'विकास के लिए एक चुनौती और एक अवसर': पृथ्वी की सबसे अम्लीय और क्षारीय झीलों में पनप रहा चरम, छिपा हुआ जीवन
इंडोनेशिया में समुद्र तल से 7,700 फीट (2,350 मीटर) ऊपर एक ज्वालामुखीय क्रेटर पृथ्वी की सबसे बड़ी अम्लीय झील का घर है, जिसमें बैटरी एसिड जैसा पानी होता है। इस अंश में “समुद्र से परे: झीलों, जलधाराओं और आर्द्रभूमियों में छिपा जीवन(जॉन्स हॉपकिन्स यूनिवर्सिटी प्रेस, 2024), लेखक डेविड स्ट्रायर हमारे ग्रह की कुछ प्राकृतिक झीलों के चरम रसायन विज्ञान और उनमें मौजूद जीवन की जाँच करता है।
मैं ऐसे लोगों को जानता हूं जो वास्तव में जल रसायन को पसंद करते हैं। वे पूरा दिन रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं और द्रव्यमान संतुलन और वैलेंस और घुलनशीलता सूचकांकों और सर्पिलिंग मेट्रिक्स के बारे में सोचने में बिताते हैं, और जब कार्यदिवस समाप्त हो जाता है, तो वे अपने दोस्तों के साथ बीयर के लिए बाहर जाते हैं और रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं और सर्पिलिंग मेट्रिक्स के बारे में बात करते हैं। (मेरे अनुभव में, जल रसायन विज्ञान के प्रति उत्साही अक्सर बियर पारखी भी होते हैं, जो एक अजीब तरीके से समझ में आता है यदि आप एक गिलास बियर को एक विशेष प्रकार के जलीय घोल के रूप में सोचते हैं।)
ये वे लोग हैं जिनसे जब उनके पसंदीदा रासायनिक तत्व का नाम पूछा जाता है तो वे कहते हैं, “ऊह, ऊह, क्या मैं तीन ले सकता हूँ?” और फिर पांच का नाम बताएं. मैं अनुमान लगा रहा हूं कि आप उन लोगों में से नहीं हैं।
इसलिए अंतर्देशीय जल की रासायनिक सामग्री में भारी भिन्नता के बारे में, तत्व दर थकाऊ तत्व में जाने के बजाय, मैं बस संक्षेप में बात करने जा रहा हूं कि अंतर्देशीय जल में पीएच कितना भिन्न होता है, मान लीजिए कि मेरी बात कहने के लिए यह पर्याप्त है अंतर्देशीय जल की रासायनिक विविधता के बारे में, और उन विषयों पर आगे बढ़ें जो आपको जल रसायन विज्ञान से बेहतर लगते हैं।
आपको हाई स्कूल रसायन विज्ञान से याद होगा कि पीएच एक माप है कि कोई पदार्थ अम्लीय है या क्षारीय (या “क्षारीय”)। जो सामग्रियां तटस्थ हैं (न तो अम्लीय और न ही क्षारीय) उनका पीएच 7 है, अम्लीय सामग्रियों का पीएच 7 से कम है (घरेलू सिरके का पीएच लगभग 2.5 है), और बुनियादी सामग्रियों का पीएच 7 से अधिक है (घरेलू अमोनिया का पीएच है) लगभग 11.5). पीएच स्केल लॉगरिदमिक है – एक इकाई के पीएच में परिवर्तन अम्लता में 10 गुना परिवर्तन (तकनीकी रूप से, 10 गुना परिवर्तन) का प्रतिनिधित्व करता है गतिविधि हाइड्रोजन आयनों का) तो 2.5 के पीएच पर सिरके में 11.5 के पीएच पर अमोनिया की तुलना में लगभग एक अरब गुना अधिक हाइड्रोजन आयन गतिविधि होती है।
लॉगरिदमिक स्केल हमें रसायन विज्ञान में भारी अंतर को आसानी से व्यक्त करने की अनुमति देता है, लेकिन यह भूलना आसान बनाता है कि पीएच पैमाने पर छोटे अंतर का मतलब रसायन विज्ञान में बड़ा अंतर हो सकता है जिसके बड़े परिणाम हो सकते हैं।
