Biogeochemical Cycles Questions in Gujarati

(B) નાઈટ્રોજન સ્થાપન માટે જવાબદાર ઉત્સેચક $Nitrogenase$ છે.
$Nitrogenase$ ઉત્સેચક ઓક્સિજન $(O_2)$ ની હાજરી પ્રત્યે અત્યંત સંવેદનશીલ હોય છે.
ઓક્સિજન $Nitrogenase$ ઉત્સેચકને નિષ્ક્રિય કરે છે,જેનાથી જૈવિક નાઈટ્રોજન સ્થાપનની પ્રક્રિયા અવરોધાય છે.
તેથી,$Rhizobium$ જેવા નાઈટ્રોજન સ્થાપક બેક્ટેરિયા ઉત્સેચકને સુરક્ષિત રાખવા અને સ્થાપનની પ્રક્રિયા ચાલુ રાખવા માટે અજારક (ઓક્સિજન મુક્ત) વાતાવરણ (ઘણીવાર $Leghemoglobin$ નો ઉપયોગ કરીને) બનાવે છે.

(A) નાઈટ્રોજન સ્થાપન એ વાતાવરણીય નાઈટ્રોજન $(N_2)$ ને એમોનિયા અથવા નાઈટ્રેટ્સ અને નાઈટ્રાઈટ્સ જેવા નાઈટ્રોજનયુક્ત સંયોજનોમાં રૂપાંતરિત કરવાની પ્રક્રિયા છે.
આ પ્રક્રિયા મુખ્યત્વે જમીનમાં અથવા કઠોળ વર્ગની વનસ્પતિના મૂળની ગાંઠોમાં રહેલા નાઈટ્રોજન સ્થાપક બેક્ટેરિયા (જેમ કે $Rhizobium$) દ્વારા કરવામાં આવે છે.
ધાન્ય પાકો પોતે નાઈટ્રોજનનું સ્થાપન કરતા નથી; તેઓ જમીનમાં રહેલા નાઈટ્રોજન પર આધાર રાખે છે.
ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓ સામાન્ય રીતે હેબર-બોશ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ કરે છે,જેમાં ઉચ્ચ દબાણ અને તાપમાનની જરૂર હોય છે,જે જૈવિક સંદર્ભમાં વર્ણવેલ વાતાવરણીય નાઈટ્રોજનના સીધા રૂપાંતર જેવું નથી.
તેથી,સાચી પદ્ધતિ જમીનમાં રહેલા નાઈટ્રોજન સ્થાપક બેક્ટેરિયા દ્વારા થતી જૈવિક પ્રક્રિયા છે.

(B) જલચક્રમાં પૃથ્વીની સપાટી પર,ઉપર અને નીચે પાણીની સતત ગતિનો સમાવેશ થાય છે. મુખ્ય પ્રક્રિયાઓમાં બાષ્પીભવન,બાષ્પોત્સર્જન,સંઘનન અને વરસાદનો સમાવેશ થાય છે.
પ્રકાશસંશ્લેષણ એ એક જૈવિક પ્રક્રિયા છે જેમાં વનસ્પતિ પાણી,કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને સૂર્યપ્રકાશનો ઉપયોગ કરીને ગ્લુકોઝ અને ઓક્સિજન બનાવે છે. જોકે પ્રકાશસંશ્લેષણમાં પાણી એક પ્રક્રિયક તરીકે વપરાય છે,પરંતુ આ પ્રક્રિયા મુખ્યત્વે કાર્બન ચક્ર અને નિવસનતંત્રમાં ઉર્જાના પ્રવાહનો એક ભાગ છે,તે વૈશ્વિક જલચક્રનું મૂળભૂત સોપાન નથી.

(A) બાષ્પોત્સર્જન એ જલચક્રમાં સામેલ પ્રક્રિયા છે,જેમાં વનસ્પતિ વાતાવરણમાં પાણીની વરાળ મુક્ત કરે છે. તે કાર્બન ચક્રનો ભાગ નથી. પ્રકાશસંશ્લેષણ,શ્વસન અને અશ્મિભૂત બળતણનું દહન એ તમામ મુખ્ય પ્રક્રિયાઓ છે જે જીવાવરણ,વાતાવરણ અને ભૂ-આવરણમાં કાર્બનના વહનને નિયંત્રિત કરે છે.

(C) કાર્બન ચક્રમાં કાર્બનનું જીવાવરણમાં વહન થાય છે.
$1$. વાતાવરણમાં રહેલા $CO_2$ ને વનસ્પતિઓ પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન શોષીને કાર્બનિક કાર્બન સંયોજનો બનાવે છે.
$2$. જ્યારે પ્રાણીઓ વનસ્પતિઓનો ખોરાક તરીકે ઉપયોગ કરે છે,ત્યારે આ કાર્બનિક સંયોજનો પ્રાણીઓમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે.
$3$. વનસ્પતિઓ અને પ્રાણીઓના મૃત્યુ પછી,વિઘટકો આ કાર્બનિક પદાર્થોનું વિઘટન કરે છે,જેના પરિણામે કાર્બન જમીનમાં અકાર્બનિક કાર્બન તરીકે અથવા વાતાવરણમાં $CO_2$ તરીકે પાછો ફરે છે.

(D) પ્રકાશસંશ્લેષણ એ એક જૈવિક પ્રક્રિયા છે જેમાં લીલી વનસ્પતિઓ,શેવાળ અને કેટલાક બેક્ટેરિયા સૂર્યપ્રકાશ,પાણી અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડનો ઉપયોગ કરીને ખોરાક (ગ્લુકોઝ) બનાવે છે અને આડપેદાશ તરીકે ઓક્સિજન વાતાવરણમાં મુક્ત કરે છે.
શ્વસન,અશ્મિભૂત બળતણનું દહન અને ફૂગ દ્વારા થતું વિઘટન ઓક્સિજનનો વપરાશ કરે છે અને વાતાવરણમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડ મુક્ત કરે છે.

