ডাই অক্সাইড) এবং জৈব কার্বন (যা কোনো জীবন্ত সত্তার অংশ) উভয়ই থাকে। সামুদ্রিক কার্বন চক্রের অংশ হিসেবে কার্বন নির্জীব এবং সজীব পদার্থের মধ্যে রূপান্তরিত হয়। তিনটি প্রধান প্রক্রিয়া (বা পাম্প) বায়ুমণ্ডলীয় কার্বন ডাই অক্সাইড (CO2) সমুদ্রের অভ্যন্তরে নিয়ে আসে এবং তা মহাসাগরে বিতরণ করে। এই তিনটি পাম্প হলো: (১) দ্রবণীয়তা পাম্প (solubility pump), (২) কার্বনেট পাম্প, এবং (৩) জৈবিক পাম্প। ১০,০০০ বছরের কম সময়ের জন্য পৃথিবীর পৃষ্ঠে কার্বনের মোট সক্রিয় ভাণ্ডার হলো প্রায় ৪০,০০০ গিগাটন সি (Gt C), এবং এর প্রায় ৯৫% (~৩৮,০০০ গিগাটন সি) মহাসাগরে প্রধানত দ্রবীভূত অজৈব কার্বন হিসেবে জমা থাকে। সামুদ্রিক কার্বন চক্রে দ্রবীভূত অজৈব কার্বনের রূপান্তর মহাসাগরে অম্ল-ক্ষার রসায়নের প্রাথমিক নিয়ন্ত্রক।  220px অক্সিজেন চক্র বলতে পৃথিবী গ্রহের বিভিন্ন গোলক বা জলাধারের মধ্যে জারণ-বিজারণ বিক্রিয়ার মাধ্যমে আয়ন, অক্সাইড এবং অণুতে অক্সিজেন পরমাণুর জৈব-ভূ-রাসায়নিক রূপান্তরকে বোঝায়। সাহিত্যে অক্সিজেন শব্দটি সাধারণত আণবিক অক্সিজেন (O2) কে বোঝায় কারণ এটি চক্রের মধ্যে অনেক জৈব-ভূ-রাসায়নিক জারণ-বিজারণ বিক্রিয়ার সাধারণ উৎপাদ বা বিক্রিয়ক। অক্সিজেন চক্রের প্রক্রিয়াগুলোকে জৈবিক বা ভূতাত্ত্বিক হিসেবে বিবেচনা করা হয় এবং এগুলোকে হয় উৎস (O2 উৎপাদন) অথবা সিঙ্ক বা গ্রাহক (O2 খরচ) হিসেবে মূল্যায়ন করা হয়।  220px হাইড্রোজেন চক্র হাইড্রোজেনযুক্ত যৌগের জৈব (সজীব) এবং অজৈব (নির্জীব) উৎস ও গ্রাহকের মধ্যে হাইড্রোজেনের বিনিময় নিয়ে গঠিত। হাইড্রোজেন (H) মহাবিশ্বের সবচেয়ে প্রচুর পরিমাণে থাকা উপাদান। পৃথিবীতে সাধারণ হাইড্রোজেনযুক্ত অজৈব অণুগুলোর মধ্যে রয়েছে পানি (H2O), হাইড্রোজেন গ্যাস (H2), মিথেন (CH4), হাইড্রোজেন সালফাইড (H2S), এবং অ্যামোনিয়া (NH3)। অনেক জৈব যৌগেও হাইড্রোজেনের পরমাণু থাকে, যেমন হাইড্রোকার্বন এবং জৈব পদার্থ। অজৈব এবং জৈব রাসায়নিক যৌগে হাইড্রোজেন পরমাণুর সর্বব্যাপী উপস্থিতির কারণে, হাইড্রোজেন চক্র মূলত আণবিক হাইড্রোজেনের (H2) ওপর আলোকপাত করে।   220px নাইট্রোজেন চক্র হলো এমন একটি প্রক্রিয়া যার মাধ্যমে নাইট্রোজেন বায়ুমণ্ডল, স্থলজ বাস্তুতন্ত্র এবং সামুদ্রিক বাস্তুতন্ত্রের মধ্যে সঞ্চালিত হওয়ার সময় একাধিক রাসায়নিক রূপে রূপান্তরিত হয়। নাইট্রোজেনের এই রূপান্তর জৈবিক এবং ভৌত উভয় প্রক্রিয়ার মাধ্যমে সম্পন্ন হতে পারে। নাইট্রোজেন চক্রের গুরুত্বপূর্ণ প্রক্রিয়াগুলোর মধ্যে রয়েছে নাইট্রোজেন সংবন্ধন, অ্যামোনিফিকেশন, নাইট্রিফিকেশন এবং ডিনাইট্রিফিকেশন। পৃথিবীর বায়ুমণ্ডলের ৭৮% হলো আণবিক নাইট্রোজেন (N2), যা একে নাইট্রোজেনের বৃহত্তম উৎসে পরিণত করেছে। তবে বায়ুমণ্ডলীয় নাইট্রোজেনের জৈবিক ব্যবহারের সীমাবদ্ধতা রয়েছে, যার ফলে অনেক ধরনের বাস্তুতন্ত্রে ব্যবহারযোগ্য নাইট্রোজেনের অভাব দেখা দেয়। নাইট্রোজেন চক্র বাস্তুসংস্থানবিদদের কাছে বিশেষ গুরুত্ব বহন করে কারণ নাইট্রোজেনের প্রাপ্যতা প্রাথমিক উৎপাদন এবং পচন সহ বাস্তুতন্ত্রের মূল প্রক্রিয়াগুলোর হারকে প্রভাবিত করতে পারে। জীবাশ্ম জ্বালানি দহন, কৃত্রিম নাইট্রোজেন সারের ব্যবহার এবং পয়ঃনিষ্কাশনের মাধ্যমে নাইট্রোজেন নিঃসরণের মতো মানবিক কর্মকাণ্ড বৈশ্বিক নাইট্রোজেন চক্রকে নাটকীয়ভাবে পরিবর্তন করেছে।  220px ফসফরাস চক্র হলো লিথোস্ফিয়ার, হাইড্রোস্ফিয়ার এবং বায়োস্ফিয়ারের মধ্য দিয়ে ফসফরাসের সঞ্চালন। অন্যান্য অনেক জৈব-ভূ-রাসায়নিক চক্রের মতো, বায়ুমণ্ডল ফসফরাসের সঞ্চালনে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে না, কারণ ফসফরাস এবং ফসফরাস-ভিত্তিক যৌগগুলো সাধারণত পৃথিবীর স্বাভাবিক তাপমাত্রা ও চাপে কঠিন অবস্থায় থাকে। ফসফিন গ্যাসের উৎপাদন কেবল বিশেষ স্থানীয় পরিস্থিতিতেই ঘটে। মানুষের কর্মকাণ্ড ফসফরাস খনিজের পরিবহন, ফসফরাস সারের ব্যবহার এবং খামার থেকে শহরে খাদ্য পরিবহনের মাধ্যমে বৈশ্বিক ফসফরাস চক্রে বড় ধরনের পরিবর্তন ঘটিয়েছে।  220px সালফার চক্র হলো সেই প্রক্রিয়াগুলোর সমষ্টি যার মাধ্যমে সালফার শিলা, জলাশয় এবং জীবন্ত সিস্টেমের মধ্যে চলাচল করে। সালফার একটি অপরিহার্য উপাদান, যা অনেক প্রোটিন এবং কো-ফ্যাক্টরের উপাদান। পৃথিবীর প্রধান সালফার গ্রাহক বা সিঙ্ক হলো মহাসাগর, যেখানে এটি সালফেট (SO42−) হিসেবে থাকে।  220px আয়রন বা লোহা চক্র (Fe) হলো বায়ুমণ্ডল, হাইড্রোস্ফিয়ার, বায়োস্ফিয়ার এবং লিথোস্ফিয়ারের মাধ্যমে লোহার জৈব-ভূ-রাসায়নিক চক্র। যদিও ভূত্বকে লোহার পরিমাণ অনেক বেশি, তবে অক্সিজেনযুক্ত পৃষ্ঠের পানিতে এটি কম দেখা যায়। লোহা হলো প্রাথমিক উৎপাদশীলতার একটি মূল মাইক্রোনিউট্রিয়েন্ট এবং সমুদ্রের কিছু নির্দিষ্ট অঞ্চলে (HNLC অঞ্চল) এটি একটি সীমাবদ্ধ পুষ্টি উপাদান।  220px ক্যালসিয়াম চক্র হলো দ্রবীভূত এবং কঠিন অবস্থার মধ্যে ক্যালসিয়ামের স্থানান্তর। শিলা, জীব এবং মাটি থেকে জলাশয়ে নিরবচ্ছিন্নভাবে ক্যালসিয়াম আয়নের সরবরাহ ঘটে। ক্যালসিয়াম আয়নগুলো জলীয় পরিবেশ থেকে শোষিত হয় কারণ তারা বিক্রিয়া করে ক্যালসিয়াম কার্বনেট এবং ক্যালসিয়াম সিলিকেটের মতো অদ্রবণীয় কাঠামো তৈরি করে, যা পলি হিসেবে জমা হতে পারে বা জীবের বহিঃকঙ্কাল গঠন করতে পারে।  220px সিলিকা চক্রের মাধ্যমে পৃথিবীর বিভিন্ন মণ্ডলের মধ্যে সিলিকা স্থানান্তরিত হয়। সিলিকা (SiO2), যাকে সিলিকন ডাই অক্সাইডও বলা হয়, সিলিকনের একটি রাসায়নিক যৌগ। সিলিকন একটি জৈব-অপরিহার্য উপাদান এবং পৃথিবীর অন্যতম প্রচুর উপাদান। সিলিকা চক্র কার্বন চক্রের সাথে উল্লেখযোগ্যভাবে জড়িত এবং ভূতাত্ত্বিক সময়কালে কার্বন পৃথকীকরণে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।