उदाहरण के लिए, आज महासागर का pH लगभग 8.1 है, जो हमें बताता है कि यह थोड़ा क्षारीय है। जीवाश्म ईंधन के जलने के परिणामस्वरूप हवा में कार्बन डाइऑक्साइड की उच्च सांद्रता के कारण समुद्र का पीएच 8.2 के पूर्व-औद्योगिक मान से 0.1 इकाई कम हो गया है, और मॉडल सुझाव देते हैं कि वर्ष 2100 तक यह गिरकर 7.8 हो सकता है। ये छोटे बदलावों की तरह लगते हैं जो शायद ही सार्थक हों चिन्ता है। लेकिन 8.2 से 8.1 तक परिवर्तन हाइड्रोजन आयन में 26% की वृद्धि दर्शाता है, और 8.2 से 7.8 तक परिवर्तन का अर्थ 150% की वृद्धि है।
ये परिवर्तन समुद्री जीवन के लिए गंभीर समस्याएँ पैदा करने के लिए पर्याप्त हैं। क्लैम और कोरल जैसे जीव जो कैल्शियम कार्बोनेट से अपना कवच बनाते हैं, यदि पीएच एक बिंदु के केवल कुछ दसवें हिस्से तक गिर जाता है, तो उनके खोल का निर्माण और रखरखाव करना कठिन हो जाता है। महासागर वैज्ञानिक अब इन परिवर्तनों को समझने और उन्हें रोकने या प्रबंधित करने के तरीकों की खोज में लगे हुए हैं, इससे पहले कि हम पीएच स्तर में 0.3 या 0.4 इकाइयों की गिरावट के कारण महासागर पारिस्थितिकी तंत्र के महत्वपूर्ण हिस्सों को खो दें।
अंतर्देशीय जल में पीएच रेंज एक बिंदु के कुछ दसवें हिस्से से कहीं अधिक है जो समुद्र में बहुत महत्वपूर्ण है। यह अंतर्देशीय जल जीवों (और रासायनिक प्रक्रियाओं) को रासायनिक स्थितियों की एक विशाल श्रृंखला के संपर्क में लाता है। अधिकांश अंतर्देशीय जल का पीएच 4 और 9 के बीच होता है। फिर, यह सीमा मामूली लग सकती है, लेकिन यह हाइड्रोजन आयन गतिविधि में 100,000 गुना सीमा का प्रतिनिधित्व करती है। और ऐसे जल भी हैं जो इस विस्तृत श्रृंखला के बाहर भी स्थित हैं।
सबसे अधिक अम्लीय प्राकृतिक अंतर्देशीय जल वे झीलें हैं जो ज्वालामुखियों के गड्ढों में स्थित हैं, जैसे इंडोनेशिया में कावा इजेन। ये झीलें सल्फ्यूरिक एसिड से इतनी समृद्ध हैं कि इनका पीएच 0.1 से भी कम हो सकता है। इसे संदर्भ में रखने के लिए, ताजा बैटरी एसिड का पीएच लगभग 0.7 है। बैटरी एसिड पर लेबल (जो याद रखें कि इस झील के पानी की तुलना में लगभग एक चौथाई मजबूत है) चेतावनी देता है कि यह गंभीर त्वचा जलने और आंखों को नुकसान पहुंचाता है और उपभोक्ताओं को व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण का उपयोग करने की सलाह देता है, अगर इसे निगल लिया जाता है तो तुरंत जहर नियंत्रण केंद्र को कॉल करें, और इसे एक अनुमोदित अपशिष्ट निपटान संयंत्र में निपटाना होगा। आपको यह अनुमान लगाने में काफी आत्मविश्वास महसूस हो सकता है कि इस झील में कुछ भी नहीं रहता है।
लेकिन जब वैज्ञानिकों ने कावा इजेन (एक उपक्रम जिसके लिए विशेष गियर की आवश्यकता थी; जैसा कि आप कल्पना कर सकते हैं, एल्यूमीनियम नौकाओं जैसे कई नियमित गियर झील के पानी में घुल जाएंगे) का नमूना लिया, तो उन्हें झील में रहने वाले हरे शैवाल और तीन प्रकार के आर्कियन मिले।
जाहिर है, झील में कोई जानवर नहीं रहता। हालाँकि, इसके आउटलेट स्ट्रीम में एसिड पानी धीरे-धीरे बेअसर हो जाता है क्योंकि यह नीचे की ओर बहता है, और शोधकर्ताओं ने उस बिंदु पर स्ट्रीम में रहने वाले चिरोनोमिड्स नामक मक्खी के लार्वा की खोज की, जहां आउटलेट स्ट्रीम लगभग 2.5 के पीएच तक पहुंच गया (सिरके की तरह, याद है?)।
