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Wednesday, June 16, 2021

प्राचीन क्रोमियम के साथ वायुमंडलीय ऑक्सीजन

प्राचीन क्रोमियम के साथ वायुमंडलीय ऑक्सीजन

तियांई हुआंग निस्किन बोतलों से समुद्री पानी के नमूने लेता है: केल्सी कैन

गहने, कार भागों, पिगमेंट, और औद्योगिक रासायनिक प्रतिक्रियाओं में पाया जाता है, धातु क्रोमियम और इसके यौगिकों को अक्सर उनके रंग, खत्म और विरोधी संक्षारक और उत्प्रेरक गुणों के लिए नियोजित किया जाता है। वर्तमान में, एमआईटी और वुड्स होल ओशनोग्राफिक इंस्टीट्यूशन (WHOI) के भू-विज्ञानी और जीवाश्म विज्ञानी उस सूची में एक और उपयोग जोड़ रहे हैं: प्राचीन पृथ्वी के महासागरों और वायुमंडल में रासायनिक बदलावों की जांच करने के एक तरीके के रूप में, जो कि सीफ्लोर के पेलियोकार्ड में संरक्षित है। विशेष रूप से, वे बढ़ते वायुमंडलीय ऑक्सीजन के स्तर को फिर से बनाना चाहते हैं, जो लगभग 2.4 बिलियन साल पहले शुरू हुआ था, और समुद्रों पर उनका प्रभाव था। चूँकि जीव विज्ञान और पर्यावरण का आपस में गहरा ताल्लुक है, इसलिए यह जानकारी रोशन कर सकती है कि पृथ्वी का जीवन और जलवायु कैसे विकसित हुई।


हालांकि शोधकर्ताओं ने क्रोमियम को व्यापक रूप से इस वैश्विक संक्रमण के आसपास रॉक रिकॉर्ड को समझने के लिए एक उपकरण के रूप में लागू किया है, वे अभी भी काम कर रहे हैं जो विभिन्न रासायनिक संकेतों का मतलब है। यह महासागरों के अवसादों के मूल्यांकन के लिए विशेष रूप से सच है, जो यह बता सकता है कि कहाँ और कब ऑक्सीजन घुसना शुरू हुआ और महासागरों में बन रहा था। हालांकि, पैलोसिजिस्टिस्टों में मुख्य रूप से आधुनिक, ऑक्सीजन युक्त समुद्रों में क्रोमियम मेकेनिज्म का पता लगाने और चक्र को कैसे ट्रेस किया जाता है, इसकी समझ का अभाव है, अकेले समुद्रों को – किसी भी व्याख्या के लिए आवश्यक एक प्रमुख घटक – अब तक।

में हाल ही में प्रकाशित शोध राष्ट्रीय विज्ञान अकादमी की कार्यवाही और एमआईटी-वुड्स होल ओशनोग्राफिक इंस्टीट्यूशन के संयुक्त कार्यक्रम के स्नातक छात्र तियांई हुआंग के नेतृत्व में ऑक्सीजन के लिए एक पैलोप्रोक्सी के रूप में ट्रेस धातु के वादे की जांच की। इसके लिए, टीम ने ट्रैक किया कि कैसे ऑक्सीजन-संवेदनशील क्रोमियम आइसोटोप परिचालित होते हैं और कैसे वे उष्णकटिबंधीय प्रशांत महासागर में पानी की ऑक्सीजन की कमी वाले पैच के भीतर रासायनिक रूप से ऑक्सीकृत या कम हो जाते हैं, जल्दी, अवायवीय समुद्रों के लिए एक एनालॉग। उनके निष्कर्ष भूविज्ञान टूलबॉक्स में एक विश्वसनीय उपकरण के रूप में क्रोमियम ट्रैकिंग को मान्य करने में मदद करते हैं।

“लोगों ने देखा कि क्रोमियम समस्थानिक भूवैज्ञानिक रिकॉर्ड में वायुमंडलीय ऑक्सीजन के स्तर को ट्रैक करते हैं। लेकिन, क्योंकि आप कुछ ऐसा इस्तेमाल कर रहे हैं जो वातावरण में क्या हो रहा है इसकी व्याख्या करने के लिए तलछट में दबे हुए हैं, बीच में एक लापता लिंक है।” और वह महासागर है, “हुआंग कहते हैं। इसके अलावा, “कैसे क्रोमियम चक्र भूवैज्ञानिक रिकॉर्ड की हमारी व्याख्याओं को बदल सकते हैं।”

