← नवीनतम पेपर
📄 पृथ्वी विज्ञान

Pyrite oxidation flux underestimated due to landscape-mediated microbial sulfate reduction

यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि स्थलीय परिदृश्यों में, विशेष रूप से हिमालय जैसे कम अपरदन और कम वर्षा वाले वातावरणों में, सूक्ष्मजीवी सल्फेट न्यूनीकरण (microbial sulfate reduction) व्यवस्थित रूप से नदीय सल्फेट आइसोटोपिक संकेतों को परिवर्तित करता है, जो यह संकेत देता है कि वैश्विक पाइराइट ऑक्सीकरण प्रवाह—और फलस्वरूप CO2 उत्सर्जन और O2 खपत—पिछले आइसोटोप-आधारित अनुमानों से दोगुना तक हो सकता है।

मूल लेखक: Samyak Pradhan, Lena Bakker, Anna Somlyay, Negar Haighipour, Philip Gautschi, Marcus Christl, Cara Magnabosco, Indra Sen, Jordon Hemingway

प्रकाशित 2026-09-09
📖 8 मिनट में पढ़ें🧠 गहराई से पढ़ें

मूल लेखक: Samyak Pradhan, Lena Bakker, Anna Somlyay, Negar Haighipour, Philip Gautschi, Marcus Christl, Cara Magnabosco, Indra Sen, Jordon Hemingway

मूल पेपर CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। ✨ नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें

पृथ्वी का वायुमंडल एक नाजुक बैलेंस शीट की तरह है, जिसे भूगर्भीय प्रक्रियाओं द्वारा लगातार लिखा और फिर से लिखा जाता है। एक तरफ, चट्टानें अपक्षयित (weather) होती हैं और हवा से कार्बन डाइऑक्साइड को बाहर खींच लेती हैं, जो एक शीतलन तंत्र के रूप में कार्य करती हैं। दूसरी ओर, कुछ खनिजों के टूटने से आकाश में वापस कार्बन डाइऑक्साइड निकलती है। इनमें से एक खनिज पाइराइट (pyrite) है, जिसे अक्सर "मूर्ख का सोना" (fool's gold) कहा जाता है, और यह इसमें आश्चर्यजनक रूप से बड़ी भूमिका निभाता है। जब पाइराइट हवा और पानी के संपर्क में आता है, तो यह ऑक्सीकृत हो जाता है, जिससे सल्फ्यूरिक एसिड बनता है जो आसपास की चट्टानों को गला देता है और कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ता है। यह प्रक्रिया ऑक्सीजन का भी उपभोग करती है। दशकों से, वैज्ञानिक यह मापने की कोशिश कर रहे हैं कि पहाड़ों में कितना पाइराइट टूट रहा है, क्योंकि यह संख्या यह निर्धारित करने में मदद करती है कि पहाड़ कार्बन के लिए एक शुद्ध 'सिंक' (sink) के रूप में कार्य कर रहे हैं या एक स्रोत (source) के रूप में। ऐसा करने के लिए, वे पारंपरिक रूप से नदियों से बहने वाले सल्फेट के रासायनिक पदचिह्नों (chemical fingerprints) को देखते आए हैं, जो पाइराइट के टूटने का एक उपोत्पाद है। उन्होंने माना था कि ये पदचिह्न एक सीधा सा वृत्तांत बताते हैं: यदि सल्फेट एक निश्चित तरीके का दिखता था, तो वह पाइराइट से आया था; यदि वह दूसरे तरीके का दिखता था, तो वह प्राचीन नमक जमावों के घुलने से आया था।

हालाँकि, हिमालय में गंगा नदी के ऊपरी जलग्रहण क्षेत्रों से निकले एक नए अध्ययन से पता चलता है कि यह पारंपरिक दृष्टिकोण एक महत्वपूर्ण अध्याय को छोड़ रहा है। शोधकर्ताओं ने पाया कि पाइराइट को ट्रैक करने के लिए उपयोग किए जाने वाले रासायनिक संकेतों को मिट्टी और भूजल में रहने वाले सूक्ष्मजीवों द्वारा बदल दिया जाता है। विशेष रूप से, सल्फेट का उपभोग करने वाले बैक्टीरिया नदी तक पहुँचने से पहले ही पानी की रासायनिक संरचना को बदल देते हैं। इस छिपी हुई जैविक गतिविधि का अर्थ है कि पिछले गणनाओं में संभवतः इस बात का कम आकलन किया गया है कि वास्तव में कितना पाइराइट ऑक्सीकृत हो रहा है। यदि वैज्ञानिक सही हैं, तो पाइराइट के ऑक्सीकरण से निकलने वाली कार्बन डाइऑक्साइड की मात्रा पहले के अनुमान से लगभग दोगुनी हो सकती है, जो लाखों वर्षों में पहाड़ों द्वारा ग्रह के तापमान और ऑक्सीजन के स्तर को प्रभावित करने के हमारे दृष्टिकोण को मौलिक रूप रूप से बदल सकती है।