(N/A) $C, N, S, P, H$ અને $O$ એ વિવિધ જૈવિક અણુઓના મૂળભૂત ઘટકો છે. સજીવો અસંખ્ય જૈવિક અણુઓના બનેલા હોય છે.
આમાંના મોટાભાગના તત્વો વનસ્પતિઓ દ્વારા સજીવ સૃષ્ટિમાં પ્રવેશે છે.
$1$. કાર્બન પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા દ્વારા પ્રવેશે છે,જેમાં વનસ્પતિ વાતાવરણીય $CO_2$ ને કાર્બનિક સંયોજનોમાં રૂપાંતરિત કરે છે.
$2$. નાઈટ્રોજનનું સ્થાપન નાઈટ્રોજન-સ્થાયીકરણ કરતા બેક્ટેરિયા દ્વારા જમીનમાં થાય છે,જેથી વનસ્પતિઓ તેને નાઈટ્રેટ અથવા એમોનિયમ સંયોજનોના સ્વરૂપમાં શોષી શકે છે.
$3$. સલ્ફર અને ફોસ્ફરસ જમીનમાં ખનિજો તરીકે ઉપલબ્ધ હોય છે અને વનસ્પતિના મૂળ દ્વારા પાણી સાથે શોષાય છે.
$4$. હાઈડ્રોજન અને ઓક્સિજન મુખ્યત્વે ત્યારે વનસ્પતિમાં પ્રવેશે છે જ્યારે તેઓ જમીનમાંથી પાણી $(H_2O)$ શોષે છે.
$5$. પ્રાણીઓ આ તત્વો વનસ્પતિઓ અથવા અન્ય પ્રાણીઓને ખાઈને મેળવે છે. વધુમાં,પ્રાણીઓ પાણી પીને હાઈડ્રોજન અને ઓક્સિજન મેળવે છે,અને શ્વસન દરમિયાન વાતાવરણમાંથી સીધો ઓક્સિજન લે છે.

(B) આ તત્વોનો ઉપયોગ સજીવો દ્વારા વિવિધ ચયાપચયની પ્રક્રિયાઓ માટે સતત કરવામાં આવે છે.
જો કે,આ તત્વો એક ચક્રીય પ્રક્રિયામાંથી પસાર થાય છે જેને જૈવ-ભૂ-રાસાયણિક ચક્ર (biogeochemical cycle) કહેવામાં આવે છે,જે સુનિશ્ચિત કરે છે કે તેઓ શ્વસન,વિઘટન અને નાઈટ્રોજન સ્થાપન જેવી વિવિધ કુદરતી પ્રક્રિયાઓ દ્વારા વાતાવરણમાં પાછા ફરે છે.
આ સતત પુનઃચક્રીયકરણને કારણે,વાતાવરણમાં ઓક્સિજન,નાઈટ્રોજન અને કાર્બન ડાયોક્સાઈડ જેવા વાયુઓનું પ્રમાણ સંતુલિત અને લગભગ અચળ રહે છે.

(B) મૂળ ગંડિકાઓમાં $Rhizobium$ જેવા સહજીવી નાઈટ્રોજન સ્થાપક બેક્ટેરિયા હોય છે.
આ બેક્ટેરિયા વાતાવરણીય નાઈટ્રોજનનું એમોનિયામાં રૂપાંતર કરે છે,જેનો ઉપયોગ વનસ્પતિ પ્રોટીન સંશ્લેષણ અને વૃદ્ધિ માટે કરી શકે છે.
આ પ્રક્રિયા વનસ્પતિના પોષણ માટે,ખાસ કરીને નાઈટ્રોજનની ઉણપવાળી જમીનમાં ખૂબ જ આવશ્યક છે.

(B) જમીનમાં રહેલા બેક્ટેરિયા દ્વારા એમોનિયા $(NH_3)$ નું નાઈટ્રાઈટ $(NO_2^-)$ માં અને ત્યારબાદ નાઈટ્રેટ $(NO_3^-)$ માં રૂપાંતર થવાની પ્રક્રિયાને નાઈટ્રીકરણ (Nitrification) કહેવામાં આવે છે.

(N/A) નાઈટ્રોજન અને ઓક્સિજન બંને ધરાવતા બે જૈવિક રીતે મહત્વપૂર્ણ સંયોજનો નાઈટ્રેટ્સ $(NO_3^-)$ અને નાઈટ્રાઈટ્સ $(NO_2^-)$ છે.
આ સંયોજનો નાઈટ્રોજન ચક્રના આવશ્યક ઘટકો છે,જેનો ઉપયોગ વનસ્પતિઓ દ્વારા પ્રોટીન સંશ્લેષણ માટે કરવામાં આવે છે અને તે જમીનની ફળદ્રુપતા માટે ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે.

(N/A) પ્રકાશસંશ્લેષણ $(Photosynthesis)$ એ મુખ્ય જૈવિક પ્રક્રિયા છે જેના દ્વારા લીલી વનસ્પતિઓ,શેવાળ અને સાયનોબેક્ટેરિયા પ્રકાશ ઉર્જાનું રાસાયણિક ઉર્જામાં રૂપાંતર કરતી વખતે આડપેદાશ તરીકે વાતાવરણમાં $O_{2}$ મુક્ત કરે છે.

(N/A) નાઈટ્રોજન સ્થાપનમાં મહત્વની ભૂમિકા ભજવતા બે સજીવો નીચે મુજબ છે:
$1$. $Rhizobium$ બેક્ટેરિયા (જે કઠોળ વર્ગની વનસ્પતિઓની મૂળ ગંડિકાઓમાં જોવા મળે છે).
$2$. બ્લુ-ગ્રીન આલ્ગી (જેમ કે $Anabaena$ અને $Nostoc$).

