Notes-Marathi Medium-Class 9-विज्ञान आणि तंत्रज्ञान-पाठ-7-परिसंस्थेतील ऊर्जा प्रवाह-Maharashtra Board

परिसंस्था : परिसंस्था ही एखाद्या परिसरात असणारे जैविक घटक, अजैविक घटक आणि त्यांच्यात होत असणाऱ्या आंतरक्रिया यांमुळे बनते.

परिसंस्थेचे प्रकार :  दोन मुख्य परिसंस्था : जलीय परिसंस्था आणि भूपरिसंस्था. यांचे उपप्रकार : वाळवंटी परिसंस्था, जंगल परिसंस्था, सागरी परिसंस्था, गोड्या पाण्याच्या परिसंस्था इत्यादी.

परिसंस्थेतील जैविक आणि अजैविक घटकांमधील आंतरक्रिया :

• प्रत्येक सजीवाला जगण्यासाठी ठरावीक अजैविक घटकांची आवश्यकता असते.
• हवा, पाणी, माती, सूर्यप्रकाश, तापमान, आर्द्रता यांसारख्या अजैविक घटकांवर तेथे असणाऱ्या सजीवांचा प्रकार अवलंबून असतो. सजीवांची संख्या व त्यांची जगण्याची क्षमता ही अजैविक घटकांनुसार ठरवलीं जाते.
• अजैविक आणि जैविक घटकांच्या सातत्याने होणाऱ्या आंतरक्रियांमुळे, अजैविक घटक कमी-अधिक होत असतात. परिसंस्थेतील विविध जैविक घटकांचादेखील एकमेकांवर परिणाम होत असतो.

परिसंस्थेतील ऊर्जा प्रवाह (Energy flow in Ecosystem) :

परिसंस्थेतील विविध भक्षकस्तर :

(i) प्राथमिक भक्षक (शाकाहारी) : हे अन्नासाठी वनस्पती यांवर प्रत्यक्षपणे अवलंबून असतात. उदा. नाकतोडा, खार, हत्ती इत्यादी.

(ii) द्वितीयक भक्षक (मांसाहारी) : हे शाकाहारी प्राण्यांचा अन्न म्हणून वापर करतात. उदा. बेडूक, घुबड, कोल्हा .

(iii) सर्वोच्च भक्षक : शाकाहारी व मांसाहारी प्राण्यांना खातात. इतर प्राणी त्यांस खात नाहीत. उदा. वाघ, सिंह

(iv) उभयाहारी (मिश्रहारी) : हे शाकाहारी व मांसाहारी प्राण्यांचा तसेच वनस्पतीचा (उत्पादक आणि दवितीय भक्षक)  अन्न म्हणून वापर करतात. उदा. माणूस, अस्वल

अन्नसाखळी व अन्नजाळे (Food chain and Food web) :

अन्नसाखळी (Food Chain) : उत्पादक, भक्षक आणि मृतोपजीवी यांच्यातील क्रमवार आंतरक्रिया म्हणजेच अन्नसाखळी होय. प्रत्येक साखळीत अशा चार वा पाचहून अधिक कड्या असू शकतात.

अन्नजाळे (Food Web) : एखाद्या परिसंस्थेमध्ये अन्नसाखळ्या परस्परांशी जोडल्या गेलेल्या असतात. कारण एखादा सजीव इतर अनेक सजीवांचे भक्ष्य असतो. त्यामुळे अशा होणाऱ्या गुंतागुंतीच्या जोडणीमधून अन्नजाळे निर्माण होते.

ऊर्जेचा मनोरा (Energy Pyramid)

पोषण पातळी (Trophic Level) : अन्नसाखळीतील प्रत्येक पातळी म्हणजे पोषण पातळी होय. अन्न प्राप्त करण्याचा स्तर पोषण पातळी दाखवते.

ऊर्जा मनोरा : निम्नस्तरावरील उत्पादकापासून उच्च स्तरावरील भक्षकापर्यंत टप्प्याटप्प्यांनी घटत जाणाऱ्या अन्नसाखळीतील अन्नघटकांच्या व ऊर्जेच्या प्रमाणावर आधारित आकृती म्हणजेच ऊर्जा मनोरा होय.