বক্স মডেল


ভূ-জৈবরাসায়নিক তন্ত্ৰসমূহের মডেল তৈরির জন্য বক্স মডেল ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। বক্স মডেল হলো জটিল তন্ত্ৰসমূহের একটি সরলীকৃত রূপ, যেখানে রাসায়নিক উপাদানসমূহকে বিভিন্ন বক্সে (বা সঞ্চয়কারী জলাধারে) ভাগ করা হয় এবং এগুলো উপাদানের প্রবাহ (flux বা flow) দ্বারা একে অপরের সাথে যুক্ত থাকে। সাধারণ বক্স মডেলে অল্প সংখ্যক বক্স থাকে যেগুলোর বৈশিষ্ট্য (যেমন আয়তন) সময়ের সাথে পরিবর্তিত হয় না। ধরে নেওয়া হয় যে, বক্সের ভেতরের উপাদানগুলো সুষমভাবে মিশ্রিত অবস্থায় থাকে। সংশ্লিষ্ট রাসায়নিক উপাদানগুলোর গতিশীলতা এবং স্থিতাবস্থায় (steady-state) তাদের প্রাচুর্য বর্ণনাকারী গাণিতিক সূত্র বের করতে এই মডেলগুলো প্রায়শই ব্যবহৃত হয়।

ডানদিকের চিত্রটিতে একটি মৌলিক এক-বক্স মডেল দেখানো হয়েছে। জলাধারে বিবেচনাধীন উপাদানের পরিমাণ M থাকে, যা রাসায়নিক, ভৌত বা জৈবিক বৈশিষ্ট্যের মাধ্যমে সংজ্ঞায়িত। উৎস Q হলো জলাধারে উপাদানের অন্তর্মুখী প্রবাহ এবং সিঙ্ক S হলো জলাধার থেকে উপাদানের বহির্মুখী প্রবাহ। একটি জলাধারে উপাদানের রূপান্তর বা টার্নওভারকে প্রভাবিতকারী উৎস ও সিঙ্কগুলোর ভারসাম্যই হলো বাজেট। যদি Q = S হয়, তবে জলাধারটি একটি স্থিতাবস্থায় (steady state) থাকে; অর্থাৎ, উৎস ও সিঙ্ক একে অপরের ভারসাম্য রক্ষা করে এবং সময়ের সাথে কোনো পরিবর্তন ঘটে না।

টার্নওভার সময় (যাকে নবায়নকাল বা নির্গমন বয়সও বলা হয়) হলো কোনো উপাদানের জলাধারে অবস্থান করার গড় সময়। যদি জলাধারটি স্থিতাবস্থায় থাকে, তবে এটি জলাধারটি পূরণ করতে বা খালি করতে প্রয়োজনীয় সময়ের সমান হয়। সুতরাং, যদি τ টার্নওভার সময় হয়, তবে τ = M/S। একটি জলাধারে উপাদানের পরিবর্তনের হার বর্ণনাকারী সমীকরণটি হলো:

যখন দুই বা ততোধিক জলাধার যুক্ত থাকে, তখন উপাদানগুলোকে জলাধারগুলোর মধ্যে চক্রাকারে আবর্তিত হতে দেখা যায় এবং এই চক্রীয় প্রবাহের অনুমানযোগ্য ধরন থাকতে পারে। আরও জটিল মাল্টিবক্স মডেলসমূহ সাধারণত সংখ্যাতাত্ত্বিক কৌশলের সাহায্যে সমাধান করা হয়।



উপরের চিত্রটি সমুদ্রের কার্বন প্রবাহের একটি সরলীকৃত বাজেট প্রদর্শন করে। এটি তিনটি পরস্পর সংযুক্ত সাধারণ বক্স মডেল নিয়ে গঠিত—একটি ইউফোটিক অঞ্চলের জন্য, একটি গভীর সমুদ্র বা অন্ধকার সমুদ্রের জন্য এবং অন্যটি সামুদ্রিক পলির জন্য। ইউফোটিক অঞ্চলে প্রতি বছর নিট ফাইটোপ্ল্যাঙ্কটন উৎপাদন প্রায় ৫০ Pg C। এর মধ্যে প্রায় ১০ Pg গভীর সমুদ্রে চলে যায়, আর বাকি ৪০ Pg শ্বসন প্রক্রিয়ায় ব্যয় হয়। জৈব কার্বনের ক্ষয় ঘটে যখন কণিকাগুলো (সামুদ্রিক তুষার) সমুদ্রের গভীরে তলিয়ে যায়। এর মধ্যে মাত্র ২ Pg শেষ পর্যন্ত সমুদ্রের তলদেশে পৌঁছায়, বাকি ৮ Pg অন্ধকার সমুদ্রে শ্বসন প্রক্রিয়ায় ব্যয় হয়। পলিতে জৈব কার্বনের ক্ষয় হওয়ার জন্য দীর্ঘ সময় পাওয়া যায়, যার ফলে সরবরাহকৃত জৈব কার্বনের ৯০% ক্ষয়প্রাপ্ত হয় এবং শেষ পর্যন্ত মাত্র ০.২ Pg C yr−1 সমাহিত হয় এবং জীবমণ্ডল থেকে ভূ-মণ্ডলে স্থানান্তরিত হয়।

দ্রবীভূত ও কণিকাময় পদার্থ




জৈবিক পাম্প

সরলতম অর্থে জৈবিক পাম্প হলো সমুদ্রের একটি জৈব-চালিত প্রক্রিয়া, যার মাধ্যমে বায়ুমণ্ডল থেকে কার্বন সমুদ্রের গভীরে এবং তলের পলিতে জমা হয়। এটি সামুদ্রিক কার্বন চক্রের এমন একটি অংশ যা মূলত সালোকসংশ্লেষণের মাধ্যমে ফাইটোপ্ল্যাঙ্কটন দ্বারা তৈরি জৈব পদার্থের আবর্তন (সফট-টিস্যু পাম্প) এবং প্লাঙ্কটন ও মলাস্কের মতো জীবের খোলস তৈরিতে ব্যবহৃত ক্যালসিয়াম কার্বনেটের (CaCO3) আবর্তন (কার্বনেট পাম্প) নিয়ন্ত্রণ করে।