भारतीय प्रौद्योगिकी संस्थान कानपुर और ETH ज्यूरिख के शोधकर्ताओं के नेतृत्व वाली टीम ने अलंकांदा और भागीरथी जलग्रहण क्षेत्रों के ऊबड़-खाबड़ इलाके पर अपना ध्यान केंद्रित किया। इस प्रकार के अध्ययन के लिए ये क्षेत्र आदर्श हैं क्योंकि इनमें विभिन्न प्रकार की चट्टानें मौजूद हैं और इनमें अपरदन (erosion) तथा वर्षा की दर अलग-अलग है। वैज्ञानिकों ने इस परिदृश्य के माध्यम से नदियों और धाराओं से पानी के नमूने एकत्र किए, जिसमें न केवल पानी के रसायन को मापा गया, बल्कि उसमें रहने वाले सूक्ष्मजीवों के आनुवंशिक मार्कर भी मापे गए। वे एक विशिष्ट जीन की तलाश कर रहे थे, जिसे dsrB के रूप में जाना जाता है, जो उन बैक्टीरिया का एक हस्ताक्षर (signature) है जो माइक्रोबियल सल्फेट रिडक्शन (microbial sulfate reduction) करते हैं। यह एक ऐसी प्रक्रिया है जहाँ बैक्टीरिया कम-ऑक्सीजन वाले वातावरण में जीवित रहने के लिए सल्फेट अणुओं से ऑक्सीजन छीन लेते हैं, जो अक्सर मिट्टी की गहराई में या चट्टानों की दरारों में पाया जाता है।

शोधकर्ताओं ने जो खोजा वह भूमि और सूक्ष्मजीवों के बीच एक स्पष्ट संबंध था। उन क्षेत्रों में जहाँ भूमि का अपरदन धीरे होता है और मिट्टी मोटी होती है, वहाँ पानी को सतह से नदी तक पहुँचने में लंबा समय लगता है। इस धीमी यात्रा के कारण ऑक्सीजन का उपयोग पौधों की जड़ों और अन्य जीवों द्वारा कर लिया जाता है, जिससे एक एनोक्सिक (anoxic), या ऑक्सीजन-मुक्त स्थिति पैदा होती है जहाँ सल्फेट-खाने वाले बैक्टीरिया पनप सकें। इन धीमी गति से चलने वाले, कम-अपरदन वाले वातावरण में, बैक्टीरिया प्रचुर मात्रा में थे, और पानी में सल्फेट का रासायनिक संकेत भारी रूप से परिवर्तित हो गया था। बैक्टीरिया न केवल सल्फेट का उपभोग कर रहे थे; वे इसकी समस्थानिक संरचना (isotopic composition) को इस तरह से बदल रहे थे जिससे यह पूरी तरह से किसी अलग स्रोत से आया हुआ प्रतीत हो। अध्ययन ने दिखाया कि ये बैक्टीरिया जितने अधिक मौजूद थे, रासायनिक संकेत साधारण चट्टान अपक्षय (rock weathering) से अपेक्षित मानों से उतना ही अधिक विचलित होते थे।

महत्वपूर्ण रूप से, टीम ने पाया कि यह जैविक ओवरप्रिंटिंग (biological overprinting) यादृच्छिक नहीं थी; यह भूमि के भौतिक आकार और जलवायु द्वारा नियंत्रित थी। तीव्र, तेज़ अपरदन वाले परिदृश्यों में, या ग्लेशियरों से ढके क्षेत्रों में, मिट्टी पतली होती है और पानी तेजी से आगे बढ़ता है। वहाँ ऑक्सीजन की कमी होने के लिए बहुत कम समय मिलता है, इसलिए सल्फेट-खाने वाले बैक्टीरिया अपनी मजबूत उपस्थिति स्थापित नहीं कर पाते, और रासायनिक संकेत अपेक्षाकृत अपरिवर्तित रहते हैं। लेकिन कम-अपरदन, गर्म और गीले जलग्रहण क्षेत्रों में, पानी मिट्टी में इतना समय बिताता है कि बैक्टीरिया अपना काम कर सकें। शोधकर्ताओं ने पाया कि यह परिवर्तन वहां सबसे अधिक था जहाँ भौतिक अपरदन की दर कम थी और वर्षा मध्यम से कम थी, जो एक ऐसा संयोजन है जो पानी के भूमिगत समय को अधिकतम करता है।