• परिसंस्थेतील ऊर्जा विनिमय लक्षात घेऊन काढलेल्या ऊर्जेच्या आकृतिबंधाला ऊर्जेचा मनोरा असे म्हणतात. मनोऱ्यात प्रत्येक स्तरावरील ऊर्जा संक्रमण दाखविलेले असते.
• अन्न साखळीत अनेक ऊर्जा विनिमय स्तर असतात. ऊर्जा विनिमय स्तर रचनेत ऊर्जेचे हस्तांतरण होत असताना मूळ ऊर्जा कमी कमी होत जाते. तसेच सजीव संख्या सुद्धा निम्नस्तराकडून उच्चस्तराकडे कमी कमी होत जाते. त्यामुळे मनोऱ्याचा आकार निमुळता दिसतो.
• अन्नसाखळीमुळे आणि अन्नजाळ्यामुळे ऊर्जा आणि इतर प्रकारची पोषकद्रव्ये परिसंस्थेत प्रवाहित होत राहतात.

ऊर्जेचा प्रवाह ही एकेरी वाहतूक : सूर्य परिसंस्थेला ऊर्जा पुरवतो. परिसंस्थेतील उत्पादक हरत वनस्पती एकूण सौर ऊर्जेपैकी काही ऊर्जा अन्नाच्या ऊर्जेत रूपांतरित करतात. हीच ऊर्जा एका पोषण पातळीकडून दुसऱ्या पोषण पातळीकडे संक्रमित केली जाते. या हस्तांतरणात काही ऊर्जा उष्णतेच्या स्वरूपात बाहेर टाकली जाते. मात्र यातील कुठलीही ऊर्जा सूर्याकडे परत जात नाही. म्हणून ऊर्जेचा प्रवाह ही एकेरी वाहतूक मानली जाते.

जैव-भू-रासायनिक चक्र (Bio-geochemical cycle) :

परिसंस्थेत होत असणाऱ्या पोषणद्रव्यांच्या चक्रीय स्वरूपातील प्रवाहाला *जैव-भू-रासायनिक चक्र' असे म्हणतात.

• पोषकद्रव्यांचा हा चक्रीय प्रवाह सर्व सजीवांना वाढीसाठी विविध पोषकद्रव्ये पुरवतो.
• पोषकद्रव्यांचे अजैविक घटकांकडून जैविक घटकांकडे आणि जैविक घटकांकडून अजैविक घटकांकडे रूपांतरण होत असते. या आवश्यक पोषकद्रव्यांचा प्रवास शीलावरण, वातावरण, जलावरण मिळून तयार झालेले जीवावरण यांच्या माध्यमांतून अविरत चालू असतो.
• पोषकद्रव्यांचे चक्रीभवन गुंतागुंतीचे असते. ते जैविक, भूस्तरीय आणि रासायनिक पातळीवर चालू असते. परिसंस्थेतील ऊर्जांवहनाच्या पातळीवरदेखील ते. अवलंबून असते.

जैव-भू-रासायनिक चक्राचे प्रकार :

(i) वायुचक्र (Gaseous Cycle) :पृथ्वीच्या वातावरणातून ते जमिनीपर्यंत अजैविक वायुरूप पोषकद्रव्याचा प्रवास. उदा., नायट्रोजन, ऑक्सिजन, कार्बन डायऑक्साइड, बाष्प यांची चक्रे.

• वायुचक्र वेगाने घडते. हवामानातील बदल व मानवी क्रियांमुळे वायुचक्रांची गती, तीव्रता व संतुलन यांवर गंभीर परिणाम होत आहेत.

अवसादन (भू) चक्र (Sedimentary Cycle): पृथ्वीवरील मृदा, अवसाद व अवसादी खडकात मुख्य अजैविक पोषकद्रव्यांचे संचयन असते. उदा., आयर्न (लह), कॅल्शिअम, फॉस्फरस, जमिनीतील इतर घटकांचा समावेश. अवसादन चक्र जमिनीवरच्या प्रदूषणाने असंतुलित होते.

• वायुचक्र व अवसादन चक्र ही दोन्ही चक्रे एकमेकांवर अवलंबून असतात. वायुचक्र व अवसादन चक्र ही दोन्ही चक्रे एकमेकांपासून पूर्ण पणे वेगळी करता येत नाहीत.
• नायट्रोजन आणि कार्बन हे दोन्ही अजैविक घटक वायुरूपात असतात आणि खनिजाच्या स्वरूपात जमिनीवर पण आहेत.

जैव-भू-रासायनिक चक्राचे महत्त्व :

• वनस्पतींना पाणी, कार्बन डायऑक्साइड, फॉस्फरस, पोटॅशिअम, नायट्रोजन अशी पोषणद्रव्ये लागतात; तर प्राण्यांना कार्बोहायड्रेटस् , प्रोटिन्स, मेद, जीवनसत्त्वे अशी पोषणद्रव्ये आवश्यक असतात.
• उत्पादक व भ्रक्षकांच्या मृतावशेषातील मूलद्रव्ये विघटक पुन्हा मातीत मिसळतात. पोषणद्रव्यांचा हा चक्रीय प्रवाह जैव-भू-रासायनिक चक्रामुळे शक्य होतो.
• कार्बन, नायट्रोजन, फॉस्फरस यांसारख्या मूलद्रव्यांचा चक्रीय प्रवाह पृथ्वीतलावर सतत चालू असतो.
• कार्बन चक्र, ऑक्सिजन चक्र आणि नायट्रोजन चक्र ही तिन्ही महत्त्वाची जैव-भू-रासायनिक चक्रे आहेत.

