प्राणवायू प्रकाशातील, अंधारातील

विज्ञानवाटा

डॉ. अनिल लचके

सागराच्या खोल तळाशी सूक्ष्म बुडबुड्याच्या स्वरूपात ऑक्सिजन मोठ्या प्रमाणात आहे. त्याची निर्मिती अंधारात झाल्याने याला ‘डार्क ऑक्सिजन’ म्हणतात. त्यामुळेच पर्यावरणाच्या दृष्टीने सागरी तळाचे महत्त्व अचानक वाढले आहे. ऑक्सिजनचा शोध लागून अडीचशे वर्षे झाली, त्यानिमित्त...

आपल्या जीवनाची सुरुवात पहिला श्वास घेऊन होते. सभोवतालच्या हवेमध्ये प्राणवायू म्हणजे ऑक्सिजन असतो. जीवन जगण्यासाठी त्याची गरज असते. आपल्या आहारात प्रथिनं, मेदाम्लं आणि कर्बोदकं असतात. त्यांचं पचन होताना प्राणवायू आवश्यक असतो. या वायूसह अनेक प्रक्रिया पार पडताना ऊर्जायुक्त रेणू शरीरात तयार होत असतात. प्राणवायू स्वत: जळत नाही, पण ज्वलनाला मदत करतो. जीवसृष्टीमध्ये प्राणवायूचं महत्व अनन्यसाधारण आहे. हवेमध्ये २०.१ टक्के प्राणवायू आहे. पृथ्वीच्या पाठीवर सिलिकॉन आणि ऑक्सिजन मुबलक आहेत. परंतु पृथ्वीची जडणघडण होताना वायुरूपातील ऑक्सिजन वातावरणात नव्हता. अडीचशे कोटी वर्षांपूर्वी वातावरणात प्राणवायू जमा होऊ लागला. दोन ऑक्सिजन एकत्र येऊन वायुरूपी प्राणवायू तयार झाला. मग पृथ्वीच्या वातावरणात प्राणवायूचे प्रमाण कसे वाढत गेले?

सुरवातीला सायनोबॅक्टेरियांमार्फत (नील हरित शैवाल) प्रकाश संश्लेषण (फोटोसिंथेसिस) प्रक्रिया सुरू झाल्या. शैवाल वनस्पती वाढत असताना हरितद्रव्य आणि वातावरणातील कार्बन डायॉक्साईड, पाणी आणि सूर्यप्रकाश या घटकांचा वापर करते. या क्रियांमध्ये ऑक्सिजन वायू जणू ‘उपपदार्थ’ म्हणून तयार होतो. तो वातावरणात मिसळतो. त्याचे प्रमाण २३३ कोटी वर्षांपूर्वी खूप वाढत गेले. याला ‘दि ग्रेट ऑक्सिडेशन इव्हेन्ट’ म्हणतात. आपण श्वसनामार्फत प्राणवायू फुप्फुसात घेतो, तो मूलतः वनस्पतींनी पृथ्वीवर तयार केलेला आहे. रंग, स्वाद, चव नसलेला प्राणवायू जीवसृष्टीचा प्राण आहे, सुदैवाने एक डेरेदार वृक्ष चार व्यक्तींच्या कुटुंबाला वर्षभर पुरेल एवढा प्राणवायू हवेमध्ये सोडतो! शिवाय असा वृक्ष दरवर्षी २२ किलोग्रॅम कार्बन डायऑक्साईड शोषतो.

