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

योग्य विधान : अन्नसाखळीतील मांसाहारी प्राण्यांची पोषण पातळी ही तृतीय पोषण पातळी असते.

स्पष्टीकरण: अन्नसाखळीतील शाकाहारी प्राण्यांची पोषण पातळी ही द्वितीय पोषण पातळी असते. प्रथम पोषण पातळी ही स्वयंपोषी उत्पादक वनस्पतींची असते. शाकाहारी प्राणी त्यांच्यापासून पोषणद्रव्ये घेतात. या प्राण्यांना मांसाहारी प्राणी खातात, त्यामुळे या

मांसाहारी प्राण्यांची तृतीय पोषण पातळी असते.

योग्य विधान: परिसंस्थेतील पोषणद्रव्यांचा प्रवाह हा चक्रीय गणला जातो.

स्पष्टीकरण: परिसंस्थेतील ऊर्जेचा प्रवाह हा एकेरी असला तरी पोषकद्रव्यांचा प्रवाह मात्र चक्रीय असतो.

• सर्व सजीवांना वाढीसाठी विविध पोषक द्रव्यांची आवश्यकता असते. सजीवांच्या वाढीस आवश्यक असणाऱ्या पोषकद्रव्यांचे अजैविक घटकांकडून जैविक घटकांकडे आणि जैविक घटकांकडून अजैविक घटकांकडे रूपांतरण होत असते.
• शीलावरण, वातावरण, जलावरण मिळून तयार झालेले जीवावरण यांच्या माध्यमांतून हे चक्र अविरत चालू असते. त्यामुळे परिसंस्थेतील पोषणद्रव्यांचा प्रवाह हा चक्रीय गणला जातो.

योग्य विधान : परिसंस्थेतील वनस्पती प्राथमिक भक्षक नसतात.

स्पष्टीकरण:  सूर्याच्या ऊर्जेच्या साहाय्याने प्रकाश-संश्लेषण करणाऱ्या या वनस्पती स्वयंपोषी उत्पादक असतात. शाकाहारी प्राणी मात्र प्राथमिक भक्षक असतात.

ऊर्जेचा महत्त्वाचा स्रोत सूर्य असतो. सर्वच परिसंस्थांसाठी उत्पादक हरित वनस्पती सौर ऊर्जा काही प्रमाणात अन्नाच्या स्वरूपात साठवून ठेवतात. ही ऊर्जा एका पोषण पातळीकडून दुसऱ्या पोषण पातळीकडे संक्रमित केली जाते. विघटकांकडून यातील काही ऊर्जा उष्णतेच्या स्वरूपात बाहेर टाकली जाते. मात्र यातील कुठलीही ऊर्जा सूर्याकडे उलट्या दिशेने परत जात नाही. म्हणून परिसंस्थेतील ऊर्जेचा प्रवाह एकेरी असतो.

• निसर्गातील विविध जैव-भू-रासायनिक चक्रे अव्याहतपणे संतुलित स्वरूपात चालू असतात. यामुळे सेंद्रिय पदार्थापासून असेंद्रिय घटक पुन्हा निसर्गात परत येतात. मातीतले जीवाणू आणि इतर विघटक या चक्रात महत्त्वाची भूमिका पार पाडत असतात.
• जीवावरणातील सर्व घटकांच्या चक्रामध्ये संतुलन असेल तरच जैव-भू-रासायनिक प्रक्रियांमध्ये संतुलन राखले जाते. मानवी क्रिया आणि हवामानातील बदल यांमुळे वेगवेगळ्या चक्रांची गती, तीव्रता व संतुलन यांवर गंभीर परिणाम होतात.
• सजीवांच्या जीवनासाठी आणि अनुकूल राहण्यासाठी, तसेच पर्यावरणाच्या स्थिरीकरणासाठी विविध जैव-भू-रासायनिक प्रक्रियांमध्ये संतुलन असणे महत्वाचे आहे.

सर्व सजीवांना वाढीसाठी विविध पोषक द्रव्यांची आवश्यकता असते. सजीवांच्या वाढीस आवश्यक असणाऱ्या पोषकद्रव्यांचे अजैविक घटकांकडून जैविक घटकांकडे आणि जैविक घटकांकडून अजैविक घटकांकडे रूपांतरण होत असते. अन्नसाखळीचे उदाहरण देऊन पोषकद्रव्यांचा चक्रीय प्रवाह स्पष्ट करता येईल.