(N/A) વિઘટકો એવા સજીવો છે જે મૃત અથવા સડતા કાર્બનિક પદાર્થોનું વિઘટન કરે છે. વિઘટકોના બે સામાન્ય ઉદાહરણો નીચે મુજબ છે:
$1$. બેક્ટેરિયા
$2$. ફૂગ

(N/A) $(i)$ જીવાવરણના જૈવિક (સજીવ) અને અજૈવિક (નિર્જીવ) ઘટકો વચ્ચે પોષક તત્વો અને ઉર્જાના ચક્રીય પ્રવાહને જૈવ-ભૂ-રાસાયણિક ચક્ર કહેવામાં આવે છે.
$(ii)$ પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા દ્વારા સજીવોમાં સમાવિષ્ટ થતો વાયુ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ $(CO_2)$ છે.

(A) જીવાવરણ તેના જૈવિક (સજીવ) અને અજૈવિક (નિર્જીવ) ઘટકો વચ્ચેની સતત આંતરક્રિયાને કારણે એક ગતિશીલ છતાં સ્થિર તંત્ર છે.
આ આંતરક્રિયામાં દ્રવ્યનું સતત ચક્રીય વહન અને વિવિધ પોષક સ્તરો તથા નિવસનતંત્રોમાં ઊર્જાનો પ્રવાહ સામેલ છે,જે જીવાવરણનું સંતુલન જાળવી રાખે છે.

(N/A) ઓક્સિજનનો ઉપયોગ થતી ત્રણ પ્રક્રિયાઓ નીચે મુજબ છે:
$1$. શ્વસન: સજીવો ગ્લુકોઝના વિઘટન માટે અને ઉર્જા મુક્ત કરવા માટે ઓક્સિજનનો ઉપયોગ કરે છે.
$2$. દહન: બળતણ સળગાવવા માટે ઓક્સિજન જરૂરી છે.
$3$. ઓક્સાઈડનું નિર્માણ: ઓક્સિજન વિવિધ તત્વો (જેમ કે ધાતુઓ અને અધાતુઓ) સાથે પ્રક્રિયા કરીને ઓક્સાઈડ બનાવે છે.
વાતાવરણમાં ઓક્સિજન પાછો ઉમેરાતો હોય તેવી પ્રક્રિયા:
$1$. પ્રકાશસંશ્લેષણ: લીલી વનસ્પતિઓ ખોરાક બનાવવાની પ્રક્રિયા દરમિયાન આડપેદાશ તરીકે ઓક્સિજન મુક્ત કરે છે.

(N/A) $(i)$ વનસ્પતિઓ મુખ્યત્વે નાઈટ્રોજનનો ઉપયોગ નાઈટ્રેટ્સ $(NO_3^-)$ અને નાઈટ્રાઈટ્સ $(NO_2^-)$ ના સ્વરૂપમાં કરે છે,જે તેઓ મૂળ દ્વારા જમીનમાંથી શોષે છે.
$(ii)$ નાઈટ્રોજન વનસ્પતિઓ માટે એક આવશ્યક તત્વ છે કારણ કે તે એમિનો એસિડનો પાયાનો ઘટક છે,જે પ્રોટીન બનાવવા માટે જરૂરી છે. આ ઉપરાંત,તે ન્યુક્લિક એસિડ $(DNA$ અને $RNA)$,ક્લોરોફિલ અને વનસ્પતિના વિકાસ માટે જરૂરી વિવિધ ઉત્સેચકોના સંશ્લેષણ માટે પણ અનિવાર્ય છે.

(B) $(i)$ પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા દ્વારા,લીલી વનસ્પતિઓ વાતાવરણીય $CO_2$ ને ગ્લુકોઝમાં રૂપાંતરિત કરે છે,જેનાથી કાર્બનનું કાર્બનિક સંયોજનોમાં સ્થાપન થાય છે.
$(ii)$ ઘણા દરિયાઈ સજીવો તેમના કવચ અને કંકાલ બનાવવા માટે દરિયાના પાણીમાં ઓગળેલા કાર્બોનેટનો ઉપયોગ કરે છે,જે અસરકારક રીતે પર્યાવરણમાંથી કાર્બનનું સ્થાપન કરે છે.

(N/A) વાતાવરણીય નાઈટ્રોજન $(N_2)$ ને એમોનિયા $(NH_3)$ અથવા નાઈટ્રોજનના ઓક્સાઈડ $(NO_x)$ જેવા ઉપયોગી સ્વરૂપોમાં રૂપાંતરિત કરવાની પ્રક્રિયાને નાઈટ્રોજન સ્થાપન કહેવામાં આવે છે.
વનસ્પતિઓને પ્રોટીન,ન્યુક્લિક એસિડ ($DNA$ અને $RNA$) અને ક્લોરોફિલ જેવા આવશ્યક જૈવિક અણુઓના સંશ્લેષણ માટે નાઈટ્રોજનની જરૂર હોય છે.
જોકે વાતાવરણમાં નાઈટ્રોજન પુષ્કળ પ્રમાણમાં હોય છે,પરંતુ વનસ્પતિઓ તેને સીધી રીતે વાયુ સ્વરૂપમાં $(N_2)$ શોષી શકતી નથી,કારણ કે નાઈટ્રોજન પરમાણુઓ વચ્ચેનો ત્રિ-સહસંયોજક બંધ અત્યંત સ્થાયી હોય છે અને તેને તોડવો મુશ્કેલ છે. તેથી,તેઓ નાઈટ્રોજનને એવા સ્વરૂપમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે નાઈટ્રોજન સ્થાપન પર આધાર રાખે છે જેને તેમના મૂળ દ્વારા શોષી શકાય.