कार्बन चक्र (Carbon Cycle) : वातावरणातील कार्बन डायऑक्साइडच्या स्वरूपातील कार्बन हरित वनस्पतींकडे जातो. वनस्पतींकडून अन्नाच्या स्वरूपात प्राण्यांकडे जातो. वनस्पती आणि प्राण्यांकडून परत वातावरणाकडे जातो. कार्बनच्या अशा चक्राकार भ्रमणाला कार्बन चक्र म्हणतात.

• वातावरणातील आणि जलाशयातील कार्बन डायऑक्साइड हे कार्बनचे मुख्य स्त्रोत आहेत. हरित वनस्पती प्रकाश-संश्लेषण प्रक्रियेत वातावरणातील कार्बन डायऑक्साइडच्या मदतीने कबोंदके तयार करतात. ही कर्बोदके अन्नाच्या स्वरूपात अन्नसाखळीत वनस्पतींकडून शाकाहारी प्राण्यांकडे आणि शाकाहारी प्राण्यांकडून मांसाहारी प्राण्यांकडे हस्तांतरित केली जातात. असा कार्बनचा प्रवास एका सजीवाकडून दुसऱ्या सजीवाकडे चालू असतो.
• श्वसनाच्या प्रक्रियेत वनस्पती आणि प्राणी कर्बोदकांचे ऑक्सिडीकरण करून ऊर्जा मुक्त करतात. त्याचबरोबर कार्बन डायऑक्साइड वायू वातावरणात सोडतात. किण्वन या विनॉक्सिशवसनात सूक्ष्मजीव कार्बन डायऑक्साइड तयार करतात.

• कार्बनी पदार्थाचे सूक्ष्मजीवांमार्फत विघटन होते. याही प्रक्रियेत कार्बन डायऑक्साइड वायू तयार होतो आणि तो वातावरणात मिसळतो.
• इंधनाच्या ज्वलनात देखील जैविक कार्बनी पदार्थांचे वेगाने ऑक्सिडीकरण होऊन ऊर्जा आणि कार्बन डायऑक्साइड तयार होतो.
• वातावरणातील कार्बन डायऑक्साइड स्वरूपातील कार्बन वनस्पतींमार्फत अन्नसाखळीत जातो. श्वसन, ज्वलन, किण्वन, विघटन या विविध प्रक्रियांद् वारे कार्बन डायऑक्साइडच्या स्वरूपात वातावरणात कार्बन परत केला जातो व कार्बनचे चक्राकार भ्रमण पूर्ण होते.

ऑक्सिजन चक्र (Oxygen Cycle ) :

ऑक्सिजन या वायूचा वातावरणातून सजीवांकडे आणि सजीवांकडून परत वातावरणाकडे असा चक्राकार प्रवास सतत होत असतो. ऑक्सिजनच्या या चक्राकार प्रवाहाला ऑक्सिजन चक्र म्हणतात.

• हवेत (वातावरणात) सुमारे 21% ऑक्सिजन असतो. हवेतील ऑक्सिजन थोड्या प्रमाणात पाण्यात विरघळतो.
• जमिनीवरील वनस्पती आणि प्राणी हवेतील ऑक्सिजन तसेच जलचर वनस्पती आणि प्राणी पाण्यातील ऑक्सिजन श्वसनासाठी वापरतात. श्वसनामध्ये ऑक्सिजनच्या साहाय्याने कर्बोदकांचे ऑक्सिडीकरण होते आणि ऊर्जेबरोबरच कार्बन डायऑक्साइड हा वायू (उप-उत्पादक) तयार होतो.
• कोळसा, लाकूड, पेट्रोल आणि नैसर्गिक वायू या इंधनांच्या ज्वलनाच्या वेळी हवेतील ऑक्सिजनची आवश्यकता असते. ज्वलन प्रक्रियेतही. ऊर्जेबरोबरच कार्बन डायऑक्साइड हा वायू तयार होतो.
• श्वसन आणि ज्वलन या दोन्ही प्रक्रिया वातावरणातील ऑक्सिजन वापरतात आणि कार्बन डायऑक्साइड वातावरणात सोडतात.
• हरित वनस्पती प्रकाश-संश्लेषणाच्या प्रक्रियेत वातावरणातील कार्बन डायऑक्साइड वापरून ऑक्सिजन वायू बाहेर टाकतात. ऑक्सिजन वायू वातावरणात मिसळतो व ऑक्सिजनचा चक्राकार प्रवास पूर्ण होतो. अशा रितीने ऑक्सिजन पुन:पुन्हा वापरला जातो.