জৈবিক পাম্পকে তিনটি স্বতন্ত্র ধাপে ভাগ করা যায়।De La Rocha CL. 2006. The Biological Pump. In: Treatise on Geochemistry; vol. 6, (ed.). Pergamon Press, pp. 83-111 প্রথমটি হলো সমুদ্রের ইউফোটিক (আলোকিত) উপরিভাগে প্লাঙ্কটোনিক ফোটোট্রফ দ্বারা কার্বন স্থিরকরণ। সমুদ্রের এই উপরিভাগের পানিতে ফাইটোপ্ল্যাঙ্কটন সালোকসংশ্লেষণের সময় শর্করা, লিপিড এবং প্রোটিন তৈরির জন্য কার্বন ডাই অক্সাইড (CO2), নাইট্রোজেন (N), ফসফরাস (P) এবং অন্যান্য ট্রেস উপাদান (বেরিয়াম, আয়রন, জিঙ্ক ইত্যাদি) ব্যবহার করে। কিছু প্লাঙ্কটন (যেমন ককোলিথোফোর এবং ফোরামিনিফেরা) ক্যালসিয়াম (Ca) এবং দ্রবীভূত কার্বনেটের মিশ্রণে ক্যালসিয়াম কার্বনেটের (CaCO3) একটি সুরক্ষা আবরণ তৈরি করে।

এই কার্বন যখন নরম বা শক্ত কলায় আবদ্ধ (fixed) হয়, তখন অণুজীবগুলো হয় ইউফোটিক অঞ্চলে (euphotic zone) থেকে যায় এবং পুনর্জন্মী পুষ্টি চক্রের অংশ হিসেবে পুনরায় ব্যবহৃত হয়, অথবা মারা যাওয়ার পর জৈবিক পাম্পের (biological pump) দ্বিতীয় ধাপে প্রবেশ করে সমুদ্রের তলদেশে জমতে শুরু করে। এই কণাগুলো নিচে নামার সময় প্রায়ই একে অপরের সাথে মিলে পিণ্ড তৈরি করে, যা তাদের নিচে নামার গতি বহুগুণ বাড়িয়ে দেয়। এই পিণ্ড গঠনের ফলেই কণাগুলো জলস্তম্ভে (water column) থাকা শিকারিদের হাত থেকে বাঁচতে পারে এবং বিয়োজিত না হয়ে সরাসরি সমুদ্রের তলদেশে পৌঁছানোর সুযোগ পায়।

নিচে নামার সময় ব্যাকটেরিয়া দ্বারা বিয়োজিত অথবা সমুদ্রের তলদেশে পৌঁছানো আবদ্ধ কার্বন পাম্পের চূড়ান্ত পর্যায়ে প্রবেশ করে এবং পুনরায় খনিজায়িত (remineralized) হয়, যা পরবর্তীতে প্রাথমিক উৎপাদনে ব্যবহৃত হয়। যেসব কণা এই প্রক্রিয়াগুলো থেকে সম্পূর্ণভাবে বেঁচে যায়, সেগুলো তলানিতে সঞ্চিত (sequestered) হয় এবং সেখানে লক্ষ লক্ষ বছর থাকতে পারে। মূলত এই সঞ্চিত কার্বনই বায়ুমণ্ডলীয় CO2 এর পরিমাণ কমানোর জন্য দায়ী।

 Brum JR, Morris JJ, Décima M and Stukel MR (2014) "Mortality in the oceans: Causes and consequences". Eco-DAS IX Symposium Proceedings, অধ্যায় ২, পৃষ্ঠা ১৬–৪৮। Association for the Sciences of Limnology and Oceanography। ।



 অণুজীবের ভূমিকা 

 কার্বন, অক্সিজেন এবং হাইড্রোজেন চক্র 

সামুদ্রিক কার্বন চক্র এমন কিছু প্রক্রিয়ার সমন্বয়ে গঠিত যা সমুদ্রের বিভিন্ন স্তরের মধ্যে এবং বায়ুমণ্ডল, পৃথিবীর অভ্যন্তরভাগ ও সমুদ্রতলের মধ্যে কার্বনের আদান-প্রদান ঘটায়। কার্বন চক্র হলো বিশ্বজুড়ে কার্বনের প্রাপ্যতা নিশ্চিত করার জন্য একাধিক সময় ও স্থান জুড়ে বিস্তৃত অনেকগুলো মিথস্ক্রিয়ার ফলাফল। সামুদ্রিক কার্বন চক্র বিশ্বব্যাপী কার্বন চক্রের একটি কেন্দ্রীয় প্রক্রিয়া এবং এতে অজৈব কার্বন (যেমন কার্বন ডাই অক্সাইড) এবং জৈব কার্বন (যা কোনো জীবন্ত বস্তুর অংশ বা আগে ছিল) উভয়ই অন্তর্ভুক্ত। সামুদ্রিক কার্বন চক্রের একটি অংশ নির্জীব এবং জীবন্ত পদার্থের মধ্যে কার্বনের রূপান্তর ঘটায়।

সামুদ্রিক কার্বন চক্রের তিনটি প্রধান প্রক্রিয়া (বা পাম্প) বায়ুমণ্ডলীয় কার্বন ডাই অক্সাইড (CO2) সমুদ্রের অভ্যন্তরে নিয়ে আসে এবং তা সর্বত্র ছড়িয়ে দেয়। এই তিনটি পাম্প হলো: (১) দ্রবণীয়তা পাম্প (solubility pump), (২) কার্বনেট পাম্প এবং (৩) জৈবিক পাম্প। ১০,০০০ বছরের কম সময়ের জন্য পৃথিবীর পৃষ্ঠে কার্বনের মোট সক্রিয় ভাণ্ডার হলো প্রায় ৪০,০০০ গিগাটন সি (Gt C, এক গিগাটন হলো এক বিলিয়ন টন বা প্রায় ৬০ লক্ষ নীল তিমির ওজন)। এর প্রায় ৯৫% (~৩৮,০০০ Gt C) সমুদ্রে মূলত দ্রবীভূত অজৈব কার্বন হিসেবে জমা থাকে। সামুদ্রিক কার্বন চক্রে দ্রবীভূত অজৈব কার্বনের রাসায়নিক রূপগুলোই সমুদ্রের অম্ল-ক্ষার রসায়ন নিয়ন্ত্রণকারী প্রধান ভূমিকা পালন করে।

 কার্বনের রূপভেদ Biogeochemical Cycles CK-12 Biology। সংগৃহীত: ২ জুন ২০২০। কার্বনের রূপ	 রাসায়নিক সংকেত অবস্থা প্রধান আধার কার্বন ডাই অক্সাইড CO2 গ্যাসীয় বায়ুমণ্ডল কার্বনিক অ্যাসিড H2CO3 তরল সমুদ্র বাইকার্বনেট আয়ন HCO3− তরল(দ্রবীভূত আয়ন) সমুদ্র জৈব যৌগ উদাহরণ:C6H12O6 (গ্লুকোজ)CH4 (মিথেন) কঠিনগ্যাসীয় সামুদ্রিক জীবজৈব পলি(জীবাশ্ম জ্বালানি) অন্যান্য কার্বন যৌগ উদাহরণ:CaCO3 (ক্যালসিয়াম কার্বনেট)CaMg(CO3)2(ক্যালসিয়াম ম্যাগনেসিয়াম কার্বনেট) কঠিন খোলসপাললিক শিলা