• उत्पादक विविध पोषणद्रव्ये मातीतून मिळवून प्रकाश-संश्लेषण करून अन्न निर्माण करतात. या प्रक्रियेत ते असेंद्रिय पदार्थांचे सेंद्रिय कार्बनी पदार्थांत रूपांतर करतात. भक्षक हे अन्न खातात.
• भक्षकांच्या विविध पोषण पातळींतून अन्नरूप ऊर्जा संक्रमित केली जाते. ज्या वेळी उत्पादक किंवा भक्षक मृत पावतात, तेव्हा त्यांच्या शरीरातील कार्बनी सेंद्रिय पदार्थ पुन्हा विघटक सजीवांकडून मातीत मिसळले जातात.
• तसेच प्राण्यांच्या मल-मूत्र इत्यादींचे देखील विघटन करून त्यातून पोषद्रव्ये निर्माण करण्याचे कार्य विघटक करतात. अशा रितीने पोषणद्रव्यांचा परिसंस्थेतील प्रवाह चक्रीय स्वरूपाचा असतो.

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 स्रोत आहेत. हरित वनस्पती प्रकाश-संश्लेषण प्रक्रियेत वातावरणातील कार्बन डायऑक्साइडच्या मदतीने कर्बोदके तयार करतात. ही कर्बोदके अन्नाच्या स्वरूपात अन्नसाखळीत वनस्पतींकडून शाकाहारी प्राण्यांकडे आणि शाकाहारी प्राण्यांकडून मांसाहारी प्राण्यांकडे स्तांतरित केली जातात. असा कार्बनचा प्रवास एका सजीवाकडून सऱ्या सजीवाकडे चालू असतो.
• श्वसनाच्या प्रक्रियेत वनस्पती आणि प्राणी कर्बोदकांचे ऑक्सिडीकरण करून ऊर्जा मुक्त करतात. त्याचबरोबर कार्बन डायऑक्साइड वायू वातावरणात सोडतात.

• किण्वन या विनॉक्सिश्वसनात 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 प्रक्रियांद्वारे कार्बन डायऑक्साइडच्या स्वरूपात वातावरणात कार्बन परत केला जातो व कार्बनचे चक्राकार भ्रमण पूर्ण होते.

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.

नायट्रोजन चक्रातील महत्वाच्या प्रक्रिया:

• नायट्रोजनचा स्त्रोत: हवेतील रेण्वीय स्वरूपातील नायट्रोजन वनस्पतींना घेता येत नाही. वनस्पती जमिनीतील वेगवेगळ्या प्रकारचे नायट्रोजनचे क्षार वापरतात. म्हणजे वनस्पतींसाठी जमिनीतील क्षार स्वरूपातील नायट्रोजन हा नायट्रोजनचा मुख्य आणि एकमेव स्त्रोत आहे.
• नायट्रोजनचे स्थिरीकरण: हवेतील रेण्वीय नायट्रोजनचे त्यांच्या क्षारांच्या स्वरूपात रूपांतर होण्याच्या क्रियेला नायट्रोजनचे स्थिरीकरण म्हणतात. 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.

ऑक्सिजन या वायूचा वातावरणातून सजीवांकडे आणि सजीवांकडून परत वातावरणाकडे असा चक्राकार प्रवाह सतत चालू 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 पुनःपुन्हा वापरला जातो.

ऑक्सिजन अतिशय क्रियाशील असून इतर अनेक मूलद्रव्यांशी व संयुगांशी त्याचा संयोग होतो. रेण्वीय ऑक्सिजन (O₂), पाणी (H₂O), कार्बन डायऑक्साईड (CO₂) व असेंद्रिय संयुगे अशा स्वरूपात ऑक्सिजन असल्याने जीवावरणातील ऑक्सिजन चक्र गुंतागुंतीचे असते.

विविध जैव-भू-रासायनिक चक्रांचा समतोल राखण्यासाठी खालील प्रयत्न केले जाऊ शकतात:

• वृक्षारोपण आणि वनसंवर्धन: वृक्षतोड कमी करून आणि अधिक वृक्षारोपण करून कार्बन डायऑक्साइडचे शोषण वाढवता येते, ज्यामुळे कार्बन चक्र संतुलित राहते.
• घातक रसायनांचा वापर कमी करणे: पाण्यात आणि जमिनीत घातक रसायनांचा विसर्ग टाळल्यास नायट्रोजन आणि फॉस्फरस चक्रांचे संतुलन राखता येते.
• वायू प्रदूषण कमी करणे: खाजगी वाहनांचा वापर कमी करून आणि सार्वजनिक वाहतूक साधनांचा वापर वाढवून वायू प्रदूषण कमी करता येते, ज्यामुळे ऑक्सिजन आणि कार्बन डायऑक्साइडचे संतुलन राखता येते.
• पुनर्वापर आणि पुनर्वापर: कचऱ्याचे पुनर्वापर आणि पुनर्वापर करून संसाधनांचा वापर कमी करता येतो, ज्यामुळे विविध चक्रांचे संतुलन राखता येते.
• जैविक शेती: रासायनिक खतांचा वापर कमी करून जैविक शेतीला प्रोत्साहन दिल्यास नायट्रोजन आणि फॉस्फरस चक्रांचे संतुलन राखता येते.

