5.1 নাইট্রোজেন চক্র (Nitrogen cycle) ⚛️
5.1 নাইট্রোজেন চক্র (Nitrogen cycle) ⚛️ - WBBSE - Class 10 - বিজ্ঞান
5 পরিবেশ, তার সম্পদ এবং তাদের সংরক্ষণ
Environment, Its Resources and Their Conservation 🌍
আমাদের আশেপাশের সজীব এবং জড় উপাদান দিয়ে তৈরি হয় পরিবেশ। মানুষ নিজের সুবিধার জন্য প্রাচীনকাল থেকেই পরিবেশের বন, জল, মাটি প্রভৃতি সম্পদ অতিমাত্রায় ব্যবহার করে এসেছে। মানুষের জীবনযাত্রার দ্রুত উন্নতি ঘটলেও বাসযোগ্য পরিবেশ ক্রমশ বিনষ্ট হচ্ছে। বর্তমানে মানবসভ্যতা দূরত্বের কারণে ধ্বংসের মুখোমুখি। পৃথিবীতে জীবের অস্তিত্ব বজায় রাখতে ও প্রাকৃতিক ভারসাম্য রক্ষা করতে প্রাকৃতিক সম্পদের সুস্হায়ী ব্যবহার, প্রয়োজনে পুনর্স্হাপন ও সংরক্ষণ একান্ত প্রয়োজন।
5.1 নাইট্রোজেন চক্র (Nitrogen cycle) ⚛️
পৃথিবীর সকল জীব পরিবেশের কতকগুলি মৌলকে পুষ্টি উপাদানরূপে গ্রহণ করে। জীবের রেচন বা বর্জ্যরূপে পদার্থ ও জীবের মৃত্যুর পরে ওই উপাদানগুলি আবার পরিবেশে ফিরে আসে। মৌলগুলির এরকম চক্রাকার আবর্তনকে পরিপোষক চক্র বা জৈব-ভূরাসায়নিক চক্র বলে। এখানে পাঠ্যসূচির অন্তর্ভুক্ত নাইট্রোজেনের পরিপোষক চক্র সম্বন্ধে আলোচনা করা হল। জীবের দেহকোষ গঠনের জন্য নাইট্রোজেন একান্ত প্রয়োজন। বাতাসে গ্যাসীয় পরিমাপ হল প্রায় 78.09%। এ ছাড়াও মাটির মধ্যে নাইট্রেট, নাইট্রাইট এবং অন্য যৌগ হিসেবে নাইট্রোজেন আবদ্ধ থাকে।
💡 জান-বোঝা-বিকাশ কর্নফ্লাওয়ারী, সূর্যশিশির প্রভৃতি পতঙ্গভূক মাংসাশী উদ্ভিদেরা যেখানে বেড়ে ওঠে, সেখানে মাটিতে নাইট্রোজেনের ঘাটতি থাকায়, নাইট্রোজেনের চাহিদা মেটানোর জন্য এরা পতঙ্গ গ্রহণ করে।
📌 নাইট্রোজেন চক্র: যে গ্যাসীয় জৈব-ভূরাসায়নিক চক্রের মাধ্যমে পরিবেশ থেকে নাইট্রোজেন জীবদেহে প্রবেশ করে ও দেহ থেকে আবার পরিবেশে ফিরে এসে পরিবেশে নাইট্রোজেনের সাম্য বজায় রাখে, তাকে নাইট্রোজেন চক্র বলে।
5.1.1 নাইট্রোজেন চক্রের পর্যায় বা ধাপসমূহ (Steps of nitrogen cycle) ♻️
নাইট্রোজেন চক্র যেসব পর্যায়ে সম্পন্ন হয়, সেগুলি হল—নাইট্রোজেন স্হিতিকরণ বা আবদ্ধকরণ, মাটির নাইট্রোজেন জীবদেহে প্রবেশ, জীবদেহ থেকে নাইট্রোজেনের মাটিতে পুনর্প্রবেশ এবং নাইট্রোজেনের মুক্তি।
- নাইট্রোজেন স্হিতিকরণ বা আবদ্ধকরণ (Nitrogen fixation): বায়ুমন্ডলের নাইট্রোজেন কয়েকটি পদ্ধতিতেই মাটিতে নাইট্রোজেনঘটিত যৌগরূপে আবদ্ধ হয়। এই পদ্ধতিগুলিকে একত্রে নাইট্রোজেন আবদ্ধকরণ বা স্হিতিকরণ বা সংবন্ধন বলে। নাইট্রোজেন আবদ্ধকরণ প্রধানত তিনটি পদ্ধতিতে ঘটে। এগুলি সম্পর্কে নীচে আলোচনা করা হল।