 নাইট্রোজেন এবং ফসফরাস চক্র 



নাইট্রোজেন চক্র স্থলের মতো সমুদ্রেও সমান গুরুত্বপূর্ণ। যদিও উভয় ক্ষেত্রেই মূল চক্রটি একই রকম, তবে সমুদ্রে নাইট্রোজেন স্থানান্তরের মাধ্যম এবং নিয়ামকগুলো ভিন্ন হয়। বৃষ্টিপাত, স্থলভাগ থেকে ধৌত প্রবাহ (runoff) অথবা বায়ুমণ্ডল থেকে N2 হিসেবে নাইট্রোজেন সমুদ্রে প্রবেশ করে। ফাইটোপ্ল্যাঙ্কটন সরাসরি N2 ব্যবহার করতে পারে না, তাই একে নাইট্রোজেন সংবন্ধন প্রক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যেতে হয় যা মূলত সায়ানোব্যাকটেরিয়া সম্পন্ন করে। সামুদ্রিক চক্রে যদি নতুন করে সংবদ্ধ নাইট্রোজেন যুক্ত না হয়, তবে বিদ্যমান নাইট্রোজেন মাত্র ২০০০ বছরের মধ্যে শেষ হয়ে যাবে। জৈব পদার্থ তৈরির প্রাথমিক ধাপের জন্য ফাইটোপ্ল্যাঙ্কটনের জৈবিকভাবে গ্রহণযোগ্য নাইট্রোজেনের প্রয়োজন হয়। প্ল্যাঙ্কটনের রেচনের মাধ্যমে পানিতে অ্যামোনিয়া এবং ইউরিয়া নির্গত হয়। জৈব পদার্থের নিম্নমুখী গতির কারণে ইউফোটিক অঞ্চল থেকে নাইট্রোজেনের উৎসগুলো অপসারিত হয়। এটি ফাইটোপ্ল্যাঙ্কটনের ডুবে যাওয়া, উল্লম্ব মিশ্রণ অথবা উল্লম্বভাবে বিচরণকারী প্রাণীদের বর্জ্যের মাধ্যমে ঘটতে পারে। এর ফলে ইউফোটিক অঞ্চলের নিচের গভীর স্তরে অ্যামোনিয়া যুক্ত হয়। ব্যাকটেরিয়া অ্যামোনিয়াকে নাইট্রাইট এবং নাইট্রেটে রূপান্তর করতে সক্ষম হলেও আলোর উপস্থিতিতে এই প্রক্রিয়া বাধাগ্রস্ত হয়, তাই এটি অবশ্যই ইউফোটিক অঞ্চলের নিচে ঘটতে হয়। অ্যামোনিফিকেশন বা খনিজায়নের মাধ্যমে ব্যাকটেরিয়া জৈব নাইট্রোজেনকে অ্যামোনিয়ায় রূপান্তর করে। এরপর নাইট্রিফিকেশন প্রক্রিয়ায় অ্যামোনিয়াম থেকে নাইট্রাইট এবং নাইট্রেট তৈরি হয়। উল্লম্ব মিশ্রণ এবং আপওয়েলিংয়ের মাধ্যমে নাইট্রেট পুনরায় ইউফোটিক অঞ্চলে ফিরে আসতে পারে, যেখানে ফাইটোপ্ল্যাঙ্কটন তা গ্রহণ করে চক্রটি সচল রাখে। ডিনাইট্রিফিকেশন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে N2 পুনরায় বায়ুমণ্ডলে ফিরে যেতে পারে।

ফাইটোপ্ল্যাঙ্কটনের জন্য অ্যামোনিয়ামকে নাইট্রোজেনের সবচেয়ে সুবিধাজনক উৎস মনে করা হয় কারণ এটি গ্রহণ করতে কোনো জারণ-বিজারণ বিক্রিয়ার প্রয়োজন হয় না এবং এতে শক্তিও কম খরচ হয়। নাইট্রেট গ্রহণে জারণ-বিজারণ বিক্রিয়ার প্রয়োজন হলেও এটি অনেক বেশি পরিমাণে পাওয়া যায়, তাই বেশিরভাগ ফাইটোপ্ল্যাঙ্কটন এই বিজারণ প্রক্রিয়া সম্পাদনের জন্য প্রয়োজনীয় এনজাইম (নাইট্রেট রিডাক্টেস) তৈরি করে নিয়েছে। তবে Prochlorococcus এবং কিছু Synechococcus এর ক্ষেত্রে ব্যতিক্রম দেখা যায়, যারা কেবল অ্যামোনিয়াম হিসেবেই নাইট্রোজেন গ্রহণ করতে পারে।

ফসফরাস উদ্ভিদ ও প্রাণীর জন্য একটি অপরিহার্য পুষ্টি উপাদান। এটি জলজ জীবের জন্য একটি সীমাবদ্ধকারী পুষ্টি উপাদান (limiting nutrient)। ফসফরাস জীবনের জন্য গুরুত্বপূর্ণ এমন অনেক অণুর অংশ গঠন করে যা জীবমণ্ডলে খুবই সাধারণ। ধূলিকণা বৃষ্টির পানি বা সমুদ্রের লোনা পানিতে মিশে গেলে খুব সামান্য পরিমাণে ফসফরাস বায়ুমণ্ডলে প্রবেশ করে, তবে এর বেশিরভাগই স্থলভাগ, শিলা এবং মাটির খনিজ পদার্থে থাকে। খনি থেকে উত্তোলিত ফসফরাসের আশি শতাংশই সার তৈরিতে ব্যবহৃত হয়। সার, পয়ঃনিষ্কাশন এবং ডিটারজেন্টের ফসফেট হ্রদ ও স্রোতস্বিনীতে দূষণ সৃষ্টি করতে পারে। মিষ্টি পানি এবং উপকূলীয় সামুদ্রিক পানিতে ফসফেটের আধিক্য ব্যাপক শৈবাল ব্লুম তৈরি করতে পারে। তবে সাম্প্রতিক গবেষণা থেকে জানা যায় যে, লোনা পানির মোহনা এবং উপকূলীয় সামুদ্রিক পরিবেশে শৈবাল ব্লুমের জন্য দায়ী প্রধান দূষক হলো নাইট্রোজেন।

প্রকৃতিতে ফসফরাস সবচেয়ে বেশি পাওয়া যায় অর্থোফসফেট আয়ন (PO4)3− হিসেবে। স্থলভাগের বেশিরভাগ ফসফরাস শিলা এবং খনিজ পদার্থে পাওয়া যায়। ফসফরাস সমৃদ্ধ স্তরগুলো সাধারণত সমুদ্রের তলদেশে অথবা সামুদ্রিক পাখির বিষ্ঠা (guano) থেকে তৈরি হয় এবং সময়ের সাথে সাথে ভূতাত্ত্বিক প্রক্রিয়ায় সমুদ্রের তলানি স্থলভাগে উঠে আসে। শিলা ও খনিজ পদার্থের আবহবিকারের ফলে ফসফরাস দ্রবণীয় আকারে নির্গত হয় যা উদ্ভিদ গ্রহণ করে জৈব যৌগে রূপান্তরিত করে। এই উদ্ভিদগুলো তখন তৃণভোজী প্রাণীরা গ্রহণ করে এবং ফসফরাস তাদের কলায় সঞ্চিত হয় অথবা রেচনের মাধ্যমে বের হয়ে যায়। মৃত্যুর পর উদ্ভিদ বা প্রাণী পচে যায় এবং ফসফরাস মাটিতে ফিরে আসে, যেখানে এর একটি বড় অংশ অদ্রবণীয় যৌগে পরিণত হয়। ধৌত প্রবাহের মাধ্যমে এই ফসফরাসের সামান্য অংশ পুনরায় সমুদ্রে ফিরে যেতে পারে।

 পুষ্টি চক্র 

পুষ্টি চক্র হলো জৈব এবং অজৈব পদার্থের পুনরায় নতুন পদার্থ উৎপাদনে ফিরে আসার একটি প্রক্রিয়া। এই প্রক্রিয়াটি সামুদ্রিক খাদ্যজালের মাধ্যমে নিয়ন্ত্রিত হয়, যা মূলত জৈব পদার্থকে পুনরায় অজৈব পুষ্টিতে বিয়োজিত করে। বাস্তুসংস্থানের মধ্যে পুষ্টি চক্র ঘটে থাকে। শক্তির প্রবাহ সর্বদা একমুখী এবং অচক্রীয় পথ অনুসরণ করে, যেখানে খনিজ পুষ্টির চলাচল চক্রাকার হয়। খনিজ চক্রের মধ্যে কার্বন চক্র, অক্সিজেন চক্র, নাইট্রোজেন চক্র, ফসফরাস চক্র এবং সালফার চক্র অন্যতম।

