वायुमंडल

वायुमंडल

वायुमंडल एक प्रकार का गैसीय कण है, जो कई सौ किलोमीटर की मोटाई में पृथ्वी को घेरे हुए है। यह कई प्रकार की गैसों का एक यांत्रिक संयोजन है, जो पृथ्वी के आकर्षण के कारण इसके चारों ओर बंधे हैं। वायुमंडल के कारण पृथ्वी पर जीवन संभव है। इस तरह, वायुमण्डल संपूर्ण प्रकृति के अस्तित्व के साथ-साथ मानव जीवन के अस्तित्व के लिए एक आवश्यक तत्व है। वायुमंडल के कुल द्रव्यमान का 99% पृथ्वी की सतह से 32 किमी की ऊँचाई तक स्थित है।

वायुमंडल के संघटन

गैस

वायुमंडल में गैसों का अनुपात निश्चित है, लेकिन ऊंचाई के साथ इस अनुपात में भी अंतर है। भारी गैस (कार्बन डाइऑक्साइड, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन आदि) वायुमंडल के निचले स्तर और हल्के गैस (हीलियम, नियोन, क्रिप्टन, आदि) ऊपरी स्तर पर पाए जाते हैं। 120 किमी की ऊँचाई पर ऑक्सीजन की मात्रा नगण्य हो जाती है। इसी प्रकार, पृथ्वी की सतह से 90 किमी की ऊँचाई तक कार्बन डाइऑक्साइड पाया जाता है। कार्बन डाइऑक्साइड सौर विकिरण के लिए पारदर्शी है, लेकिन पार्थिक विकिरण के लिए अपारदर्शी है। इस कारण यह ग्रीन हाउस प्रभाव के लिए जिम्मेदार है और वर्तमान में जीवाश्म ईंधन के दहन के कारण इसकी मात्रा भी बढ़ रही है। ओजोन 10 से 50 किमी के बीच पाया जाता है, जो सूर्य से आने वाली पराबैंगनी किरणों को अवशोषित करता है और उन्हें पृथ्वी पर आने से रोकता है।

वायुमण्डल की स्थायी गैसे

घटक	सूत्र	द्रव्यमान (प्रतिशत )
नाइट्रोजन	N2	78.8
ऑक्सीजन	O2	20.95
ऑर्गन	Ar	0.93
कार्बन डाइऑक्साइड	CO2	0.036
निऑन	Ne	0.002
हीलियम	He	0.0005
क्रिप्टॉन	Kr	0.001
जेनॉन	Xe	0.00009
हाइड्रोजन	H2	0.00005

जलवाष्प 

जल वाष्प वायुमंडल का सबसे परिवर्तनशील तत्व है। धरातल के पास इसकी मात्रा 1 से 4% तक पाई जाती है। जल वाष्प जलीय क्षेत्रों, मिट्टी और वनस्पतियों के वाष्पीकरण के माध्यम से वायुमंडल में पहुंचता है। जल वाष्प की यह मात्रा तापमान और ऊंचाई से प्रभावित होती है। उष्ण कटिबन्ध में धरातलीय वायु में वाष्प का प्रतिशत 2.6 होता है, जबकि 50 डिग्री अक्षांश पर 0.9 % तथा 70 डिग्री अक्षांश के आस-पास 0.2 रहता है।

इसी तरह, भूतल से 5 किमी तक जल वाष्प का 90% हिस्सा रहता है। ऊपर जाते ही वाष्प की मात्रा कम हो जाती है। जल वाष्प के कारण, सभी प्रकार के संघनन और वर्षा और उनके विभिन्न रूप बादल, तुषार, बर्फ, ओस आदि बनते हैं।

जल वाष्प सूर्य की किरणों के लिए पारदर्शी होता है, जिससे सूर्य की किरणें बिना किसी रुकावट के जमीन पर पहुँचती हैं। लेकिन यह पृथ्वी से विकसित होने वाली तरंगों के लिए यह अपेक्षाकृत कम पारदर्शक होती है, जो पृथ्वी को गर्म रखने में मदद करती है। इस तरह, जल वाष्प पृथ्वी के लिए एक कंबल का काम करता है।

