रिडॉक्स ग्रेडिएंट

रिडॉक्स ग्रेडिएंट कमी-ऑक्सीकरण (रेडॉक्स) प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला है जो कमी क्षमता के अनुसार क्रमबद्ध होती है।  रेडॉक्स सीढ़ी उस क्रम को प्रदर्शित करती है जिसमें रेडॉक्स जोड़े से प्राप्त मुक्त ऊर्जा के आधार पर रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं होती हैं। ये रेडॉक्स ग्रेडिएंट माइक्रोबियल प्रक्रियाओं, पर्यावरण की रासायनिक संरचना और ऑक्सीडेटिव क्षमता में अंतर के परिणामस्वरूप स्थानिक और अस्थायी रूप से बनते हैं।  सामान्य वातावरण जहां रेडॉक्स ग्रेडिएंट मौजूद हैं वे हैं दलदल, झीलें, दूषित प्लम और मिट्टी। <रेफरी नाम= बोर्च क्रेट्ज़स्चमर कप्पलर कैपेलन पीपी. 15-232 />

पृथ्वी की सतह पर ऑक्सीकरण वातावरण और सतह के नीचे तेजी से कम होने वाली स्थितियों के साथ एक वैश्विक रेडॉक्स ग्रेडिएंट है। सूक्ष्म पैमाने पर विषम वातावरण में रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के लिए आगे के शोध और अधिक परिष्कृत माप तकनीकों की आवश्यकता होती है।

रेडॉक्स स्थितियों को मापना
रेडॉक्स स्थितियों को रेडॉक्स क्षमता (ई) के अनुसार मापा जाता हैh) वोल्ट में, जो इलेक्ट्रॉनों को इलेक्ट्रॉन दाता से इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता में स्थानांतरित करने की प्रवृत्ति का प्रतिनिधित्व करता है। इh आधी प्रतिक्रियाओं और नर्नस्ट समीकरण का उपयोग करके गणना की जा सकती है। और ईh शून्य का मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड एच के रेडॉक्स युग्म का प्रतिनिधित्व करता है+/एच2, एक सकारात्मक ईh एक ऑक्सीकरण वातावरण (इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार किया जाएगा) और एक नकारात्मक ई को इंगित करता हैh एक कम करने वाले वातावरण को इंगित करता है (इलेक्ट्रॉनों का दान किया जाएगा)। रेडॉक्स ग्रेडिएंट में, सबसे ऊर्जावान रूप से अनुकूल रासायनिक प्रतिक्रिया रेडॉक्स सीढ़ी के "शीर्ष" पर होती है और सबसे कम ऊर्जावान रूप से अनुकूल प्रतिक्रिया सीढ़ी के "नीचे" पर होती है।

Eh क्षेत्र में नमूने एकत्र करके और प्रयोगशाला में विश्लेषण करके, या यथास्थान माप एकत्र करने के लिए वातावरण में एक इलेक्ट्रोड डालकर मापा जा सकता है।  रेडॉक्स क्षमता को मापने के लिए विशिष्ट वातावरण पानी, मिट्टी और तलछट के निकायों में हैं, जो सभी उच्च स्तर की विविधता प्रदर्शित कर सकते हैं।  अधिक संख्या में नमूने एकत्र करने से उच्च स्थानिक रिज़ॉल्यूशन उत्पन्न हो सकता है, लेकिन कम अस्थायी रिज़ॉल्यूशन की कीमत पर क्योंकि नमूने केवल समय में एक स्नैपशॉट दर्शाते हैं।   स्वस्थानी निगरानी निरंतर वास्तविक समय माप एकत्र करके उच्च अस्थायी रिज़ॉल्यूशन प्रदान कर सकती है, लेकिन कम स्थानिक रिज़ॉल्यूशन क्योंकि इलेक्ट्रोड एक निश्चित स्थान पर है।

रेडॉक्स गुणों को प्रेरित ध्रुवीकरण|प्रेरित-ध्रुवीकरण इमेजिंग के उपयोग के माध्यम से उच्च स्थानिक और लौकिक रिज़ॉल्यूशन के साथ भी ट्रैक किया जा सकता है, हालांकि, ध्रुवीकरण में रेडॉक्स प्रजातियों के योगदान को पूरी तरह से समझने के लिए और अधिक शोध की आवश्यकता है।

पर्यावरणीय स्थितियाँ
रेडॉक्स ग्रेडिएंट आमतौर पर पर्यावरण में स्थान और समय दोनों के कार्यों के रूप में पाए जाते हैं, विशेष रूप से मिट्टी और जलीय वातावरण में। ग्रेडिएंट ऑक्सीजन की उपलब्धता, मिट्टी के जल विज्ञान, मौजूद रासायनिक प्रजातियों और माइक्रोबियल प्रक्रियाओं सहित विभिन्न भौतिक रासायनिक गुणों के कारण होते हैं। <रेफरी नाम= बोर्च क्रेट्ज़स्चमर कप्पलर कैपेलन पीपी. 15-232 /> विशिष्ट वातावरण जो आमतौर पर रेडॉक्स ग्रेडिएंट्स की विशेषता रखते हैं उनमें हाइड्रिक मिट्टी, आर्द्रभूमि, शामिल हैं। प्रदूषक प्लम,  और समुद्री पेलजिक और hemipelagic तलछट।