ভূ-জৈব-রাসায়নিক চক্র এবং পুষ্টি চক্র শব্দ দুটির মধ্যে অনেক মিল রয়েছে। কিছু পাঠ্যপুস্তকে এই দুটিকে একত্রে দেখা হয় এবং সমার্থক শব্দ হিসেবে ব্যবহার করা হয়। তবে বাস্তুসংস্থান যখন একটি একক হিসেবে কাজ করে, তখন অভ্যন্তরীণ চক্রের ক্ষেত্রে 'পুষ্টি চক্র' শব্দটি বেশি ব্যবহৃত হয়। ব্যবহারিক দিক থেকে, একটি স্থলজ বাস্তুসংস্থান মূল্যায়নের সময় এর উপরের সম্পূর্ণ বায়ুস্তর বা মাটির অনেক গভীর স্তরের কথা চিন্তা করা হয় না। বাস্তুসংস্থানের কোনো সুনির্দিষ্ট সীমানা না থাকলেও, একটি কার্যকরী সম্প্রদায় হিসেবে বিবেচনা করা হয় যেখানে অধিকাংশ পদার্থ এবং শক্তির স্থানান্তর ঘটে। পুষ্টি চক্র এমন বাস্তুসংস্থানে ঘটে যা ইনপুট এবং আউটপুট সিস্টেমের মাধ্যমে পৃথিবীর বৃহত্তর ভূ-জৈব-রাসায়নিক চক্রের অংশ হিসেবে কাজ করে।

 দ্রবীভূত পুষ্টি উপাদান 
সমুদ্রের পানিতে দ্রবীভূত পুষ্টি উপাদানগুলো সামুদ্রিক জীবনের টিকে থাকার জন্য অপরিহার্য। নাইট্রোজেন এবং ফসফরাস এক্ষেত্রে বিশেষ গুরুত্বপূর্ণ। অনেক সামুদ্রিক পরিবেশে এগুলোকে সীমাবদ্ধকারী পুষ্টি উপাদান হিসেবে গণ্য করা হয়, কারণ শৈবাল এবং সামুদ্রিক উদ্ভিদের মতো প্রাথমিক উৎপাদকরা এগুলো ছাড়া বৃদ্ধি পেতে পারে না। ফাইটোপ্ল্যাঙ্কটন দ্বারা সামুদ্রিক প্রাথমিক উৎপাদন উদ্দীপিত করার জন্য এগুলো অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। অন্যান্য গুরুত্বপূর্ণ পুষ্টি উপাদানের মধ্যে রয়েছে সিলিকন, আয়রন এবং জিঙ্ক।Dissolved Nutrients Earth in the Future, PenState/NASSA। সংগৃহীত ১৮ জুন ২০২০।

সমুদ্রে পুষ্টি উপাদানের চক্রাকার আবর্তন শুরু হয় জৈবিক পাম্পিংয়ের মাধ্যমে, যখন ফাইটোপ্লাঙ্কটন তাদের জৈব গঠনের অংশ হিসেবে পৃষ্ঠদেশীয় জল থেকে পুষ্টি উপাদান সংগ্রহ করে। ফাইটোপ্লাঙ্কটন হয় অন্য জীবরা ভক্ষণ করে, অথবা তারা মারা যায় এবং সামুদ্রিক তুষার হিসেবে নিচের দিকে ঝরে পড়ে। সেখানে তারা পচে যায় এবং সমুদ্রের অধিক গভীরতায় পুনরায় দ্রবীভূত অবস্থায় ফিরে আসে। সমুদ্রের উর্বরতা এই পুষ্টি উপাদানের প্রাচুর্যের ওপর নির্ভর করে এবং এটি প্রাথমিক উৎপাদনের মাধ্যমে পরিমাপ করা হয়, যা হলো প্রতি একক সময়ে এবং প্রতি একক জলে কার্বন স্থিতিকরণের হার। "ক্লোরোফিলের বিন্যাস ব্যবহার করে প্রায়শই স্যাটেলাইটের মাধ্যমে প্রাথমিক উৎপাদনের মানচিত্র তৈরি করা হয়। ক্লোরোফিল হলো উদ্ভিদের একটি রঞ্জক যা সালোকসংশ্লেষণের সময় শক্তি শোষণ করে। উপরের চিত্রে ক্লোরোফিলের বিন্যাস দেখানো হয়েছে। আপনি উপকূলীয় অঞ্চলে এর সর্বোচ্চ প্রাচুর্য দেখতে পাবেন, যেখানে নদীগুলোর মাধ্যমে স্থলভাগ থেকে পুষ্টি উপাদান সমুদ্রে এসে মেশে। ক্লোরোফিলের মাত্রা বেশি হওয়ার আরেকটি স্থান হলো আপওয়েলিং (উর্ধ্বগমন) অঞ্চল, যেখানে আপওয়েলিং প্রক্রিয়ার মাধ্যমে সমুদ্রের গভীর থেকে পুষ্টি উপাদান পৃষ্ঠের দিকে উঠে আসে..."

"সমুদ্রের স্বাস্থ্যের জন্য আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান হলো দ্রবীভূত অক্সিজেনের পরিমাণ। বায়ু-সমুদ্র সংযোগস্থল এবং সালোকসংশ্লেষণের মাধ্যমে সমুদ্রপৃষ্ঠে ক্রমাগত অক্সিজেন যুক্ত হয়; সামুদ্রিক জীবের শ্বসন এবং সমুদ্রতলে থিতিয়ে পড়া জৈব পদার্থের পচন বা জারণের সময় এটি ব্যবহৃত হয়। অধিকাংশ জীবের অক্সিজেনের প্রয়োজন হয়, তাই এর স্বল্পতা সামুদ্রিক প্রাণীর ওপর বিরূপ প্রভাব ফেলে। তাপমাত্রাও অক্সিজেনের মাত্রাকে প্রভাবিত করে, কারণ উষ্ণ জল শীতল জলের তুলনায় কম দ্রবীভূত অক্সিজেন ধরে রাখতে পারে। ভবিষ্যতে সমুদ্রের ওপর এই সম্পর্কের ব্যাপক প্রভাব পড়বে... আমাদের বিবেচনাধীন সর্বশেষ বৈশিষ্ট্যটি হলো দ্রবীভূত -এর পরিমাণ। অনেক রাসায়নিক ও জৈবিক প্রক্রিয়ায়  অক্সিজেনের প্রায় বিপরীত ভূমিকা পালন করে; সালোকসংশ্লেষণের সময় প্লাঙ্কটন এটি ব্যবহার করে এবং শ্বসন ও জৈব পদার্থের জারণের সময় এটি পুনরায় পূরণ হয়। আমরা পরে দেখব, গভীর জলের বয়স নির্ধারণে -এর পরিমাণের গুরুত্ব রয়েছে।"


সামুদ্রিক সালফার চক্র

সমুদ্রতলে সালফেট বিজারণ মূলত সমুদ্রের কিনারায় উচ্চ সঞ্চয় হারবিশিষ্ট পৃষ্ঠদেশীয় পলিতে বেশি ঘটে। তাই সামুদ্রিক সালফার চক্র মানবসৃষ্ট প্রভাবের (যেমন সমুদ্রের উষ্ণায়ন এবং উপকূলীয় সমুদ্রে পুষ্টির আধিক্য) প্রতি সংবেদনশীল। এটি সালোকসংশ্লেষণ ক্ষমতাকে উদ্দীপিত করে এবং সমুদ্রতলে জৈব পদার্থের সরবরাহ বাড়িয়ে দেয়, যা প্রায়শই নিম্ন অক্সিজেন ঘনত্বের সাথে যুক্ত থাকে (রাবালাইস প্রমুখ, ২০১৪; ব্রেটবার্গ প্রমুখ, ২০১৮)। এর ফলে জৈব-ভূ-রাসায়নিক অঞ্চলগুলো পলির পৃষ্ঠের দিকে সংকুচিত হয় এবং জৈব পদার্থের খনিজীকরণের ভারসাম্য অক্সিজেনযুক্ত প্রক্রিয়া থেকে সালফেট বিজারণ ও মিথেনোজেনেসিসের দিকে স্থানান্তরিত হয় (মিডেলবার্গ এবং লেভিন, ২০০৯)।