भरपूर सूर्यप्रकाश असल्यावर वनस्पतींची वाढ उत्तम होते. सूर्यप्रकाश हा विद्युत्‌चुंबकीय लहरींनी तयार झालेला असतो आणि प्रकाश संश्लेषण प्रक्रिया घडून येण्यासाठी ४२५ ते ४५० आणि ६०० ते ७०० नॅनोमीटर (अब्जांश मीटर) लांबीच्या लहरींची गरज असते. अशा रीतीने वसुंधरेवर महाप्रचंड प्रमाणात चाललेल्या प्रकाश संश्लेषणाच्या या प्रक्रियेत प्रकाश ऊर्जेचे रूपांतर रासायनिक ऊर्जेत होते. सूर्यप्रकाशामुळे प्रकाशसंश्लेषण होते. त्यातून जीवसृष्टीला प्राणवायू मिळतो. पुरेसा प्राणवायू उपलब्ध असल्याने वसुंधरेवर चैतन्यमयी वातावरण तयार होऊन नानाविध प्रकारची जीवसृष्टी बहरू लागली. हा झाला प्रकाशातील प्राणवायू. मग अंधारात प्राणवायू तयार होत नाही का? काही संशोधकांच्या मते अंधारातही प्राणवायू तयार होतो! पण कसा?

पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर २७% सिलिकॉन आणि ४६.६% ऑक्सिजन आहे. ऑक्सिजन हे मूलद्रव्य सिलिकॉन ऑक्साईडच्या स्वरूपात मोठ्या प्रमाणात असते. अनेक धातूंच्या ऑक्साइडमध्ये ऑक्सिजन बंदिस्त झाला आहे. उदा. हिमॅटाइट (दोन आयर्न+ तीन ऑक्सिजन), मॅग्नेटाईट (तीन आयर्न+ चार ऑक्सिजन) वगैरे. खोलसागरी पाण्यात अनेक धातूंचे ऑक्साइड्स मोठ्या प्रमाणात आहेत. याला ‘पॉलिमेटॅलिक ऑक्साइड्स’ म्हणतात. त्या धातूंमध्ये बॅटरींच्या उत्पादनासाठी उपयुक्त असलेले लिथियम, कॉपर, कोबाल्ट, मँगेनीज, निकेल यांचा समावेश आहे. त्याचं स्वरूप ‘नोड्यूल्स’, म्हणजे गोळे, गुठळ्या, लगडी असे असून आकार बटाट्यांएवढा आहे. ऑक्सिजन मूलद्रव्य त्या गुठळ्यांमध्ये जणू गुंतलेले आहे. त्यातील ऑक्सिजन प्राणवायूप्रमाणे मुक्त नाही, तर बॉंडिंगमुळे बंदिस्त आहे. प्रशांत महासागराच्या पाण्याखाली चार किलोमीटर खोलीवर पूर्ण अंधारात धातूंचे ऑक्साइड्स आहेत. स्वच्छ सागरी पाण्यात सूर्यप्रकाश जास्तीत जास्त २०० मीटरपर्यंत (६५६ फूट) पोहोचू शकतो.

अंधारातील प्राणवायू

सागराच्या तळाशी असलेल्या पॉलिमेटॅलिक गोट्यांजवळ ‘बेन्थिक चेंबर’ उपकरणाची योजना ब्रिटनच्या प्रो. स्वीटमननी केली. ते नियोजित जागी बनलेल्या प्राणवायूसहित इतर घटकांचे रासायनिक पृथक्करण करते. संशोधकांना तेथे प्राणवायूचे लक्षणीय प्रमाण आढळले. पॉलिमेटॅलिक गोट्यांमध्ये विशिष्ट प्रकारचे ‘भू-विद्युत घट’ (जिओ-बॅटरी) तयार होतात. यामुळे एक व्होल्ट दाबाचा सूक्ष्मविद्युतप्रवाह निर्माण होतो. या ऊर्जेच्या जोरावर पाण्याचे विद्युत-विघटन (इलेक्ट्रोलिसिस) होऊन हायड्रोजन आणि प्राणवायू तयार होतो. सूक्ष्म बुडबुड्याच्या स्वरूपातील ऑक्सिजन वाटेत काही सूक्ष्मजीव वापरतात; पण उरलेला वातावरणात येतो. या प्राणवायूची निर्मिती अंधारात झाल्याने याला ‘डार्क ऑक्सिजन’ म्हणतात. पर्यावरणाच्या दृष्टीने सागरी तळाचे महत्व आहे. ४४ देशांतील आठशे संशोधकांनी सागरी तळाशी प्राणवायू बनवणारे मौल्यवान गोटे वाचवावेत म्हणून प्रयत्न सुरू केले आहेत. कारण मोटारींच्या बॅटरीला लागणारी मूलद्रव्ये मिळवण्यासाठी काही उद्योजक सागरातील मौल्यवान गोटे बाहेर काढण्यासाठी झगडत आहेत. त्यांना प्रतिबंधाची मागणी पर्यावरणप्रेमींची आहे.