(N/A)
$(i)$ બહેન પ્રત્યે પ્રેમ અને ચિંતા।
$(ii)$ ઊંડું જ્ઞાન।
$(iii)$ પર્યાવરણ પ્રત્યે જાગૃતિ।
$(iv)$ સામાજિક જવાબદારી।
$(b)$ પાણીનું સંરક્ષણ કરવું આવશ્યક છે કારણ કે તમામ જીવન પ્રક્રિયાઓ પાણી પર આધારિત છે અને તે તમામ જીવંત સજીવોના શરીરના વજનના લગભગ $70\%$ જેટલું હોય છે. વધુમાં, ઔદ્યોગિકીકરણને કારણે પાણી પ્રદૂષિત થઈ રહ્યું છે અને ખૂબ જ ઓછી ટકાવારીમાં મીઠું પાણી ઉપલબ્ધ છે।

(N/A)

નાઈટ્રીફિકેશન	ડીનાઈટ્રીફિકેશન
$(i)$ એમોનિયાનું નાઈટ્રાઈટ્સમાં અને ત્યારબાદ નાઈટ્રેટ્સમાં રૂપાંતર કરવાની પ્રક્રિયા.	$(i)$ નાઈટ્રેટ્સનું મુક્ત નાઈટ્રોજન વાયુ $(N_2)$ માં રૂપાંતર કરવાની પ્રક્રિયા.
$(ii)$ આ એક ઓક્સિડેટિવ પ્રક્રિયા છે જેમાં નાઈટ્રોજન વનસ્પતિઓ માટે વધુ ઉપયોગી સ્વરૂપમાં ફેરવાય છે. ઉદા. નાઈટ્રોસોમોનાસ અને નાઈટ્રોબેક્ટર.	$(ii)$ આ એક રિડક્ટિવ પ્રક્રિયા છે જેમાં નાઈટ્રોજન પાછો વાતાવરણમાં મુક્ત થાય છે. ઉદા. સ્યુડોમોનાસ અને ક્લોસ્ટ્રિડિયમ.

(N/A) વાતાવરણમાંથી ઓક્સિજનનો ઉપયોગ થતી ત્રણ પ્રક્રિયાઓ નીચે મુજબ છે:
$1$. દહન (બળતણનું સળગવું).
$2$. શ્વસન (સજીવો દ્વારા).
$3$. ઓક્સાઈડનું નિર્માણ (દા.ત.,ધાતુઓનું ક્ષારણ).
વાતાવરણમાં ઓક્સિજન પાછો ઉમેરાતી એકમાત્ર પ્રક્રિયા નીચે મુજબ છે:
$1$. પ્રકાશસંશ્લેષણ (લીલી વનસ્પતિઓ દ્વારા).

(N/A) જૈવ-ભૂ-રાસાયણિક ચક્ર એટલે જીવાવરણના સજીવ (જૈવિક) અને નિર્જીવ (અજૈવિક) ઘટકો વચ્ચે પોષક તત્વો અને રાસાયણિક તત્વોનો ચક્રીય પ્રવાહ અથવા હેરફેર.
જીવાવરણના વિવિધ ઘટકો વચ્ચે સ્થાનાંતરિત થતી બે આવશ્યક વસ્તુઓ નીચે મુજબ છે:
$1$. દ્રવ્ય (પોષક તત્વો/રાસાયણિક તત્વો)
$2$. ઉર્જા

(N/A) પ્રકાશસંશ્લેષણ:
$1$. વાતાવરણમાંથી $CO_{2}$ શોષાય છે અને વનસ્પતિઓ દ્વારા કાર્બનિક સંયોજનોમાં રૂપાંતરિત થાય છે.
$2$. તે સૌર ઉર્જાનો ઉપયોગ કરીને $CO_{2}$ અને પાણીને ગ્લુકોઝ $(C_{6}H_{12}O_{6})$ માં રૂપાંતરિત કરે છે.
શ્વસન:
$1$. સજીવો ઉર્જા મેળવવા માટે કોષીય શ્વસન દ્વારા ગ્લુકોઝનું વિઘટન કરે છે.
$2$. આ પ્રક્રિયા આડપેદાશ તરીકે $CO_{2}$ ને ફરીથી વાતાવરણમાં મુક્ત કરે છે,જે કાર્બન ચક્રને પૂર્ણ કરે છે.

(N/A) $(i)$ પ્રકાશસંશ્લેષણ દરમિયાન સૂર્યપ્રકાશની હાજરીમાં લીલી વનસ્પતિઓ દ્વારા $CO_{2}$ નું ગ્લુકોઝમાં રૂપાંતરણ.
$(ii)$ દરિયાઈ પ્રાણીઓ દ્વારા તેમના કવચ બનાવવા માટે દરિયાના પાણીમાં ઓગળેલા કાર્બોનેટ્સનો ઉપયોગ.

(N/A) જીવાવરણ તેના જૈવિક (સજીવ) અને અજૈવિક (નિર્જીવ) ઘટકો વચ્ચેની સતત અને સંતુલિત આંતરક્રિયાને કારણે એક સ્થિર તંત્ર છે,જે ગતિશીલ સંતુલન જાળવી રાખે છે.
$(b)$ જ્યારે જીવાવરણના ઘટકો એકબીજા સાથે આંતરક્રિયા કરે છે,ત્યારે તેમની વચ્ચે દ્રવ્ય (પોષક તત્વો) અને ઉર્જાનું સતત સ્થળાંતર થાય છે,જે જીવન પ્રક્રિયાઓને ટેકો આપે છે અને નિવસનતંત્રનું સંતુલન જાળવી રાખે છે.

(N/A) વિઘટકો એવા સજીવો છે જે વનસ્પતિઓ અને પ્રાણીઓના મૃત અવશેષોમાં રહેલા જટિલ કાર્બનિક પદાર્થોનું સરળ અકાર્બનિક પદાર્થોમાં વિઘટન કરે છે.
નિવસનતંત્રમાં વિઘટકોની ભૂમિકા:
$(i)$ તેઓ મૃત કાર્બનિક પદાર્થોનું વિઘટન કરીને પર્યાવરણને સાફ રાખવામાં મદદ કરે છે,તેથી તેમને કુદરતના સફાઈ કામદારો કહેવામાં આવે છે.
$(ii)$ તેઓ પોષક તત્વોના ચક્રમાં મહત્વની ભૂમિકા ભજવે છે,કારણ કે તેઓ આવશ્યક ખનિજોને જમીનમાં પાછા મુક્ત કરે છે,જેનો ઉપયોગ ઉત્પાદકો (વનસ્પતિઓ) દ્વારા ફરીથી કરવામાં આવે છે.
$(iii)$ તેઓ જટિલ કાર્બનિક સંયોજનોને ઉપયોગી સ્વરૂપમાં રૂપાંતરિત કરીને જીવાવરણમાં પોષક તત્વોનું સંતુલન જાળવવામાં મદદ કરે છે.