“पृथ्वी पर ऑक्सीजन का विकास केवल एक मोटे फैशन में जाना जाता है, लेकिन यह जटिल बहुकोशिकीय जीवन के विकास और अस्तित्व के लिए महत्वपूर्ण है,” एड बॉयले कहते हैं, एमआईटी के पृथ्वी विभाग, एथेरिक एंड प्लैनेटरी साइंसेज (ईएपीएस) के महासागर भू-रसायन विज्ञान के प्रोफेसर ); एमआईटी-डब्ल्यूएचओआई संयुक्त कार्यक्रम निदेशक; और अध्ययन के सह-लेखक, सिमोन मूस पीएच.डी. तत्व निगम के ’18। “इसके अलावा, पिछले कुछ दशकों से समुद्र में ऑक्सीजन के स्तर में कमी के बारे में चिंता चल रही है, और हमें महासागर की ऑक्सीजन की गतिशीलता को बेहतर ढंग से समझने के लिए उपकरणों की आवश्यकता है।”

खाई पाटना

अरबों साल पहले, जब पृथ्वी और उसका वातावरण अनिवार्य रूप से आणविक ऑक्सीजन (O2) से रहित था, रासायनिक प्रतिक्रियाएं और जैविक चयापचय रासायनिक रूप से कम, अवायवीय वातावरण में हुआ होगा। महान ऑक्सीकरण घटना के दौरान, जो लाखों वर्षों के दौरान हुई, ऑक्सीजन का स्तर ग्रह-चौड़ा हो गया, और जीवन तदनुसार परिवर्तित हो गया। इसके अलावा, पर्यावरण बड़े पैमाने पर एक ऑक्सीकरण हो गया जो जंग और मुक्त कणों की तरह तनाव प्रक्रियाओं से जूझ रहा है।

कुछ सबूतों से पता चला है कि क्रोमियम युक्त रासायनिक प्रतिक्रियाएं इस आइसोटोप, क्रोमियम -52 और क्रोमियम -53 पर प्रभाव के माध्यम से इस प्रक्रिया को ट्रैक करती हैं, और उनके ऑक्सीकरण राज्य, मुख्य रूप से ट्रिटेंट, कम फार्म सीआर (III) और एक हेक्सावलेंट, ऑक्सीकृत एक सीआर ( VI)। बाद वाले को ऑक्सीजन युक्त, सतह के समुद्री जल में पाए जाने की अधिक संभावना है और इसे स्वास्थ्य और पर्यावरण के लिए खतरा माना जाता है। पिछले अध्ययनों से पता चला है कि ऊपरी समुद्र में हल्का एक से अधिक भारी आइसोटोप है, जो समुद्री सूक्ष्मजीवों द्वारा कुछ तरजीह करने का सुझाव देता है। समस्या, हुआंग नोट, यह है कि क्रोमियम नदियों से महासागरों में प्रवेश करने के बाद, वैज्ञानिकों को वास्तव में इन टिप्पणियों के पीछे के तंत्र और अगर रुझान अनुरूप नहीं हैं, पता नहीं है। आज की ऑक्सीजन की कमी वाले पानी में, वह कहती है, “क्रोमियम को संभावित रूप से कम किया जा सकता है, और हम उस और अन्य क्रोमियम प्रक्रियाओं के आइसोटोप संकेत को जानना चाहते हैं जो एक आइसोटोप फिंगरप्रिंट छोड़ सकता है।”

इन घटनाओं की जांच करने के लिए, हुआंग पूर्वी उष्णकटिबंधीय उत्तरी प्रशांत महासागर के ऑक्सीजन की कमी वाले क्षेत्र (ODZ) में दो अनुसंधान परिभ्रमण में शामिल हुए और समुद्र के पार से 3,500 मीटर नीचे समुद्री जल के नमूनों के ऊर्ध्वाधर प्रोफाइल एकत्र किए। इन समुद्री जल के नमूनों में से कुछ को ट्रिटेंट और हेक्सावलेंट क्रोमियम की सांद्रता के लिए विश्लेषण किया गया था। प्रयोगशाला में वापस भेजे जाने के बाद, इन नमूनों को पिघलाया गया और शुद्ध किया गया। टीम ने सीआर (III) नमूनों की आइसोटोप संरचना का विश्लेषण किया। फिर उन्होंने Cr (III) नमूनों को अम्ल में बदल दिया, ताकि वे पहले के समान आइसोटोप विश्लेषण करने से पहले Cr (III) में परिवर्तित कर सकें। शोधकर्ताओं ने ओडीजेड के भीतर किसी भी रासायनिक परिवर्तन या प्रवास के लिए सक्षम होने के लिए नमूनों में कुल क्रोमियम को मापा। एक अन्य क्रूज़ के डेटा के साथ, बॉयल, मूस और हुआंग ने औसत विभाजन की तुलना में प्रत्येक आइसोटोप के अंश की गहराई से जांच की, यह देखने के लिए कि ओडीजेड के किसी विशेष क्षेत्र में कोई संवर्धन हुआ था और कौन सा ऑक्सीकरण राज्य था यह अस्तित्व में था। उन्होंने नमूनों के ऑक्सीजन के स्तर के खिलाफ यह चार्ट किया और परिणामों को ज्ञात महासागर सुविधाओं के संदर्भ में बताया कि क्रोमियम कैसे सायकलिंग है।