 ক্যাবল ব্যাকটেরিয়া

সামুদ্রিক পরিবেশে সালফার চক্র δ34S হিসেবে প্রকাশিত সালফার আইসোটোপ পদ্ধতির মাধ্যমে বিস্তারিতভাবে অধ্যয়ন করা হয়েছে। আধুনিক বৈশ্বিক মহাসাগরগুলোতে ১.৩ × ১০২১ গ্রাম সালফার জমা রয়েছে, যা প্রধানত +২১‰ δ34S মানসহ সালফেট হিসেবে থাকে। মোট আগত প্রবাহের হার ১.০ × ১০১৪ গ্রাম/বছর যার আইসোটোপিক গঠন প্রায় ৩‰। স্থলজ সালফাইড খনিজের ক্ষয় থেকে প্রাপ্ত নদীবাহিত সালফেট হলো সমুদ্রে সালফারের প্রধান উৎস। অন্যান্য উৎসের মধ্যে রয়েছে রূপান্তরিত শিলা ও আগ্নেয়গিরির গ্যাস নির্গমন এবং জলতাপীয় (হাইড্রোথার্মাল) প্রক্রিয়া (δ34S = ০‰), যা বিজারিত সালফার নির্গত করে। সমুদ্র থেকে সালফারের দুটি প্রধান নির্গমন পথ রয়েছে। প্রথমটি হলো সামুদ্রিক ইভাপোরাইট (যেমন জিপসাম) বা কার্বনেট-সংশ্লিষ্ট সালফেট হিসেবে সালফেটের সমাধি, যা বছরে ৬ × ১০১৩ গ্রাম। দ্বিতীয়টি হলো তটদেশীয় বা গভীর সমুদ্রতলের পলিতে পাইরাইট হিসেবে সঞ্চয় (বছরে ৪ × ১০১৩ গ্রাম)। মোট সামুদ্রিক সালফার নির্গমন আগত প্রবাহের হারের সাথে মিলে যায়, যা নির্দেশ করে যে বর্তমান সামুদ্রিক সালফার বাজেট ভারসাম্যপূর্ণ অবস্থায় রয়েছে। আধুনিক মহাসাগরগুলোতে সালফারের অবস্থানকাল প্রায় ১,৩০,০০,০০০ বছর।

আধুনিক মহাসাগরগুলোতে Hydrogenovibrio crunogenus, Halothiobacillus, এবং Beggiatoa হলো প্রধান সালফার জারণকারী ব্যাকটেরিয়া, যা প্রাণী দেহের সাথে কেমোসিন্থেটিক সহাবস্থান তৈরি করে। হোস্ট বা আশ্রয়দাতা জীব বিপাকীয় কাঁচামাল (যেমন CO2, O2, H2O) প্রদান করে, অন্যদিকে অণুজীবটি জৈব কার্বন তৈরি করে যা হোস্টের বিপাকীয় ক্রিয়াকলাপ বজায় রাখে। উৎপাদিত সালফেট সাধারণত ক্যালসিয়াম আয়নের সাথে যুক্ত হয়ে জিপসাম তৈরি করে।

জলতাপীয় নির্গমন পথ থেকে হাইড্রোজেন সালফাইড নির্গত হয় যা কেমোলিথোট্রফিক ব্যাকটেরিয়ার কার্বন স্থিতিকরণে সাহায্য করে। এই ব্যাকটেরিয়াগুলো অক্সিজেনের সাহায্যে হাইড্রোজেন সালফাইডকে জারিত করে মৌলিক সালফার বা সালফেট তৈরি করে।

লোহা চক্র এবং ধূলিকণা
alt=Iron cycle|thumb|upright=2|right| জৈব-ভূ-রাসায়নিক লোহা চক্র: বায়ুমণ্ডল, শিলামণ্ডল এবং সমুদ্রের মধ্য দিয়ে লোহা আবর্তিত হয়। চিহ্নিত তীরগুলো প্রতি বছরে টেরাজ্রাম (Tg) এককে লোহার প্রবাহ দেখায়।

লোহা চক্র (Fe) হলো বায়ুমণ্ডল, বারিমণ্ডল, জীবমণ্ডল এবং শিলামণ্ডলের মধ্য দিয়ে লোহার জৈব-ভূ-রাসায়নিক চক্র। যদিও ভূত্বকে লোহার পরিমাণ অনেক বেশি, অক্সিজেনযুক্ত পৃষ্ঠদেশীয় জলে এটি তুলনামূলক কম পাওয়া যায়। লোহা প্রাথমিক উৎপাদনের একটি প্রধান অণুপুষ্টি, এবং দক্ষিণ মহাসাগর, পূর্ব নিরক্ষীয় প্রশান্ত মহাসাগর এবং উপ-আর্কটিক প্রশান্ত মহাসাগরে এটি একটি সীমাবদ্ধকারী পুষ্টি উপাদান হিসেবে কাজ করে, যা সমুদ্রের উচ্চ-পুষ্টি, নিম্ন-ক্লোরোফিল (HNLC) অঞ্চল নামে পরিচিত।

সমুদ্রের লোহা চক্র প্লাঙ্কটন, ঘনীভূত কণা (জৈবিকভাবে গ্রহণ-অযোগ্য লোহা) এবং দ্রবীভূত (জৈবিকভাবে গ্রহণ-যোগ্য লোহা) অবস্থার মধ্যে আবর্তিত হয় এবং থিতিয়ে পড়ার মাধ্যমে পলিতে পরিণত হয়। স্থলজ উৎস ছাড়াও জলতাপীয় নির্গমন পথগুলো সমুদ্রে ফেরাস লোহা নির্গত করে। আগ্নেয়গিরির অগ্নুৎপাত, বায়ুপ্রবাহ এবং মানুষের দ্বারা দহন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে লোহা বায়ুমণ্ডলে পৌঁছায়। অ্যানথ্রোপোসিন (মানবযুগে), ভূত্বকের খনি থেকে লোহা উত্তোলন করা হচ্ছে এবং এর একটি অংশ বর্জ্য হিসেবে পুনরায় জমা হচ্ছে।



লোহা প্রায় প্রতিটি জীবের জন্য একটি অপরিহার্য অণুপুষ্টি (micronutrient)। এটি হিমোগ্লোবিনের একটি প্রধান উপাদান, নাইট্রোজেনেজ এনজাইম পরিবারের অংশ হিসেবে নাইট্রোজেন সংবন্ধনে গুরুত্বপূর্ণ, এবং ফেরিডক্সিনের আয়রন-সালফার কোরের অংশ হিসেবে এটি ক্লোরোপ্লাস্ট, ইউক্যারিওটিক মাইটোকন্ড্রিয়া এবং ব্যাকটেরিয়ায় ইলেকট্রন পরিবহনে সহায়তা করে। অক্সিজেনের সাথে Fe2+-এর উচ্চ বিক্রিয়াশীলতা এবং Fe3+-এর নিম্ন দ্রবণীয়তার কারণে, বিশ্বের অধিকাংশ অঞ্চলে লোহা একটি সীমাবদ্ধ পুষ্টি উপাদান (limiting nutrient)।

ক্যালসিয়াম এবং সিলিকা চক্র


ক্যালসিয়াম চক্র হলো দ্রবীভূত এবং কঠিন অবস্থার মধ্যে ক্যালসিয়ামের একটি স্থানান্তর প্রক্রিয়া। শিলা, জীব এবং মাটি থেকে জলপথে ক্যালসিয়াম আয়নের অবিরাম সরবরাহ ঘটে। ক্যালসিয়াম আয়নগুলো বিক্রিয়া করে ক্যালসিয়াম কার্বনেট এবং ক্যালসিয়াম সিলিকেটের মতো অদ্রবণীয় কাঠামো তৈরি করে, যা জলীয় পরিবেশ থেকে অপসারিত হয়। এগুলো তলানি হিসেবে জমা হতে পারে অথবা জীবের বহিঃকঙ্কাল তৈরি করতে পারে। ক্যালসিয়াম আয়ন জৈবিকভাবেও ব্যবহৃত হতে পারে, কারণ হাড় ও দাঁত তৈরি বা কোষীয় কার্যাবলীর মতো জৈবিক প্রক্রিয়ায় ক্যালসিয়াম অপরিহার্য। ক্যালসিয়াম চক্র স্থলজ, সামুদ্রিক, ভূতাত্ত্বিক এবং জৈবিক প্রক্রিয়ার মধ্যে একটি সাধারণ যোগসূত্র। এটি পৃথিবীর বিভিন্ন মাধ্যমের মধ্য দিয়ে আবর্তিত হয়। মহাসাগরের অম্লকরণের (ocean acidification) কারণে বায়ুমণ্ডলীয় কার্বন ডাই অক্সাইডের পরিবর্তনে সামুদ্রিক ক্যালসিয়াম চক্র প্রভাবিত হয়।