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और अधिक उल्लेखनीय बात यह है कि ये प्रजातियाँ न केवल अत्यधिक अम्लीय पानी में जीवित रहती हैं बल्कि उनमें से कुछ ऐसी कठोर परिस्थितियों को भी पसंद करती हैं। ज्वालामुखीय जल में रहने वाले आर्कियनों में से एक पीएच को सहन कर सकता है 0 से नीचे और 0.7 के पीएच पर सबसे अच्छा बढ़ता है। यानी, बैटरी एसिड इसका आदर्श पीएच है और सिरका और नींबू का रस इसके स्वाद के लिए बहुत हल्का है। (यदि आप सोच रहे हैं कि अप्राकृतिक जल का pH कितना कम हो सकता है, pH -3.6 जितना कम, हाँ यही है ऋण खनन अपशिष्टों से प्रदूषित कैलिफोर्निया के कुछ भूजल में 3.6 दर्ज किया गया है। वैज्ञानिकों के लिए यह पता लगाना एक बड़ी तकनीकी समस्या थी कि इतने कम pH को कैसे मापा जाए।)
स्पेक्ट्रम के दूसरे छोर पर, क्षार झीलों का पीएच अक्सर 9.5 से 11.5 होता है। क्षार झीलें आम तौर पर उन क्षेत्रों में होती हैं जो इतने शुष्क होते हैं कि झील में बहने वाला कोई भी पानी आउटलेट स्ट्रीम के बजाय वाष्पीकरण द्वारा निकलता है। यह पानी में घुले खनिजों को बहुत अधिक सांद्रता तक निर्मित होने की अनुमति देता है। आसपास के भूविज्ञान के आधार पर, ऐसी झीलें नमक की झीलों (जैसे यूटा में ग्रेट साल्ट लेक) में विकसित हो सकती हैं जो सोडियम क्लोराइड (साधारण टेबल नमक) या क्षार झीलों से भरी होती हैं जिनमें बहुत अधिक सोडियम कार्बोनेट (वाशिंग सोडा) और अन्य खनिज होते हैं। जो झीलों को इतना उच्च पीएच और क्षारीयता प्रदान करते हैं।
झील के पूरी तरह सूखने पर बनने वाली क्षार झीलें और नमक के मैदान हाल ही में खबरों में रहे हैं क्योंकि कुछ क्षार झीलें और फ्लैट लिथियम का एक प्रमुख स्रोत हैं, जो इलेक्ट्रिक कारों के लिए बैटरी बनाने के लिए आवश्यक है और जिसके अन्य उपयोग भी हैं। क्षार झीलें पुराने पश्चिमी इलाकों में भी दिखाई देती हैं – दो दिन पहले पानी से बाहर निकले सूखे यात्रियों को एक रेगिस्तानी तालाब मिलता है, और समूह में ग्रीनहॉर्न खुद को खारे पानी में फेंक देता है, और उसे बड़े घूंट में निगल जाता है। फिर वह लड़खड़ाते हुए पानी से दूर चला जाता है, जिसके बाद बैंड का संक्षिप्त नेता टिप्पणी करता है: “खराब पानी।”
फिर, आप सोच सकते हैं कि इतना खराब पानी जीवन का समर्थन नहीं करेगा। जैसा कि संक्षारक अम्लीय ज्वालामुखीय झीलों के मामले में होता है, रोगाणुओं के अलावा कुछ प्रजातियाँ क्षार झीलों में कठोर परिस्थितियों को सहन कर सकती हैं, लेकिन ये कुछ प्रजातियाँ अत्यधिक उत्पादक हो सकती हैं। वास्तव में, हर साल उगाए जाने वाले बायोमास की विशाल मात्रा के मामले में क्षार झीलें अंतर्देशीय जल में सबसे अधिक उत्पादक हो सकती हैं।
तो समुद्र के पीएच के विपरीत, जो कि 8.1 के बहुत करीब है, अंतर्देशीय जल का पीएच लगभग 0.1 से 11.5 तक की सीमा तक फैला हुआ है, जो हाइड्रोजन आयन गतिविधि में 250 अरब गुना सीमा का प्रतिनिधित्व करता है। जीवन अस्तित्व में है और इस विशाल दायरे में पनपता भी है। पीएच में यह विशाल रेंज उन प्रजातियों के उत्पादन के लिए विकास के लिए एक चुनौती और अवसर दोनों प्रस्तुत करती है जिनकी पारिस्थितिकी और शरीर विज्ञान इसके कुछ विशिष्ट भाग के लिए अनुकूलित होते हैं: अत्यधिक अम्लीय पानी, हल्के अम्लीय पानी, तटस्थ पानी, हल्के क्षारीय पानी और दृढ़ता से अलग-अलग प्रजातियां। क्षारीय जल.
से उद्धृत “बियॉन्ड द सी: द हिडन लाइफ इन लेक्स, स्ट्रीम्स, एंड वेटलैंड्स” डेविड स्ट्रायर द्वारा. कॉपीराइट 2024। जॉन्स हॉपकिन्स यूनिवर्सिटी प्रेस की अनुमति से प्रकाशित।