नायट्रोजन चक्र (Nitrogen Cycle) :

वातावरणातील नायट्रोजनचा वातावरणाकडून जमिनीकडे, जमिनीकडून वनस्पतींकडे, वनस्पतींकडून प्राण्यांकडे आणि या सजीवांकडून पुन्हा जमिनीकडे आणि जमिनीकडून पुन्हा वातावरणाकडे असा चक्राकार प्रवास सतत चालू असतो. नायट्रोजनच्या या चक्राकार प्रवासाला नायट्रोजन चक्र म्हणतात. सर्व सजीव नायट्रोजन चक्रात भाग घेतात.

• प्रथिने आणि न्युक्लिक आम्ले यांचा नायट्रोजन हा एक महत्त्वाचा घटक आहे. हवेतील रेण्वीय स्वरूपातील नायट्रोजन वनस्पतींना घेता येत नाही. इतर अनेक मूलद्रव्यां च्या तुलनेत नायट्रोजन निष्क्रिय आहे व तो सहजासहजी इतर मूलद्रव्यां बरोबर संयोग करत नाही.
• वनस्पती जमिनीतील वेगवेगळ्या प्रकारचे नायट्रोजनचे क्षार वापरतात. म्हणजे वनस्पतींसाठी जमिनीतील क्षार स्वरूपातील नायट्रोजन हा नायट्रोजनचा मुख्य आणि एकमेव स्रोत आहे.
• शाकाहारी प्राणी आपली प्रथिनांची गरज वनस्पती खाऊन भागवतात. शाकाहारी प्राण्यांच्या शरीरात प्रथिनांचे प्रथम पचन होते. त्यातून अमिनो आम्ले तयार होतात. स्वत:ला आवश्यक असणारी प्रथिने या अमिनो आम्लांच्या पुनर्जुळणीतून तयार करतात.

नायट्रोजन चक्रातील प्रमुख प्रक्रिया (Processes in Nitrogen Cycle)

• नायट्रोजनचे स्थिरीकरण- नायट्रोजनचे रूपांतर वातावरणीय, औद्योगिक व जैविक प्रक्रियांद्वारे नायट्रेट व नायट्राइट मध्ये होणे.
• अमोनीकरण- सजीवांचे अवशेष, उत्सर्जित पदार्थ यांचे विघटन होऊन अमोनिआ मुक्त होणे.
• नायट्रीकरण- अमोनिआचे नाइट्राइट व नंतर नायट्रेटमध्ये रूपांतर होणे .
• विनायट्रीकरण- नायट्रोजनयुक्त संयुगाचे नायट्रोजन वायूत रूपांतर होणे.

नायट्रोजनचे स्थिरीकरण : नायट्रोजनचे स्थिरीकरण दोन प्रकारे होते :

(i) भौतिक प्रक्रिया :

• पावसाळ्यात चमकणाऱ्या विजांमुळे हवेतील नायट्रोजनचे ऑक्सिडीकरण घडून येते. नायट्रोजनचे रूपांतर नायट्रोजन ऑक्साइड (NO₂) मध्ये होते.
• नायट्रोजन ऑक्साइड हा वायू पावसाच्या पडणाऱ्या पाण्यात विरघळतो. त्यामुळे नायट्रस आणि नायट्रिक आम्ले तयार होतात.
• ही आम्ले जमिनीत मुरतात. त्यांची जमिनीतील इतर मूलद्रव्यांबरोबर अभिक्रिया होते आणि नायट्रोजनची संयुगे तयार होतात. या स्थिरीकरणाला नायट्रोजनचे भौतिक स्थिरीकरण म्हणतात.

(ii) जैविक प्रक्रिया :

• शिंबीवर्गीय वनस्पतींच्या मुळांवरील गाठींत रायझोबिअम प्रजातीचे सहजीवी जीवाणू राहतात. हे जीवाणू नायट्रोजनचे जैविक स्थिरीकरण करतात.
• जमिनीतील स्वतंत्र जीवन जगणारे अँझोटोबॅक्टर आणि क्लॉस्ट्रिडिअम हे जीवाणू नायट्रोजनचे जैविक स्थिरीकरण करतात.
• पाण्यात वाढणारी नॉस्टॉक आणि अँनाबिना ही नीलहरित शेवाले नायट्रोजनचे जैविक स्थिरीकरण करतात.