निम्नलिखित आम प्रतिक्रियाओं की एक सूची है जो ऑक्सीकरण से लेकर कम करने तक पर्यावरण में होती है (कोष्ठकों में प्रतिक्रिया करने वाले जीव):


 * 1) एरोबिक श्वसन (एरोबिक: एरोबिक जीव)
 * 2) विनाइट्रीकरण (डेनिट्रिफायर: डिनाइट्रीफाइंग बैक्टीरिया)
 * 3) मैंगनीज कमी (मैंगनीज रिड्यूसर)
 * 4) आयरन रिडक्शन (आयरन रिड्यूसर: ट्रेस मेटल स्टेबल आइसोटोप बायोजियोकेमिस्ट्री # आयरन कम करने वाले बैक्टीरिया | आयरन कम करने वाले बैक्टीरिया)
 * 5) सल्फेट कमी (सल्फेट कम करने वाले: सल्फर कम करने वाले बैक्टीरिया)
 * 6) मेथनोजेनेसिस (मेथनोजेन्स)

जलीय वातावरण
रेडॉक्स ग्रेडिएंट्स पानी के स्तंभों और उनके तलछटों में बनते हैं। पानी के स्तंभ के भीतर ऑक्सीजन के अलग-अलग स्तर (ऑक्सिक, सबॉक्सिक, डेड ज़ोन (पारिस्थितिकी)) रेडॉक्स रसायन को बदल देते हैं और रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं हो सकती हैं। ऑक्सीजन न्यूनतम क्षेत्रों का विकास भी रेडॉक्स ग्रेडिएंट्स के निर्माण में योगदान देता है।

बेन्थिक क्षेत्र तलछट खनिज संरचना, कार्बनिक पदार्थ की उपलब्धता, संरचना और सोखने की गतिशीलता में भिन्नता से उत्पन्न रेडॉक्स ग्रेडिएंट प्रदर्शित करते हैं। उपसतह तलछटों के माध्यम से विघटित इलेक्ट्रॉनों का सीमित परिवहन, तलछट के विभिन्न छिद्र आकारों के साथ मिलकर बेंटिक तलछट में महत्वपूर्ण विविधता पैदा करता है। तलछटों में ऑक्सीजन की उपलब्धता यह निर्धारित करती है कि कौन से माइक्रोबियल श्वसन मार्ग हो सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप रेडॉक्स प्रक्रियाओं का ऊर्ध्वाधर स्तरीकरण होता है क्योंकि गहराई के साथ ऑक्सीजन की उपलब्धता कम हो जाती है।

स्थलीय वातावरण
मिट्टी ईh यह भी काफी हद तक जलवैज्ञानिक स्थितियों का एक कार्य है।  बाढ़ की स्थिति में, संतृप्त मिट्टी ऑक्सीकृत से अनॉक्सी में स्थानांतरित हो सकती है, जिससे अवायवीय माइक्रोबियल प्रक्रियाओं के हावी होने से एक कम करने वाला वातावरण बन सकता है।  इसके अलावा, मिट्टी के छिद्र स्थानों के भीतर छोटे एनोक्सिक हॉटस्पॉट विकसित हो सकते हैं, जिससे कम करने वाली स्थितियाँ पैदा हो सकती हैं। समय के साथ, आरंभिक ईh पानी निकल जाने और मिट्टी सूख जाने से मिट्टी की स्थिति को बहाल किया जा सकता है।  बढ़ते भूजल द्वारा निर्मित रेडॉक्स ग्रेडिएंट्स वाली मिट्टी को ग्लेसोल्स के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, जबकि स्थिर पानी द्वारा निर्मित ग्रेडिएंट्स वाली मिट्टी को स्टैग्नोसोल्स और प्लैनोसोल्स के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।

मिट्टी ईh आम तौर पर -300 से +900 एमवी तक होता है। नीचे दी गई तालिका विशिष्ट ई का सारांश प्रस्तुत करती हैh विभिन्न मृदा स्थितियों के लिए मान: आम तौर पर स्वीकृत ईh पौधों द्वारा सहन करने योग्य सीमाएँ +300 mV < E हैंh <+700 एमवी. 300 mV वह सीमा मान है जो आर्द्रभूमि मिट्टी में एरोबिक को अवायवीय स्थितियों से अलग करता है। रिडॉक्स क्षमता (ईh) पीएच से भी निकटता से जुड़ा हुआ है, और दोनों का मिट्टी-पौधे-सूक्ष्मजीव प्रणालियों के कार्य पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। मिट्टी में इलेक्ट्रॉनों का मुख्य स्रोत मृदा कार्बनिक पदार्थ है। कार्बनिक पदार्थ विघटित होने पर ऑक्सीजन का उपभोग करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप मिट्टी की स्थिति कम हो जाती है और ई कम हो जाती हैh.