জৈব ক্যালসিয়াম কার্বনেট তখন তৈরি হয় যখন কোকোলিথোফোর, প্রবাল, টেরোপড এবং অন্যান্য মোলাস্কা বা কম্বোজ শ্রেণির সামুদ্রিক প্রাণী ক্যালসিয়াম আয়ন এবং বাইকার্বনেটকে ক্যালসাইট বা অ্যারানাইটের খোলস ও বহিঃকঙ্কালে রূপান্তরিত করে। এটি মহাসাগরে দ্রবীভূত ক্যালসিয়ামের প্রধান আধার (sink)। মৃত জীবগুলো সমুদ্রের তলদেশে তলিয়ে যায় এবং খোলসের স্তর জমা করে যা সময়ের সাথে সাথে জমাট বেঁধে চুনপাথর গঠন করে। এটি সামুদ্রিক এবং স্থলজ উভয় প্রকার চুনপাথরের উৎস।

নিম্নোক্ত সমীকরণ অনুযায়ী ক্যালসিয়াম থিতিয়ে ক্যালসিয়াম কার্বনেটে পরিণত হয়:

Ca2+ + 2HCO3− → CO2+ H2O + CaCO3

দ্রবীভূত ক্যালসিয়াম এবং ক্যালসিয়াম কার্বনেটের মধ্যে সম্পর্ক বায়ুমণ্ডলে কার্বন ডাই অক্সাইডের (CO2) মাত্রা দ্বারা ব্যাপকভাবে প্রভাবিত হয়।

বায়ুমণ্ডলে কার্বন ডাই অক্সাইড বৃদ্ধি পেলে নিম্নোক্ত সমীকরণ অনুযায়ী মহাসাগরে বাইকার্বনেটের পরিমাণ বেড়ে যায়:

CO2 + CO32− + H2O → 2HCO3−



কার্বন চক্র এবং গ্রিনহাউস গ্যাসের প্রভাবের সাথে নিবিড় সম্পর্ক থাকায়, আগামী বছরগুলোতে ক্যালসিয়াম এবং কার্বন উভয় চক্রই পরিবর্তিত হবে বলে ধারণা করা হচ্ছে। ক্যালসিয়াম আইসোটোপ শনাক্ত করার মাধ্যমে পরিবেশগত পরিবর্তনগুলোর পূর্বাভাস পাওয়া সম্ভব; অনেক গবেষণায় বায়ুমণ্ডল ও সামুদ্রিক পরিবেশ—উভয় ক্ষেত্রেই তাপমাত্রা বৃদ্ধির ইঙ্গিত দেওয়া হয়েছে। এর ফলে পাথরের ক্ষয় বা ভাঙ্গন, সমুদ্র ও জলাশয়ের পিএইচ (pH) মাত্রা এবং ক্যালসিয়াম থিতানো বা সেডিমেন্টেশন প্রক্রিয়ায় ব্যাপক পরিবর্তন আসবে, যা ক্যালসিয়াম চক্রের ওপর বহুমুখী প্রভাব ফেলবে।

জীবনের বিভিন্ন স্তরে ক্যালসিয়ামের জটিল মিথস্ক্রিয়ার কারণে, পরিবেশগত পরিবর্তনের প্রভাবগুলো আসলে ঘটার আগে সঠিকভাবে জানা সম্ভব নয়। তবে তথ্য-প্রমাণ ভিত্তিক গবেষণার ওপর ভিত্তি করে সাময়িকভাবে কিছু অনুমান করা যেতে পারে। কার্বন ডাই অক্সাইডের মাত্রা বৃদ্ধি এবং সমুদ্রের পিএইচ হ্রাস ক্যালসিয়ামের দ্রবণীয়তা পরিবর্তন করবে। এটি প্রবাল এবং খোলসধারী প্রাণীদের ক্যালসিয়াম-ভিত্তিক বহিঃকঙ্কাল গঠনে বাধা দেবে, যার ফলে তারা ঝুঁকির মুখে পড়বে অথবা বিলুপ্ত হয়ে যেতে পারে।

সমুদ্রে বায়োজেনিক সিলিকা-র বেশিরভাগ জৈবিক উৎপাদন ডায়াটম-এর মাধ্যমে ঘটে, যেখানে রেডিওলারিয়া-রও অবদান রয়েছে। এই অণুজীবগুলো বৃদ্ধির সময় উপরিভাগের পানি থেকে দ্রবীভূত সিলিসিক অ্যাসিড আহরণ করে এবং মৃত্যুর পর সম্পূর্ণ জলস্তম্ভে (water column) পুনঃচক্রায়নের মাধ্যমে তা ফিরিয়ে দেয়। সমুদ্রের উপরিভাগ থেকে সিলিকন মূলত নদী এবং বায়ুবাহিত ধুলোর মাধ্যমে প্রবেশ করে, আর নিচ থেকে সমুদ্রতলের পলল পুনঃচক্রায়ন, আবহবিকার এবং হাইড্রোথার্মাল কর্মকাণ্ডের মাধ্যমে সিলিকন যুক্ত হয়।



জৈব-খনিজায়ণ


"জৈবিক কার্যকলাপ হলো পৃথিবীর উপরিভাগের রাসায়নিক গঠন এবং বিবর্তন নির্ধারণকারী একটি প্রধান শক্তি। জীবন বিকশিত হওয়ার সবচেয়ে উল্লেখযোগ্য ফলাফল হলো অত্যন্ত বিজারিত (reducing) কঠিন পৃথিবীর চারপাশে একটি অক্সিজেনযুক্ত বায়ুমণ্ডল ও বারিমণ্ডলের উপস্থিতি। অন্যদিকে, জৈবিক বিবর্তন এবং বাস্তুসংস্থানের কার্যকারিতা অনেকাংশেই ভূ-ভৌতিক ও ভূতাত্ত্বিক প্রক্রিয়ার ওপর নির্ভরশীল। জীব এবং তাদের অজৈব পরিবেশের মধ্যকার মিথস্ক্রিয়া এবং এর ফলে জীবমণ্ডল ও ভূ-মণ্ডলের সম্মিলিত বিবর্তন বোঝা ভূ-জীববিজ্ঞানের (biogeology) গবেষণার একটি কেন্দ্রীয় বিষয়। বায়ো-জিও-কেমিস্টরা পরিবেশে জৈবিক ক্রিয়াকলাপের ফলে উৎপন্ন রাসায়নিক পদার্থ ও উপজাতের রূপান্তর এবং পরিবহন নিয়ে গবেষণার মাধ্যমে এই জ্ঞান অর্জনে অবদান রাখেন।"

"ক্যামব্রিয়ান বিস্ফোরণের পর থেকে জীবজগতের মাধ্যমে প্রচুর পরিমাণে খনিজায়িত দেহাংশ নিঃসৃত হয়েছে। যেহেতু ক্যালসিয়াম কার্বোনেট, সিলিকা এবং ক্যালসিয়াম ফসফেট হলো এই শক্ত অংশগুলো গঠনকারী প্রধান খনিজ উপাদান, তাই কার্বন, ক্যালসিয়াম, সিলিকন এবং ফসফরাসের বৈশ্বিক জৈব-ভূরাসায়নিক চক্রে জৈব-খনিজায়ণ গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।"

গভীর চক্র
thumb |upright=1.7|right|

গভীর চক্র বলতে ভূ-আচ্ছাদন বা ম্যান্টল-এর সাথে পদার্থের বিনিময়কে বোঝায়। গভীর পানি চক্রের মাধ্যমে ম্যান্টলের সাথে পানির বিনিময় ঘটে, যেখানে সাবডাক্টিং মহাসাগরীয় পাতের মাধ্যমে পানি নিচে চলে যায় এবং আগ্নেয়গিরির কর্মকাণ্ডের মাধ্যমে ফিরে আসে। এটি পৃথিবীর পৃষ্ঠের ওপরে ঘটা সাধারণ পানি চক্র থেকে আলাদা। কিছু পানি এমনকি নিম্ন ম্যান্টল এবং বহিঃস্থ কেন্দ্রমণ্ডলেও পৌঁছে যেতে পারে।