- [a] প্রাকৃতিক আবদ্ধকরণ: বজ্রপাত ও অণুপ্রপাতের সময় বায়ুমন্ডলের মুক্ত নাইট্রোজেন, অক্সিজেনের সঙ্গে বিক্রিয়া করে নাইট্রিক অক্সাইড (NO) উৎপন্ন করে। এই নাইট্রিক অক্সাইড অক্সিজেনের দ্বারা জারিত হয়ে নাইট্রোজেন ডাইঅক্সাইড (NO₂) -এ রূপান্তরিত হয়। বৃষ্টির জলে NO₂ দ্রবীভূত হয়ে নাইট্রাস অ্যাসিড (HNO₂) ও নাইট্রিক অ্যাসিড (HNO₃) সৃষ্টি হয় ও তা মাটিতে নেমে আসে। এই দুই অ্যাসিড মাটিতে উপস্হিত বিভিন্ন খনিজ লবণের
পরিপোষ, তার সম্পদ এবং তাদের সংরক্ষণ 💡 (পৃষ্ঠা ১১৩)
(পটাসিয়াম, ক্যালসিয়াম ঘটিত লবণ প্রভৃতি) সঙ্গে বিক্রিয়া করে নাইট্রেইট ও নাইট্রাইট যৌগে (পটাসিয়াম নাইট্রেইট, ক্যালসিয়াম নাইট্রেইট প্রভৃতি) পরিণত হয়।
N₂ + O₂ → 2NO
2NO + O₂ → 2NO₂
2NO₂ + H₂O → HNO₂ + HNO₃
[b] জীবজ আবদ্ধকরণ: 🦠
(i) স্বাধীনজীবী অণুজীব দ্বারা: Clostridium sp., Azotobacter sp. প্রভৃতি স্বাধীনজীবী ব্যাকটেরিয়া এবং Nostoc sp., Anabaena sp. প্রভৃতি সায়ানোব্যাকটেরিয়া (নীলাভ-সবুজ শৈবাল) বায়ুমণ্ডলের নাইট্রোজেনকে আবদ্ধ করে নাইট্রোজেনযুক্ত যৌগ গঠন করে। এদের মৃত্যুর পরে নাইট্রোজেনযুক্ত যৌগগুলি মাটিতে মিশে যায়।
(ii) মিথোজীবী অণুজীব দ্বারা: মশুর, ছোলা, মটর, শিম প্রভৃতি শিষ্যগোত্রীয় উদ্ভিদের মূলের অর্বুদ (nodule)-এ Rhizobium sp. নামক মিথোজীবী ব্যাকটেরিয়া বসবাস করে। এই ব্যাকটেরিয়া নাইট্রোজিনেজ নামক উৎসেচকের সাহায্যে বায়ুমণ্ডল থেকে সরাসরি নাইট্রোজেন শোষণ করে তার কিছুটা আশ্রয়দাতা উদ্ভিদকে সরবরাহ করে ও বাকি নিজেদের সংগ্রহ করে রাখে। উল্লেখ্য যে, এইসব উদ্ভিদের মূলে ব্যাকটেরিয়ার উপস্থিতিতে লেগহিমোগ্লোবিন নামক রক্তকণিকা তৈরি হয় যা Rhizobium sp.-কে শ্বসনে সাহায্য করে, আবার নাইট্রোজিনেজ উৎসেচকের ক্রিয়ার জন্য অক্সিজেনবিহীন পরিবেশ তৈরি করে। উদ্ভিদের ও সেই ব্যাকটেরিয়ার মৃত্যুর পরে এই নাইট্রোজেনীয় যৌগ মাটিতে মিশে যায়। Azolla sp. নামক জলজ ফার্নের পত্রপ্রান্তরে এবং Cycas sp. নামক ব্যাকটরীজী উদ্ভিদের মূলে বসবাসকারী Anabaena sp. নামক নীলাভ-সবুজ শৈবালও N₂ সংবন্ধন করে। প্রসঙ্গত, Anabaena sp. মুক্তভাবেও N₂ আবদ্ধ করতে পারে।
📌 শিমগোত্রীয় উদ্ভিদের মূলে অর্বুদের অবস্থান - এটি একটি চিত্র।
[c] শিল্পজাত আবদ্ধকরণ: 🏭
কলকারখানায় বিভিন্ন ধরনের নাইট্রোজেন-সমৃদ্ধ সার তৈরি হয়। যেমন—হ্যাবার বস পদ্ধতিতে 300-400° C তাপমাত্রায় এবং 35-100 MPa* চাপে N₂ ও H₂ যুক্ত হয়ে NH₃ উৎপন্ন হয়। NH₃ ও অন্যান্য N₂-যুক্ত সার প্রয়োগের ফলে মাটিতে নাইট্রোজেনের সংবন্ধন ঘটে।