(N/A) $(i)$ ઓક્સિજન અને નાઇટ્રોજન બંને ધરાવતા બે જૈવિક રીતે મહત્વપૂર્ણ સંયોજનો નીચે મુજબ છે:
$(a)$ ન્યુક્લિક એસિડ ($DNA$ અને $RNA$): તેમાં નાઇટ્રોજનયુક્ત બેઝ,શર્કરા અને ફોસ્ફેટ સમૂહો હોય છે.
$(b)$ પ્રોટીન: આ એમિનો એસિડના પોલિમર છે,જેમાં એમિનો સમૂહ (નાઇટ્રોજન) અને કાર્બોક્સિલ સમૂહ (ઓક્સિજન) બંને હોય છે.
$(ii)$ નાઇટ્રોજન સ્થાપન કરતા બેક્ટેરિયા (જેમ કે $Rhizobium$) કઠોળ વર્ગની વનસ્પતિઓના મૂળની ગાંઠોમાં જોવા મળે છે. તેઓ વાતાવરણીય નાઇટ્રોજન $(N_2)$ ને દ્રાવ્ય સ્વરૂપમાં જેમ કે નાઇટ્રેટ $(NO_3^-)$ અને નાઇટ્રાઇટ $(NO_2^-)$ માં રૂપાંતરિત કરે છે,જેને વનસ્પતિઓ સરળતાથી શોષી શકે છે અને પ્રોટીન તથા અન્ય નાઇટ્રોજનયુક્ત સંયોજનોના સંશ્લેષણ માટે તેનો ઉપયોગ કરે છે.

(N/A) $(i)$ નાઈટ્રોજન સ્થાપન: આ વાતાવરણીય નાઈટ્રોજનનું પાણીમાં દ્રાવ્ય સંયોજનો (નાઈટ્રેટ્સ અને નાઈટ્રાઈટ્સ) માં રૂપાંતર છે,જે મુક્તજીવી બેક્ટેરિયા અથવા $Rhizobium$ બેક્ટેરિયા દ્વારા થાય છે,જે કઠોળ વર્ગની વનસ્પતિના મૂળમાં મૂળગંડિકાઓ (root nodules) તરીકે ઓળખાતી વિશિષ્ટ રચનાઓમાં જોવા મળે છે. વીજળીના કડાકા દરમિયાન પણ વાતાવરણીય નાઈટ્રોજનનું નાઈટ્રેટ્સ અને નાઈટ્રાઈટ્સમાં રૂપાંતર થાય છે.
$(ii)$ એમોનિફિકેશન: વનસ્પતિઓના મૃત્યુ અને સડવાની પ્રક્રિયાથી એમોનિયા મુક્ત થાય છે. પ્રાણીઓ ઉત્સર્ગ દ્રવ્યો તરીકે એમોનિયા,યુરિયા અને યુરિક એસિડનો ત્યાગ કરે છે. આ નાઈટ્રોજનયુક્ત સંયોજનોનું વિઘટન કરતા બેક્ટેરિયા દ્વારા એમોનિયામાં રૂપાંતર થાય છે,આ પ્રક્રિયાને એમોનિફિકેશન કહેવાય છે.
$(iii)$ નાઈટ્રીફિકેશન: નાઈટ્રીફાઈંગ બેક્ટેરિયા દ્વારા એમોનિયાનું પહેલા નાઈટ્રાઈટ્સમાં અને ત્યારબાદ નાઈટ્રેટ્સમાં રૂપાંતર થાય છે; આ પ્રક્રિયાને નાઈટ્રીફિકેશન કહેવાય છે. વનસ્પતિઓ સામાન્ય રીતે નાઈટ્રેટ્સ અને નાઈટ્રાઈટ્સનું શોષણ કરે છે અને તેને એમિનો એસિડમાં ફેરવે છે,જેનો ઉપયોગ પ્રોટીન બનાવવા માટે થાય છે.
$(iv)$ ડીનાઈટ્રીફિકેશન: જ્યારે વનસ્પતિ કે પ્રાણીઓ મૃત્યુ પામે છે,ત્યારે જમીનમાં રહેલા બેક્ટેરિયા વિવિધ નાઈટ્રોજનયુક્ત સંયોજનોને પાછા નાઈટ્રેટ્સ અને નાઈટ્રાઈટ્સમાં ફેરવે છે. અન્ય પ્રકારના બેક્ટેરિયા,જેમ કે $Pseudomonas$,આ નાઈટ્રેટ્સ અને નાઈટ્રાઈટ્સને ફરીથી મૂળભૂત નાઈટ્રોજન વાયુમાં ફેરવે છે. આ પ્રક્રિયાને ડીનાઈટ્રીફિકેશન કહેવાય છે. આ રીતે આ ચક્ર સતત ચાલતું રહે છે.

(N/A) પ્રકૃતિમાં કાર્બન ચક્ર આપેલી આકૃતિમાં દર્શાવેલ છે.
પર્યાવરણમાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડ $(CO_2)$ ના સ્થાપનની બે મુખ્ય રીતો નીચે મુજબ છે:
$(i)$ પ્રકાશસંશ્લેષણ: લીલી વનસ્પતિઓ વાતાવરણીય $CO_2$ નું શોષણ કરે છે અને સૂર્યપ્રકાશ તથા ક્લોરોફિલની હાજરીમાં તેનું ગ્લુકોઝ $(C_6H_{12}O_6)$ માં રૂપાંતર કરે છે.
$(ii)$ કાર્બોનેટ્સનું નિર્માણ: ઘણા દરિયાઈ પ્રાણીઓ તેમના કવચ અને કંકાલ બનાવવા માટે દરિયાના પાણીમાં ઓગળેલા કાર્બોનેટ્સનો ઉપયોગ કરે છે,જેના દ્વારા કાર્બનનું ઘન સ્વરૂપમાં સ્થાપન થાય છે.