इस खोज के वैश्विक सल्फर और कार्बन चक्रों को समझने के तरीके पर गहरे निहितार्थ हैं। वर्षों से, वैज्ञानिक पाइराइट के ऑक्सीकरण से होने वाले सल्फेट की मात्रा का अनुमान लगाने के लिए नदी सल्फेट के रासायनिक संयोजन का उपयोग करते आए हैं। उन्होंने माना था कि यदि सल्फेट ऐसा दिखता था जैसे कि वह प्राचीन नमक जमावों से आया हो, तो वह पाइराइट से नहीं था। लेकिन नया डेटा बताता है कि बैक्टीरिया पाइराइट से प्राप्त सल्फेट को नमक के जमावों से आए हुए जैसा दिखा देते हैं। जब शोधकर्ताओं ने अपने नए दृष्टिकोण को नदी रसायन के वैश्विक डेटाबेस पर लागू किया, तो परिणाम चौंकाने वाले थे। उन्होंने पाया कि कई नदियों में, सल्फेट लगभग पूरी तरह से पाइराइट ऑक्सीकरण से प्राप्त था, भले ही रासायनिक संकेतों ने पहले इसके विपरीत संकेत दिए थे।

इस सूक्ष्मजीव हस्तक्षेप के लिए सुधार करने के बाद, टीम ने गणना की कि पाइराइट ऑक्सीकरण से सल्फेट का वैश्विक प्रवाह (global flux) संभवतः 2.0 से 2.5 ट्रिलियन मोल प्रति वर्ष है। यह पिछले अनुमानों से काफी अधिक है, जो लगभग 1.3 से 1.6 ट्रिलियन मोल प्रति वर्ष के आसपास थे। सरल शब्दों में, पाइराइट के ऑक्सीकरण के कारण वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड छोड़े जाने की मात्रा हमारी सोच से लगभग दोगुनी हो सकती है। इसका मतलब यह नहीं है कि पृथ्वी तत्काल खतरे में है, लेकिन इसका मतलब यह है कि भूगर्भीय समय के पैमाने पर ग्रह के तापमान को विनियमित करने के हमारे मॉडलों को अपडेट करने की आवश्यकता है। पहाड़, जिन्हें अक्सर सिलिकेट चट्टानों के अपक्षय के माध्यम से हवा से कार्बन खींचने वाली जगह के रूप में देखा जाता है, वास्तव में पाइराइट ऑक्सीकरण के पूर्ण प्रभाव को ध्यान में रखने पर जितना अवशोषित करते हैं, उससे कहीं अधिक कार्बन छोड़ सकते हैं।

यह अध्ययन भौतिक दुनिया और सूक्ष्म दुनिया के बीच के जटिल संबंध को भी उजागर करता है। पहाड़ों का आकार, अपरदन की गति और बारिश की मात्रा यह निर्धारित करती है कि अदृश्य बैक्टीरिया कैसे व्यवहार करेंगे, जो बदले में पानी के रासायनिक इतिहास को फिर से लिखते हैं, जो अंततः महासागरों की ओर बहता है। शोधकर्ता पानी के नमूनों में सीधे सल्फेट-अपचयी बैक्टीरिया (sulfate-reducing bacteria) की प्रचुरता को मापकर इसकी पुष्टि करने में सक्षम रहे। उन्होंने पाया कि जहाँ उपलब्ध सल्फेट की तुलना में बैक्टीरिया सबसे अधिक संख्या में थे, वहाँ रासायनिक विकृति सबसे अधिक थी। इसने परिदृश्य, सूक्ष्मजीव और वैश्विक कार्बन चक्र के बीच एक सीधा, मात्रात्मक लिंक प्रदान किया।

यह कार्य यह सुझाव नहीं देता है कि पिछले मॉडल पूरी तरह से गलत थे, बल्कि वे अधूरे थे। पारंपरिक दृष्टिकोण ने नदियों में रासायनिक संकेतों को चट्टान के अपक्षय के एक स्थिर रिकॉर्ड के रूप में माना था। नया शोध प्रकट करता है कि यह रिकॉर्ड गतिशील है, जो निरंतर उन जैविक प्रक्रियाओं द्वारा संपादित किया जा रहा है जिन्हें स्थलीय वातावरण में काफी हद तक अनदेखा किया गया था। अध्ययन इस बात पर जोर देता है कि पृथ्वी के जलवायु इतिहास को वास्तव में समझने के लिए, वैज्ञानिकों को चट्टानों और पानी के परे उस जीवन को भी देखना चाहिए जो उनके भीतर मौजूद है। अगली बार जब हम वैश्विक कार्बन चक्र में पहाड़ों की भूमिका पर विचार करें, तो हमें याद रखना चाहिए कि कहानी केवल पत्थर में नहीं लिखी गई है, बल्कि मिट्टी में भी है, जहाँ छोटे बैक्टीरिया चुपचाप ग्रह के रसायन विज्ञान को नया आकार दे रहे हैं।

अपने क्षेत्र के पेपरों की भीड़ में उलझे हुए हैं?

आपके रिसर्च कीवर्ड से मेल खाने वाले सबसे नए और अलग सोच वाले पेपरों का रोज़ाना Digest पाएँ—तकनीकी सारांश के साथ, आपकी भाषा में।

Digest आज़माएँ →