`N₂ + 3H₂
1. জীবদেহ থেকে নাইট্রোজেনের মাটিতে পুনঃপ্রবেশ: ♻️ জীবদেহ থেকে মাটিতে নাইট্রোজেনের পুনঃপ্রবেশ ঘটে দুটি পদ্ধতির মাধ্যমে। পদ্ধতি দুটি সংক্ষেপে নিচে উল্লেখ করা হল।
#### [a] অ্যামোনিফিকেশন (Ammonification): 🍂
উদ্ভিদ ও প্রাণীর মৃতদেহ অথবা প্রাণীর নাইট্রোজেনযুক্ত রেচন পদার্থগুলি কতগুলি ব্যাকটেরিয়া এবং ছত্রাকের সাহায্যে যে প্রক্রিয়ায় অ্যামোনিয়ায় পরিণত হয়, তাকে **অ্যামোনিফিকেশন** বা **মিনার্যালাইজেশন** বলে। এই পদ্ধতিতে অংশগ্রহণকারী ব্যাকটেরিয়াগুলিকে **অ্যামোনিফাইং ব্যাকটেরিয়া** বলে। যেমন—_Bacillus mycoides_, _Bacillus ramosus_।
#### [b] নাইট্রিফিকেশন (Nitrification): 🧪
মাটিতে উপস্থিত অ্যামোনিয়া বিভিন্ন ব্যাকটেরিয়ার সাহায্যে নাইট্রাইট ও নাইট্রেটে রূপান্তরিত হয় যে প্রক্রিয়ায়, তাকে **নাইট্রিফিকেশন** বলে। নাইট্রিফিকেশনে অংশগ্রহণকারী ব্যাকটেরিয়াগুলিকে
- MPa - মেগাপাস্কাল (Megapascal), চাপের মেট্রিক (SI) একক
নাইট্রিফাইং ব্যাকটেরিয়া বলে। এই প্রক্রিয়ায় প্রথমে অ্যামোনিয়া বা অ্যামোনিয়াম লবণগুলি মাটিতে Nitrosomonas sp. নামক ব্যাকটেরিয়ার ক্রিয়ায় নাইট্রাইট যৌগে পরিণত হয়। তারপর মাটিতে বসবাসকারী Nitrobacter sp. নামক ব্যাকটেরিয়া নাইট্রাইট যৌগকে নাইট্রেটে পরিণত করে।
2NH₄⁺ + 3O₂ → 4NO₂⁻ + 2H⁺ + 2H₂O
2NO₂⁻ + O₂ → 2NO₃⁻
4. নাইট্রোজেন মুক্তি বা ডিনাইট্রিফিকেশন: 🌿
যে প্রক্রিয়ায় মাটির নাইট্রাইট বা নাইট্রোজেনযুক্ত যৌগ থেকে ব্যাকটেরিয়ার ক্রিয়ায় N₂ গ্যাস উৎপন্ন হয় পুনরায় বায়ুমণ্ডলে ফিরে যায় তাকে ডিনাইট্রিফিকেশন বা নাইট্রোজেন মুক্তি বা নাইট্রোজেন মোচন বলে। এই পদ্ধতিতে অংশগ্রহণকারী ব্যাকটেরিয়াগুলিকে ডিনাইট্রিফাইং ব্যাকটেরিয়া বলে। যেমন– Pseudomonas denitrificans ও Thiobacillus denitrificans।
NO₃⁻ → NO₂⁻ → NO + N₂O → N₂↑
নাইট্রোজেন চক্রের গুরুত্ব: 💡
- নাইট্রোজেন চক্রের ফলে প্রকৃতিতে নাইট্রোজেনের ভারসাম্য বজায় থাকে।
- জীবদেহের কোষ, কলা, অঙ্গ প্রভৃতি গঠনের জন্য প্রোটিনের প্রয়োজন। প্রোটিনের মূল গঠনগত উপাদান নাইট্রোজেন যা নাইট্রোজেন চক্রের মাধ্যমেই জীবদেহে পরিবাহিত হয়ে থাকে।
(Visual representation of the Nitrogen Cycle showing atmospheric nitrogen (78.09%), various forms of nitrogen compounds in soil, and their transformations through biological processes like fixation, nitrification, ammonification, and denitrification.)