क्रोमियम साइकिलिंग के लिए एक जमीनी सच्चाई

समुद्र विज्ञानियों को एक पैटर्न मिला। सतह पर, ऑक्सीजन युक्त महासागर, हेक्सावलेंट क्रोमियम का उपभोग किया गया था, सूक्ष्मजीव जीवन की संभावना है, और गहरे ओडीजेड में ले जाया गया था। 200 मीटर के निशान के आसपास, धातु समुद्री जल में जमा होने लगी, और हल्का आइसोटोप, क्रोमियम -52, अधिमानतः कम हो गया। यह गहराई नाइट्राइट उत्पन्न करने वाले रोगाणुओं को एनारोबिक के साथ मेल खाने के लिए होती है। हुआंग का कहना है कि यह इस बात का संकेत हो सकता है कि नाइट्रोजन और क्रोमियम साइकिल उलझे हुए हैं, लेकिन यह अन्य जैव या अजैविक तंत्रों को खारिज नहीं करता है, जैसे कि लोहे द्वारा कमी, जो समुद्र तलछट रिकॉर्ड को प्रभावित कर सकता है।

हालांकि, क्रोमियम यहां हमेशा के लिए नहीं रहता है। जबकि डेटा से पता चला है कि इसका अधिकांश हिस्सा ऑक्सीजन की कमी वाले क्षेत्र में बना हुआ है, जो 90 से 800 मीटर तक फैला हुआ है, लगभग 20-50 वर्षों तक, इसका एक छोटा हिस्सा डूबने वाले कणों से जुड़ा हुआ है, गहरे समुद्र में डूब गया है जहाँ अधिक घुलित ऑक्सीजन है , और बाद में हेक्सावलेंट क्रोमियम में वापस ऑक्सीकरण किया। यहां, यह तलछट के साथ शामिल करना और बातचीत करना शुरू कर सकता है।

“मुझे लगता है कि यह रोमांचक है कि हम क्रोमियम का निर्धारण कर सकते हैं [oxidation] प्रजातियों, और उस से, हम इसके आइसोटोप अंश की गणना कर सकते हैं, “हुआंग कहते हैं। इससे पहले इस तरह से किसी ने भी ऐसा नहीं किया है।”

उनके काम, हुआंग कहते हैं, विभिन्न रेडॉक्स वातावरण के एक संकेतक के रूप में क्रोमियम को मान्य करने में मदद करता है। “हम इस संकेत को देख रहे हैं और यह गायब नहीं है।” इसके अलावा, यह मौसमों के अनुरूप है। हालाँकि, टीम अभी आश्वस्त नहीं है। वे दुनिया भर के अन्य ऑक्सीजन की कमी वाले क्षेत्रों में इसका परीक्षण करने की योजना बनाते हैं ताकि यह देखा जा सके कि एक समान क्रोमियम हस्ताक्षर पॉप अप करते हैं, साथ ही साथ ट्राइकेंट क्रोमियम और समुद्र तलछट की सतह को ले जाने वाले डूबते कणों की संरचना की जांच करते हैं, ताकि वे प्राप्त कर सकें समुद्र की भागीदारी की पूरी तस्वीर।

अभी के लिए, वे निष्कर्ष निकालने के खिलाफ सलाह देते हैं, लेकिन इसकी क्षमता के बारे में आशावादी हैं। “मुझे लगता है कि लोगों को अधिक सावधानी के साथ इस प्रॉक्सी की व्याख्या करने की आवश्यकता है,” हुआंग कहते हैं। “यह शुद्ध रूप से वायुमंडलीय ऑक्सीजन नहीं हो सकता है जो माप का निर्धारण कर रहा है, लेकिन अन्य हो सकता है [biotic or abiotic] महासागर में होने वाली प्रक्रियाएँ जो उनके जीवाश्मकों को बदल सकती हैं। ”


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अधिक जानकारी:
तियांई हुआंग एट अल। पूर्वी उष्णकटिबंधीय उत्तरी प्रशांत ऑक्सीजन की कमी वाले क्षेत्र में ट्रिटेंट क्रोमियम आइसोटोप, राष्ट्रीय विज्ञान अकादमी की कार्यवाही (२०२१) है। DOI: 10.1073 / pnas.1918605118

मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी द्वारा प्रदान किया गया

यह कहानी एमआईटी न्यूज़ (web.mit.edu/newsoffice/), एक लोकप्रिय साइट जो एमआईटी अनुसंधान, नवाचार और शिक्षण के बारे में समाचार कवर करती है।

उद्धरण: महासागर क्रोमियम (2021, 6 अप्रैल) के साथ प्राचीन वायुमंडलीय ऑक्सीजन स्लूटिंग

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