प्रो. स्वीटमन ब्रिटनमधील स्कॉटिश असोसिएशन फॉर मरिन सायन्स या प्रयोगशाळेत संशोधन करतात. त्यांनी चालू महिन्यात (जुलै) डार्क ऑक्सिजन संबंधीचे निष्कर्ष विशद करणारा एक शोधनिबंध ‘नेचर जिओसायन्स’ या नियतकालिकात प्रसिद्ध केला आहे. सूर्यप्रकाशात तयार झालेला प्राणवायू आणि गर्द अंधारात समुद्राच्या तळाशी तयार झालेला प्राणवायू रासायनिक दृष्टीने शुद्धच असतो!

प्राणवायू अडीचशे वर्षांपूर्वी अज्ञात होता. ब्रिटिश रसायनशास्त्रज्ञ जोसेफ प्रीस्टली हे बहुआयामी व्यक्तिमत्व होते. त्यांनी अडीचशे वर्षांपूर्वी, १ ऑगस्ट १७७४ रोजी प्रयोगशाळेमध्ये एक वायू तयार केला होता. त्यांनी एका नलिकायुक्त चंबूमध्ये (बकपात्रा) मर्क्युरिक ऑक्साईड (शेंदूर, हिंगूळ) ठेवले. त्याला उष्णता दिल्यावर मर्क्युरीक ऑक्साईडचे विघटन होऊन एक वायू नळीतून बाहेर पडला. तो त्यांनी पाण्याचे अपसरण करून गोळा केला. त्या काळात ज्वलनाचे स्पष्टीकरण फ्लॉजिस्टॉन या संकल्पनेने केले जायचे म्हणून नवीन वायूला त्यांनी ‘डी-फ्लॉजिस्टीकेटेड एअर’ नाव दिले. या वायूमध्ये जळती काडी एकदम प्रज्वलित व्हायची. उंदीर तरतरीत व्हायचा. तोच वायू स्वीडनच्या कार्ल विल्हेम शीले यांनी आधीच (१७७३) तयार केला होता. तथापि, जोसेफ प्रीस्टली यांची प्राणवायूविषयक निरीक्षणे प्रथम प्रकाशित झाल्यामुळे कार्ल विल्हेम शीलेपेक्षा जोसेफ प्रीस्टली यांचे नाव पुढे आले. प्रीस्टली यांनी पेटलेल्या मेणबत्तीवर एक काचेची हंडी ठेवली.

काही क्षण गेल्यावर मेणबत्ती विझली. मेणबत्ती जळताना विशिष्ट आणि आवश्यक घटक संपला म्हणून विझली, असा निष्कर्ष त्यांनी काढला. मात्र या दोन्ही शास्त्रज्ञांना ऑक्सिजन हे मूलद्रव्य आहे, हे लक्षात आलेले नव्हते. फ्रान्सचे शास्त्रज्ञ अँटोनी लॅव्हाझिए यांनी १७७८मध्ये ऑक्सिजन आणि १७८५मध्ये हायड्रोजन ही दोन्ही मूलद्रव्ये असल्याचे सप्रयोग सिद्ध केले. पाणी तयार होण्यासाठी दोन हायड्रोजन आणि एक ऑक्सिजन लागतो, हे सिद्ध करण्यासाठी ते सतत पाच वर्षे प्रयोग करत होते. तत्कालीन आघाडीवरील शास्त्रज्ञांचे प्रयोग आणि निष्कर्ष एकत्रित करून त्यांनी आधुनिक रसायनशास्त्राचा पाया रचला. सजीव सृष्टीला सातत्याने संजीवन लाभावे म्हणून प्राणवायू प्राणपणाला लावून मदत करतो, हे नक्कीच. मग तो प्रकाशातील असो वा तिमिरातील!