পানি চক্রের (যা জলচক্র নামেও পরিচিত) প্রচলিত ধারণা অনুযায়ী, পানি বায়ুমণ্ডল এবং ভূপৃষ্ঠের জলাধারগুলোর (যেমন: মহাসাগর, নদী ও হ্রদ, হিমবাহ ও মেরু বরফ স্তর, জীবমণ্ডল ও ভূগর্ভস্থ পানি) মধ্যে সঞ্চালিত হয়। তবে ভূপৃষ্ঠের এই চক্রের পাশাপাশি পানি ভূত্বক এবং ম্যান্টল পর্যন্ত পৌঁছানো ভূতাত্ত্বিক প্রক্রিয়াগুলোতেও গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। ম্যাগমা-তে পানির পরিমাণ নির্ধারণ করে আগ্নেয়গিরির অগ্নুৎপাত কতটা শক্তিশালী হবে; গরম পানি হলো হাইড্রোথার্মাল খনিজ মজুদে অর্থনৈতিকভাবে গুরুত্বপূর্ণ খনিজগুলো জমা হওয়ার প্রধান মাধ্যম; এবং পেট্রোলিয়াম গঠন ও স্থানান্তরে পানি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। পেট্রোলিয়াম হলো একটি জীবাশ্ম জ্বালানি যা প্রাচীন জীবাশ্মীভূত জৈব পদার্থ যেমন জুপ্ল্যাঙ্কটন এবং শৈবাল থেকে তৈরি হয়।

পানি কেবল মাটিতে একটি আলাদা স্তর হিসেবে থাকে না। সমুদ্রের পানি মহাসাগরীয় ভূত্বকে প্রবেশ করে এবং অলিভাইন ও পাইরক্সিন-এর মতো আগ্নেয় শিলাকে হাইড্রেটেড করে, যা সেগুলোকে সার্পেন্টাইন, ট্যাল্ক এবং ব্রুসাইট-এর মতো জলীয় খনিজে রূপান্তরিত করে। এভাবে পানি ম্যান্টলে পরিবাহিত হয়। ঊর্ধ্ব ম্যান্টলে, তাপ এবং চাপের কারণে এই খনিজগুলো পানিশূন্য (dehydrate) হয়ে পড়ে, যা ওপরের ম্যান্টল ওয়েজে প্রচুর পানি নির্গত করে। এটি শিলা গলন শুরু করে যা পরে আগ্নেয়গিরির আর্ক বা আগ্নেয় দ্বীপমালা তৈরি করে। তবে, ম্যান্টলের আরও গভীরে থাকা কিছু খনিজ অল্প পরিমাণে পানি হাইড্রক্সিল (OH−) হিসেবে জমা রাখতে পারে। যেহেতু এগুলো পৃথিবীর বিশাল অংশ দখল করে আছে, তাই তারা অন্তত বিশ্বের মহাসাগরগুলোর সমান পানি জমা রাখতে সক্ষম।


মহাসাগরের উৎপত্তি সম্পর্কে প্রচলিত ধারণা হলো, প্রারম্ভিক আর্কিয়ান যুগে ম্যান্টল থেকে গ্যাস নির্গমনের মাধ্যমে এটি পূর্ণ হয়েছিল এবং এরপর থেকে ম্যান্টল পানিশূন্যই রয়েছে। তবে, সাবডাকশন এমন হারে পানি নিচে নিয়ে যায় যা ১-২ বিলিয়ন বছরের মধ্যে মহাসাগরকে খালি করে দেওয়ার কথা। তা সত্ত্বেও, গত ৩-৪ বিলিয়ন বছরে বৈশ্বিক সমুদ্রপৃষ্ঠের উচ্চতা মাত্র কয়েকশ মিটার পরিবর্তিত হয়েছে, যা মহাসাগরের গড় গভীরতা ৪ কিলোমিটারের তুলনায় অনেক কম। সুতরাং, ম্যান্টলে পানির প্রবেশ এবং নির্গমনের হার প্রায় সমান বলে মনে করা হয়, যার ফলে ম্যান্টলের পানির পরিমাণ স্থির থাকে। ম্যান্টলে চলে যাওয়া পানি শেষ পর্যন্ত মধ্য-মহাসাগরীয় শৈলশিরা এবং হটস্পটগুলোর অগ্নুৎপাতের মাধ্যমে ভূপৃষ্ঠে ফিরে আসে।  ম্যান্টলে পানির পরিমাণের প্রাক্কলন মহাসাগরের পানির  থেকে ৪ গুণ পর্যন্ত হতে পারে।

গভীর কার্বন চক্র হলো পৃথিবীর ম্যান্টল এবং কেন্দ্রমণ্ডলের মধ্য দিয়ে কার্বন-এর চলাচল।
এটি কার্বন চক্রের অংশ এবং ভূপৃষ্ঠ ও বায়ুমণ্ডলে কার্বনের চলাচলের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে জড়িত। গভীর পৃথিবীতে কার্বন ফিরিয়ে নেওয়ার মাধ্যমে এটি জীবনের অস্তিত্বের জন্য প্রয়োজনীয় পার্থিব অবস্থা বজায় রাখতে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। এটি না থাকলে দীর্ঘ সময় ধরে বায়ুমণ্ডলে কার্বন জমা হয়ে অত্যন্ত উচ্চ ঘনত্ব তৈরি করত।

শিলা চক্র

জীবাশ্ম জ্বালানি

লক্ষ লক্ষ বছর আগে অক্সিজেনহীন পরিবেশে প্রচুর পরিমাণে মারা যাওয়া এবং তলানিতে জমা হওয়া জলজ ফাইটোপ্ল্যাঙ্কটন এবং জুপ্ল্যাঙ্কটন, অ্যানারোবিক পচনের ফলে পেট্রোলিয়াম এবং প্রাকৃতিক গ্যাস গঠন করতে শুরু করে (অন্যদিকে, স্থলজ উদ্ভিদ থেকে সাধারণত কয়লা এবং মিথেন তৈরি হয়)। ভূতাত্ত্বিক সময়ের সাথে সাথে এই জৈব পদার্থ, কাদার সাথে মিশে অজৈব পললের আরও ভারী স্তরের নিচে চাপা পড়ে যায়। এর ফলে সৃষ্ট উচ্চ তাপমাত্রা এবং চাপ জৈব পদার্থগুলোকে রাসায়নিকভাবে পরিবর্তিত করে; প্রথমে এটি 'কেরোজেন' নামক মোমজাতীয় পদার্থে পরিণত হয় যা অয়েল শেলে পাওয়া যায়, এবং পরে আরও তাপে তরল ও গ্যাসীয় হাইড্রোকার্বনে পরিণত হয় যা ক্যাটাজেনেসিস নামে পরিচিত।
এই জাতীয় জীব এবং তাদের থেকে তৈরি জীবাশ্ম জ্বালানি সাধারণত লক্ষ লক্ষ বছরের পুরনো হয়, কখনও কখনও তা ৬৫০ মিলিয়ন বছরেরও বেশি পুরনো।Paul Mann, Lisa Gahagan, and Mark B. Gordon, "Tectonic setting of the world's giant oil and gas fields", in Michel T. Halbouty (ed.) Giant Oil and Gas Fields of the Decade, 1990–1999, Tulsa, Okla.: American Association of Petroleum Geologists, p. 50, accessed 22 June 2009. দহনের ফলে নির্গত এই শক্তি মূলত সালোকসংশ্লেষণ থেকে প্রাপ্ত।

অন্যান্য চক্র
যেমন ট্রেস মিনারেল বা স্বল্পমাত্রার খনিজ, মাইক্রোনিউট্রিয়েন্ট বা অণুপুষ্টি এবং সিন্থেটিক যৌগের জন্য মানব-সৃষ্ট চক্র যেমন পল্লি-ক্লোরিনযুক্ত বাইফেনাইল (PCB)।

তথ্যসূত্র

উৎস



আরও পড়ুন


বিষয়শ্রেণী:জৈব-ভূরাসায়নিক চক্র
বিষয়শ্রেণী:ভূ-রসায়ন
বিষয়শ্রেণী:জীবভৌগোলিকি
বিষয়শ্রেণী:সামুদ্রিক অণুজীব
বিষয়শ্রেণী:সমুদ্রবিজ্ঞান