(A) નાઈટ્રોજન ચક્રની આકૃતિના આધારે:
$A$ - એમોનિફિકેશન (Ammonification)
$B$ - એમોનિયા $(NH_3)$
$C$ - નાઈટ્રાઈટ્સ $(NO_2^-)$
$D$ - નાઈટ્રેટ્સ $(NO_3^-)$
$E$ - ડીનાઈટ્રિફિકેશન (Denitrification)
$(b)$ જો પગલું $A$ (એમોનિફિકેશન) ન થાય,તો મૃત વનસ્પતિઓ અને પ્રાણીઓમાં રહેલ કાર્બનિક નાઈટ્રોજનનું એમોનિયામાં રૂપાંતર થશે નહીં. પરિણામે,નાઈટ્રોજન જમીનમાં પાછું ફરી શકશે નહીં,જેનાથી વનસ્પતિઓ માટે નાઈટ્રોજનયુક્ત સંયોજનોની અછત સર્જાશે.
$(c)$ નાઈટ્રોજન સ્થાપન કરતા બેક્ટેરિયા (દા.ત.,રાઈઝોબિયમ) જીવાવરણમાં વાતાવરણીય નાઈટ્રોજન $(N_2)$ ને એમોનિયા જેવા નાઈટ્રોજનયુક્ત સંયોજનોમાં રૂપાંતરિત કરીને મહત્વની ભૂમિકા ભજવે છે,જે વનસ્પતિઓ દ્વારા સરળતાથી શોષી શકાય છે અને પ્રોટીન સંશ્લેષણ માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે.
$(d)$ બે જૈવિક રીતે મહત્વપૂર્ણ સંયોજનો જેમાં ઓક્સિજન અને નાઈટ્રોજન બંને હોય છે તે પ્રોટીન (એમિનો એસિડ) અને ન્યુક્લિક એસિડ ($DNA$ અને $RNA$) છે.

(N/A) કાર્બન ચક્રની આકૃતિના આધારે:
$1$ - કાર્બનિક સંયોજનો (વનસ્પતિઓ)
$2$ - કાર્બનિક સંયોજનો (પ્રાણીઓ)
$3$ - અકાર્બનિક કાર્બોનેટ્સ (કવચ/કોચલા)
$4$ - પાણીમાં રહેલા કાર્બોનેટ્સ
$5$ - ચૂનાનો પથ્થર (લાઇમસ્ટોન)
$(b)$ બે કુદરતી પ્રક્રિયાઓ: શ્વસન અને વિઘટન. એક માનવસર્જિત પ્રક્રિયા: અશ્મિભૂત બળતણનું દહન.
$(c)$ વનસ્પતિઓ માટે પ્રકાશસંશ્લેષણ દ્વારા ખોરાક બનાવવા માટે $CO_2$ જરૂરી છે. જો કે,તે એક પ્રદૂષક છે કારણ કે:
$(i)$ તે ગ્રીનહાઉસ વાયુ છે જે ગરમીને પકડી રાખે છે,જેનાથી પૃથ્વીનું સરેરાશ તાપમાન વધે છે.
$(ii)$ અતિશય $CO_2$ એ ગ્લોબલ વોર્મિંગ અને આબોહવા પરિવર્તન માટેનું મુખ્ય કારણ છે.

(N/A) - પાણી ઘણા બધા પદાર્થોને ઓગાળવાની ક્ષમતા ધરાવે છે.
- પાણી દ્રાવ્ય ખનિજો ધરાવતા ખડકોમાંથી વહે છે.
- આમાંના કેટલાક ખનિજો પાણીમાં ઓગળી જાય છે.
- પરિણામે,નદીઓ જમીન પરથી ઘણા પોષક તત્વોને સમુદ્ર સુધી લઈ જાય છે.
- આ ખનિજો દરિયાઈ સજીવોના અસ્તિત્વ અને વૃદ્ધિ માટે આવશ્યક છે.
$(b)$ - જીવાવરણમાં જૈવિક (સજીવ) અને અજૈવિક (નિર્જીવ) ઘટકો વચ્ચે સતત આંતરક્રિયા થતી રહે છે.
- આ આંતરક્રિયાઓમાં જીવાવરણના વિવિધ ઘટકો વચ્ચે દ્રવ્ય અને ઉર્જાનું સતત સ્થાનાંતરણ થાય છે.
- દ્રવ્ય અને ઉર્જાના પ્રવાહનું આ ચક્ર નિવસનતંત્રનું સંતુલન જાળવી રાખે છે,જે તેને ગતિશીલ છતાં સ્થિર તંત્ર બનાવે છે.

(N/A) કાર્બન ચક્ર પૃથ્વીના વાતાવરણમાં $CO_{2}$ નું પ્રમાણ જાળવી રાખવા માટે અત્યંત મહત્વનું છે. આ સંતુલન ગ્રીનહાઉસ અસર દ્વારા પૃથ્વીનું તાપમાન નિયંત્રિત કરવા માટે જરૂરી છે,જે પૃથ્વી પર જીવન ટકાવી રાખવા માટે અનુકૂળ વાતાવરણ પૂરું પાડે છે.

(N/A) જે ત્રણ રીતો દ્વારા $CO_{2}$ વાતાવરણમાં પાછો ફરે છે તે નીચે મુજબ છે:
$(i)$ મૃત કાર્બનિક પદાર્થોના વિઘટન દ્વારા.
$(ii)$ વનસ્પતિઓ અને પ્રાણીઓ બંને દ્વારા થતા શ્વસનની પ્રક્રિયાના અંતે.
$(iii)$ કોલસો,લાકડું,પેટ્રોલ અને કુદરતી ગેસ જેવા બળતણના દહનથી ઉત્પન્ન થતા વાયુરૂપ કચરા તરીકે.