5.1.2 🌍 মানুষের ক্রিয়াকলাপ ও নাইট্রোজেন চক্র (Human activity and nitrogen cycle)
মানুষের নানা ধরনের ক্রিয়াকলাপ পরিবেশে নাইট্রোজেন চক্রকে প্রভাবিত করে।
1. নাইট্রোজেন চক্রের প্রভাবক মানুষের কার্যকলাপ: 🧑🏭
মানুষ যেভাবে নাইট্রোজেন চক্রকে প্রভাবিত করে তা হল—
- (i) নাইট্রোজেন চক্রে N₂-এর অন্যতম প্রধান উৎস হল নাইট্রোজেনযুক্ত সার। নাইট্রোজেন সারের মাধ্যমে N₂ সংরক্ষণের কাজ করা থাকে। শিশুগোত্রীয় উদ্ভিদ চাষের দ্বারা বাৎসরিক প্রায় 80 Tg (টেরাগ্রাম) N₂ এর সংরক্ষণ হয়।
- (ii) সয়াবিন, মটর, মসুর, শিম, আলফালফা প্রভৃতি শিশুগোত্রীয় উদ্ভিদগুলি মাটিতে বাৎসরিক প্রায় 40 Tg N₂ সংরক্ষণ করে থাকে।
- (iii) কয়লা, তেল প্রভৃতি জীবাশ্ম-জ্বালানির দহনে নাইট্রিক অক্সাইড গ্যাস উৎপন্ন হয়। ফলে জ্বালানিতে বহু বছরের (মিলিয়ন বছর) সঞ্চিত নাইট্রোজেন বায়ুমণ্ডলে মুক্ত হয়।
- (iv) এ ছাড়া অটোমোবাইল কারখানা, তাপবিদ্যুৎ উৎপাদন কেন্দ্রে জীবাশ্ম-জ্বালানির দহনে বছরে প্রায় 20 Tg N₂ পরিবেশে মুক্ত হয়।
2. পরিবেশের ক্ষতিকর প্রভাব: ⚠️
অতিরিক্ত নাইট্রোজেনের প্রভাবে পরিবেশের নিম্নলিখিত পরিবর্তনগুলি ঘটে থাকে:
- [a] নাইট্রাস অক্সাইড (N₂O)-এর ঘনত্ব বৃদ্ধি: পরিবেশের N₂O বৃদ্ধির 40% হল মনুষ্যসৃষ্ট। মূলত জীবাশ্ম-জ্বালানির দহন ও নাইট্রোজেন সার এর প্রধান উৎস। এটি একটি তাপগ্রাহী গ্রিনহাউস গ্যাস, যা বায়ুর উষ্ণতা বৃদ্ধি করে বিশ্ব উষ্ণায়ন ঘটায়। এ ছাড়াও এই গ্যাস বায়ুমণ্ডলের ওজোন স্তরকে ধ্বংস করে।
- [b] নাইট্রিক অক্সাইডের (NO) ঘনত্ব বৃদ্ধি: পরিবেশের...
📌 গুরুত্বপূর্ণ তথ্য:
- 1 টেরাগ্ৰাম (Tg) = 1 মিলিয়ন মেট্রিক টন বা 1 ট্রিলিয়ন গ্রাম
পরিবেশ, তার সম্পদ এবং তাদের সংরক্ষণ 🌳
NO বৃদ্ধির ৮০% হল মনুষ্যসৃষ্ট। এই গ্যাসটি অক্সিজেন ও গাড়ি থেকে নির্গত হাইড্রোকার্বনের সঙ্গে বিক্রিয়া করে আলোক-রাসায়নিক ধোঁয়াশা (photochemical smog) তৈরি করে যা প্রাণীর শ্বাসতন্ত্রের ক্ষতি করে। পেরক্সিঅ্যাসাইল নাইট্রেট (PAN) নামক যৌগিক পদার্থ থাকে। [c] অঙ্গীকরণ: NO, অন্যান্য নাইট্রোজেনযুক্ত অক্সাইড ও SO₂ মিলে অ্যাসিড বৃষ্টি ঘটায়। অ্যাসিড বৃষ্টি বিভিন্ন অঞ্চলে জলের অঙ্গীকরণ ঘটায় ও বাস্তুতন্ত্রের ক্ষতিসাধন করে।
CONTENT MANAGER