हे प्रयत्न केल्यास जैव-भू-रासायनिक चक्रांचे संतुलन राखण्यास मदत होईल.

• प्रत्येक परिसंस्थेतील उत्पादक, भक्षक आणि मृतोपजीवी यांच्यामध्ये कायमच आंतरक्रिया सुरू असतात. या आंतरक्रियेच्या क्रमाला अन्नसाखळी म्हणतात. प्रत्येक साखळीत उत्पादक, प्राथमिक भक्षक, द्वितीय भक्षक, तृतीय भक्षक अशा चार वा पाचहून अधिक कड्या असतात. अधिक अन्नसाखळ्या परस्परांशी जोडल्या गेल्या की त्याचे अन्नजाळे तयार होते.
• उदा., किडे (प्राथमिक भक्षक), गवत (उत्पादक) कुरतडतात. बेडूक (द्वितीय भक्षक) किडे खातो. साप (तृतीय भक्षक) बेडकाला खातो. ही सरळ अन्नसाखळी आहे. चिमणी किडे देखील खाते. चिमणीला घुबड मारतो. घुबड सापही मारून खातो.
• सर्वोच्च भक्षक ससाणा किंवा घार चिमणीला, बेडकाला, सापाला कोणालाही अन्नासाठी मारते. अशा रितीने छोट्या अन्नसाखळ्या एकमेकांशी जोडल्या जाऊन अन्नजाळे तयार होते.

जैव-भू-रासायनिक चक्र : जैव म्हणजेच सजीव आणि भू म्हणजे जमीन. जैव-भू-रासायनिक चक्र म्हणजेच पोषणद्रव्यांचा सजीवांकडून माती, पाणी, हवा अशा ठिकाणी होणारा व नेथून पुन्दा सजीवांकडे येणारा चक्रीय प्रवाह.

जैव-भू-रासायनिक चक्रांचे प्रकार:

जैव-भू-रासायनिक चक्रांचे दोन प्रमुख प्रकार आहेतः

• वायुचक्र: या प्रकारच्या जैव-भू-रासायनिक चक्रात, मुख्य अजैविक वायुरूप पोषकद्रव्यांचे संचयन पृथ्वीच्या वातावरणात आढळते. कार्बन, ऑक्सिजन, नायट्रोजन यांची चक्रे, बाष्प ही वायुचक्राची काही उदाहरणे आहेत.
• अवसादन (भू) चक्र: अवसादन चक्रात, मुख्य अजैविक पोषकद्रव्यांचे संचयन हे पृथ्वीवरील मृदा, अवसाद आणि अवसादी खडकांत आढळते. यामध्ये आयर्न (लोह), कॅल्शिअम, फॉस्फरस व जमिनीतील इतर घटक आढळतात.

जैव-भू-रासायनिक चक्राचे महत्त्व:

• वनस्पतींना पाणी, CO₂, फॉस्फरस, पोटॅशियम, नायट्रोजन इत्यादी पोषक तत्वांची आवश्यकता असते, तर प्राण्यांना कर्बोदके, प्रथिने मेद इत्यादी आवश्यक असतात.
• मृत्यूनंतर, उत्पादक आणि भक्षक मातीत मिसळणारे पदार्थ विघटित करतात आणि उत्सर्जित करतात.
• पोषकद्रव्यांच्या एका प्रकारापासून दुसऱ्या प्रकारात रूपांतरित होण्याच्या जैव-भू-रासायनिक चक्रामध्ये महत्त्वाची भूमिका आहे. हे रूपांतरण अत्यंत महत्त्वाचे आहे, कारण त्यामुळे सजीवांना पोषकद्रव्ये त्याच्या आवश्यकतेनुसार प्राप्त होतात.
• जैव-भू-रासायनिक चक्रांमुळे सर्व सजीवांना त्यांच्या वाढीसाठी आवश्यक पोषकद्रव्यांचा पुरवठा होत राहतो.

परिसंस्थेतील हरित वनस्पती एकूण सौर ऊर्जेपैकी काही ऊर्जा अन्नाच्या स्वरूपात साठवून ठेवतात. 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. विघटकांकडून यातील काही ऊर्जा उष्णतेच्या स्वरूपात बाहेर टाकली जाते. मात्र यातील कुठलीही ऊर्जा सूर्याकडे परत जात नाही म्हणून ऊर्जेचा प्रवाह ही एकेरी वाहतूक मानली जाते. म्हणून, ऊर्जा मनोरेच्या पायथ्याशी सर्वात मोठी असते आणि शिखरावर कमीतकमी असते.

उदाहरणार्थ, मनोरेच्या शिखरावर असलेल्या मानवांमध्ये 10 kcal ऊर्जा असते, तर मनोरेच्या पायथ्याशी असलेल्या वनस्पती (प्लवक) मध्ये 10,000 kcal ऊर्जा असते.