(N/A) $(i)$ નાઈટ્રોજન સ્થાપન કરતા બેક્ટેરિયા,$e.g.$,$Rhizobium$,$Azotobacter$.
$(ii)$ બેક્ટેરિયા જે જટિલ નાઈટ્રોજનયુક્ત કાર્બનિક સંયોજનો (પ્રોટીન) ને એમોનિયામાં રૂપાંતરિત કરે છે,$e.g.$,$Actinomyces$.
$(iii)$ નાઈટ્રીફાઈંગ બેક્ટેરિયા જે એમોનિયાને નાઈટ્રેટમાં રૂપાંતરિત કરે છે,$e.g.$,$Nitrosomonas$ અને $Nitrobacter$.
$(iv)$ ડીનાઈટ્રીફાઈંગ બેક્ટેરિયા,$e.g.$,$Pseudomonas$.

(D) નાઈટ્રોજન સ્થાપન એ એક પ્રક્રિયા છે જેના દ્વારા વાતાવરણીય નાઈટ્રોજન $(N_2)$ નું એમોનિયા અથવા નાઈટ્રેટ્સ અને નાઈટ્રાઈટ્સ જેવા નાઈટ્રોજનયુક્ત સંયોજનોમાં રૂપાંતર થાય છે.
આ પ્રક્રિયા મુખ્યત્વે નાઈટ્રોજન સ્થાપન કરતા બેક્ટેરિયા દ્વારા કરવામાં આવે છે,જેમ કે $Rhizobium$,જે કઠોળ વર્ગની વનસ્પતિઓની મૂળ ગંડિકાઓમાં અથવા જમીનમાં મુક્ત રીતે રહે છે.
આ બેક્ટેરિયામાં નાઈટ્રોજનેઝ ઉત્સેચક હોય છે,જે નિષ્ક્રિય વાતાવરણીય નાઈટ્રોજનને એવા સ્વરૂપમાં રૂપાંતરિત કરવામાં મદદ કરે છે જેને વનસ્પતિઓ ગ્રહણ કરી શકે છે.
તેથી,સાચી પદ્ધતિ જમીનમાં રહેલા નાઈટ્રોજન સ્થાપન કરતા બેક્ટેરિયાની જૈવિક પ્રક્રિયા છે.

(A) જલચક્ર એ પૃથ્વીની સપાટી પર,ઉપર અને નીચે પાણીની સતત ગતિ છે.
જલચક્રમાં સામેલ મુખ્ય પ્રક્રિયાઓ નીચે મુજબ છે:
$1$. બાષ્પીભવન: સૂર્યની ગરમીને કારણે પાણી પ્રવાહીમાંથી વાયુ (પાણીની વરાળ) માં રૂપાંતરિત થાય છે.
$2$. બાષ્પોત્સર્જન: વનસ્પતિઓ તેમના પાંદડા દ્વારા વાતાવરણમાં પાણીની વરાળ મુક્ત કરે છે.
$3$. વરસાદ (વરસાદ પડવો): પાણી વરસાદ,બરફ અથવા કરાના સ્વરૂપમાં પૃથ્વીની સપાટી પર પાછું આવે છે.
$4$. ઘનીભવન: પાણીની વરાળ ઠંડી પડે છે અને ફરીથી પ્રવાહી પાણીના ટીપાંમાં ફેરવાય છે,જે વાદળો બનાવે છે.
પ્રકાશસંશ્લેષણ એ વનસ્પતિઓ દ્વારા પાણી અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડનો ઉપયોગ કરીને પ્રકાશ ઉર્જાને રાસાયણિક ઉર્જા (ગ્લુકોઝ) માં રૂપાંતરિત કરવાની જૈવિક પ્રક્રિયા છે. જોકે આ પ્રક્રિયામાં પાણીનો વપરાશ થાય છે,પરંતુ તે વૈશ્વિક જલચક્રનો તબક્કો નથી.

(D) કાર્બન ચક્ર જીવાવરણમાં કાર્બનની ગતિનું વર્ણન કરે છે।
$1$. વનસ્પતિઓ પ્રકાશસંશ્લેષણ દ્વારા વાતાવરણમાંથી $CO_{2}$ લે છે અને કાર્બનિક કાર્બન (ગ્લુકોઝ) બનાવે છે।
$2$. પ્રાણીઓ આ વનસ્પતિઓનો ખોરાક તરીકે ઉપયોગ કરે છે, જેનાથી કાર્બનિક કાર્બન તેમના શરીરમાં પ્રવેશે છે।
$3$. જ્યારે પ્રાણીઓ મૃત્યુ પામે છે, ત્યારે વિઘટકો આ કાર્બનિક પદાર્થોનું વિઘટન કરે છે।
$4$. વિઘટન અને શ્વસન દરમિયાન, કાર્બન $CO_{2}$ તરીકે ફરીથી વાતાવરણમાં મુક્ત થાય છે, જેનો ઉપયોગ ફરીથી વનસ્પતિઓ કરી શકે છે।
તેથી, $\text{Organic carbon in animals} \rightarrow \text{decomposers} \rightarrow CO_{2} \text{ in atmosphere} \rightarrow \text{organic carbon in plants}$ એ સાચો ક્રમ છે।

(D) બેક્ટેરિયા દ્વારા જૈવિક નાઈટ્રોજન સ્થાપનની પ્રક્રિયા નાઈટ્રોજનેઝ ઉત્સેચક દ્વારા કરવામાં આવે છે.
આ ઉત્સેચક ઓક્સિજન પ્રત્યે અત્યંત સંવેદનશીલ હોય છે અને તેની હાજરીમાં તે નિષ્ક્રિય થઈ જાય છે.
તેથી,રાઈઝોબિયમ જેવા નાઈટ્રોજન સ્થાપન કરતા બેક્ટેરિયાને અસરકારક રીતે કાર્ય કરવા માટે અજારક (ઓક્સિજન મુક્ત) વાતાવરણની જરૂર હોય છે.
કઠોળ વર્ગની વનસ્પતિઓના મૂળની ગાંઠોમાં,આ વાતાવરણ લેગહિમોગ્લોબિન પ્રોટીન દ્વારા જાળવવામાં આવે છે,જે ઓક્સિજનને શોષી લેવાનું કાર્ય કરે છે.