सूक्ष्मजीवों की भूमिका
रेडॉक्स ग्रेडिएंट संसाधन उपलब्धता और भौतिक रासायनिक स्थितियों (पीएच, लवणता, तापमान) के आधार पर बनते हैं और सूक्ष्मजीवों के स्तरीकृत समुदायों का समर्थन करते हैं।    सूक्ष्मजीव अपने आस-पास की स्थितियों के आधार पर अलग-अलग श्वसन (फिजियोलॉजी) प्रक्रियाएं (मेथनोजेनेसिस, सल्फेट कमी, आदि) करते हैं और पर्यावरण में मौजूद रेडॉक्स ग्रेडिएंट्स को और बढ़ाते हैं।   हालाँकि, सूक्ष्मजीवों का वितरण केवल थर्मोडायनामिक्स (रेडॉक्स सीढ़ी) से निर्धारित नहीं किया जा सकता है, बल्कि पारिस्थितिक और शारीरिक कारकों से भी प्रभावित होता है।

रेडॉक्स ग्रेडिएंट्स, जलीय और स्थलीय दोनों सेटिंग्स में, दूषित कणों के साथ बनते हैं, जो कि दूषित सांद्रता और प्रासंगिक रासायनिक प्रक्रियाओं और माइक्रोबियल समुदायों पर पड़ने वाले प्रभावों के एक कार्य के रूप में होते हैं। रेडॉक्स ग्रेडिएंट के साथ कार्बनिक प्रदूषक क्षरण की उच्चतम दर ऑक्सी-एनॉक्सिक इंटरफ़ेस पर पाई जाती है। भूजल में, इस ऑक्सी-एनॉक्सिक वातावरण को केशिका फ्रिंज के रूप में जाना जाता है, जहां जल स्तर मिट्टी से मिलता है और खाली छिद्रों को भरता है। क्योंकि यह संक्रमण क्षेत्र ऑक्सीक और एनोक्सिक दोनों है, इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता और दाता उच्च मात्रा में हैं और इसमें उच्च स्तर की माइक्रोबियल गतिविधि होती है, जिससे दूषित जैव निम्नीकरण की उच्चतम दर होती है।

बेन्थिक ज़ोन तलछट प्रकृति में विषम हैं और बाद में रेडॉक्स ग्रेडिएंट प्रदर्शित करते हैं। इस विविधता के कारण, रासायनिक प्रजातियों को कम करने और ऑक्सीकरण करने की प्रवणता हमेशा विशिष्ट माइक्रोबियल समुदायों की इलेक्ट्रॉन परिवहन आवश्यकताओं का समर्थन करने के लिए पर्याप्त रूप से ओवरलैप नहीं होती है। केबल बैक्टीरिया को सल्फाइड-ऑक्सीकरण करने वाले बैक्टीरिया के रूप में जाना जाता है जो अन्यथा अनुपलब्ध रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के लिए इलेक्ट्रॉन परिवहन को पूरा करने के लिए कम आपूर्ति वाले और अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनों के इन क्षेत्रों को जोड़ने में सहायता करता है।

मडफ्लैट, हिमनद ों,  हाइपोथर्मल वेंट  और जलीय वातावरण के निचले भाग में पाए जाने वाले बायोफिल्म भी रेडॉक्स ग्रेडिएंट प्रदर्शित करते हैं। रोगाणुओं का समुदाय-अक्सर धातु- या सल्फेट-कम करने वाले सूक्ष्मजीव|सल्फेट-कम करने वाले बैक्टीरिया-स्थानिक भौतिक रासायनिक परिवर्तनशीलता के एक समारोह के रूप में माइक्रोमीटर पैमाने पर रेडॉक्स ग्रेडिएंट उत्पन्न करते हैं।

एसएमटीजेड में माइक्रोबियल प्रक्रियाओं के कवरेज के लिए सल्फेट-मीथेन संक्रमण क्षेत्र देखें।

यह भी देखें

 * अवायुश्वसन
 * केमोक्लाइन
 * गिब्स मुक्त ऊर्जा
 * मृत क्षेत्र (पारिस्थितिकी)
 * हाइपोक्सिया (पर्यावरणीय)
 * समुद्री तलछट
 * रिडॉक्स
 * रेडॉक्स संभावित
 * पुनर्खनिजीकरण
 * तलछट-जल इंटरफ़ेस
 * सल्फेट-मीथेन संक्रमण क्षेत्र