(B) કાર્બન ચક્ર એ જૈવ-ભૂ-રાસાયણિક ચક્ર છે જેના દ્વારા પૃથ્વીના જીવાવરણ,મૃદાવરણ,જલાવરણ અને વાતાવરણ વચ્ચે કાર્બનનું આદાન-પ્રદાન થાય છે.
પ્રકાશસંશ્લેષણમાં કાર્બનિક સંયોજનો બનાવવા માટે વનસ્પતિઓ દ્વારા $CO_2$ લેવામાં આવે છે.
શ્વસનમાં સજીવો દ્વારા $CO_2$ વાતાવરણમાં પાછો મુક્ત થાય છે.
અશ્મિભૂત બળતણનું દહન સંગ્રહિત કાર્બનને $CO_2$ તરીકે વાતાવરણમાં પાછો મુક્ત કરે છે.
બાષ્પોત્સર્જન એ વનસ્પતિ દ્વારા પાણીનું વહન અને તેના હવાઈ ભાગો જેવા કે પાંદડા,થડ અને ફૂલોમાંથી પાણીનું બાષ્પીભવન થવાની પ્રક્રિયા છે. તે જલચક્રનો ભાગ છે,કાર્બન ચક્રનો નહીં.

(A) પ્રકાશસંશ્લેષણ એ એક જૈવિક પ્રક્રિયા છે જેના દ્વારા લીલી વનસ્પતિઓ,શેવાળ અને અમુક બેક્ટેરિયા પ્રકાશ ઉર્જાનું રાસાયણિક ઉર્જામાં રૂપાંતર કરે છે.
આ પ્રક્રિયા દરમિયાન,ગ્લુકોઝ બનાવવા માટે કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને પાણીનો ઉપયોગ થાય છે અને ઓક્સિજન આડપેદાશ તરીકે વાતાવરણમાં મુક્ત થાય છે.
આ પ્રક્રિયા વાતાવરણીય ઓક્સિજનનો મુખ્ય સ્ત્રોત છે,જે જારક સજીવોના અસ્તિત્વ માટે અનિવાર્ય છે.

(B) આ વિધાન ખોટું છે.
ઓક્સિજન મુખ્યત્વે પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા દ્વારા વાતાવરણમાં પાછો ફરે છે,જેમાં લીલી વનસ્પતિઓ કાર્બન ડાયોક્સાઇડનો ઉપયોગ કરે છે અને આડપેદાશ તરીકે ઓક્સિજન મુક્ત કરે છે. શ્વસન એ એવી પ્રક્રિયા છે જે ઓક્સિજનનો ઉપયોગ કરે છે અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ મુક્ત કરે છે,જે વર્ણવેલ પ્રક્રિયાથી તદ્દન વિરુદ્ધ છે.

(B) ખોટું.
નાઇટ્રોજન સ્થાપનની પ્રક્રિયા $Rhizobium$ અને $Azotobacter$ જેવા નાઇટ્રોજન સ્થાપક બેક્ટેરિયા દ્વારા કરવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયા માટે જવાબદાર ઉત્સેચક,નાઇટ્રોજેનેઝ,ઓક્સિજન પ્રત્યે અત્યંત સંવેદનશીલ છે અને ઓક્સિજનની હાજરીમાં તે નિષ્ક્રિય થઈ જાય છે. તેથી,આ બેક્ટેરિયા નાઇટ્રોજન સ્થાપન અજારક (ઓક્સિજન મુક્ત) પરિસ્થિતિમાં કરે છે અથવા ઉત્સેચકને ઓક્સિજનથી બચાવવા માટે મૂળની ગાંઠોમાં લેગહિમોગ્લોબિન જેવા વિશિષ્ટ વાતાવરણનું નિર્માણ કરે છે.

(FALSE) આ વિધાન ખોટું છે.
વનસ્પતિઓ નાઈટ્રેટ્સ અને નાઈટ્રાઈટ્સનું શોષણ કરે છે અને તેનું એમિનો એસિડમાં રૂપાંતર કરે છે,જેનો ઉપયોગ પ્રોટીન અને અન્ય નાઈટ્રોજનયુક્ત સંયોજનો બનાવવા માટે થાય છે,કાર્બોદિતો બનાવવા માટે નહીં.
કાર્બોદિતોનું સંશ્લેષણ વનસ્પતિઓ દ્વારા પ્રકાશસંશ્લેષણની પ્રક્રિયા દરમિયાન કાર્બન ડાયોક્સાઈડ અને પાણીનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે.

(TRUE) આ વિધાન ખરું છે.
નાઈટ્રોજન વાયુ પૃથ્વીના વાતાવરણનો આશરે $78 \%$ ભાગ ધરાવે છે.
તે સજીવો માટે એક મહત્વપૂર્ણ તત્વ છે કારણ કે તે એમિનો એસિડ (જે પ્રોટીન બનાવે છે),ન્યુક્લિક એસિડ ($DNA$ અને $RNA$),અને વિવિધ વિટામિન્સનો પાયાનો ઘટક છે.

(A) આ વિધાન ખરું છે.
નાઈટ્રોજન સજીવોમાં એક પાયાનું તત્વ છે.
તે એમિનો એસિડનો મુખ્ય ઘટક છે,જે પ્રોટીન બનાવે છે,તેમજ ન્યુક્લિક એસિડ ($DNA$ અને $RNA$) માં પણ હોય છે.
આ ઉપરાંત,નાઈટ્રોજન અન્ય વિવિધ જૈવિક રીતે મહત્વપૂર્ણ સંયોજનોમાં પણ હાજર હોય છે,જેમાં આલ્કલોઈડ્સ (વનસ્પતિઓમાં જોવા મળતા નાઈટ્રોજનયુક્ત કાર્બનિક સંયોજનો) અને યુરિયા (પ્રાણીઓમાં પ્રોટીન ચયાપચયની નાઈટ્રોજનયુક્ત નકામી નીપજ) નો સમાવેશ થાય છે.