धूलकण

वातावरण में छोटे ठोस कणों को समाहित करने की क्षमता भी होती है। ये छोटे कण विभिन्न स्रोतों से हैं; जैसे समुद्री नमक, महीन मिट्टी, धुएँ के कण, राख, पराग, धूल और उल्का, आदि के टूटे हुए कणों से निकलते हैं। धूल के कण आमतौर पर वायुमंडल के निचले हिस्से में मौजूद होते हैं, फिर भी संवहन हवा का प्रवाह उन्हें काफी ऊंचाई तक ले जा सकता है।

धूलकणों का सबसे अधिक जमाव उपोष्णकटिबंधीय और समशीतोष्ण क्षेत्रों में शुष्क हवा के कारण होती है, जो उष्णकटिबंधीय और ध्रुवीय क्षेत्रों की तुलना में अधिक मात्रा में यहां होती है। धूल और नमक के कण आर्द्रताग्राही केंद्र के रूप में कार्य करते हैं जिसके चारों ओर जल वाष्प संघनित होता है और बादलों का निर्माण करता है।

वायुमण्डल का रासायनिक संघटन

रासायनिक संघटन के दृष्टिकोण से वायुमण्डल के दो भागों में विभक्त किया जाता है !

1. सममण्डल

सममण्डल मुख्य रूप से ऑक्सीजन नाइट्रोजन, ऑर्गन, कार्बन डाइऑक्साइड आदि गैसों से बना है। सममण्डल की ऊंचाई समुद्र तल से 80 किमी ऊपर बताई गई है। तापमान के आधार पर, इस मंडल के 3 उप-विभाजन हैं – क्षोभमंडल, समताप मंडल और मध्य क्षेत्र, वायुमंडल की इन तीन परतों में पाए जाने वाले गैसों का अनुपात नहीं बदलता है, इसलिए इसे सममण्डल (होमोस्फीयर) कहा जाता है।

2. विषममण्डल

भूमध्य रेखा के 80 किमी के ऊपर विषममण्डल (Heterosphere) का विस्तार है। इसमें आयनमंडल और बाह्यमंडल शामिल हैं। यहाँ वायु की गैसीय संरचना में विषमता पाई जाती है।

विषममण्डल को चार भागों में बाँटा जा सकता है :-

I.             पहली परत में नाइट्रोजन का विस्तार है, जो 80 किमी से 200 किमी के बीच फैला है।

II.            नाइट्रोजन परत के ऊपर परमाण्विक ऑक्सीजन परत पाई जाती है।

III.           तीसरी परत हीलियम परत है, जो 1100 किमी से 1700 किमी के बीच फैला है।

IV.          ऊपरी परत हाइट्रोजन परत है, जिसका विस्तार 1700 किमी से 2600 किमी के बीच है।

वायुमण्डल की संरचना

वायुमण्डल की संरचना को निम्न प्रकार से वर्गीकृत किया जा सकता है :-

क्षोभमण्डल

क्षोभमण्डल (ट्रोपोस्फीयर) वायुमंडल की सबसे निचली परत है, जिसकी लंबाई 8 -18 किमी है। क्षोभमंडल की ऊँचाई भूमध्य रेखा पर अधिक (18 किमी) और ध्रुवीय मैदानों में कम (8 किमी) पाई जाती है। यह भिन्नता संवहन के कारण होती है। क्षोभमंडल की ऊंचाई में एक ऋतुवत परिवर्तन होता है। जाड़े की अपेक्षा गर्मी में इसकी सीमा ऊँची हो जाती है। वायुमंडल में मौजूद 95% गैसें क्षोभमंडल में पाई जाती हैं।

धरातल में पाए जाने वाले जीवों का सम्बन्ध इसी मण्डल से है। ध्रुव को छोड़कर क्षोभमण्डल में ऊंचाई के साथ तापमान में कमी आती है। अर्थात ऊंचाई के साथ तापमान में प्रति 1 किमी 6.5 डिग्री C की कमी आती है, जिसे सामान्य ताप ह्रास दर (normal lapse rate) कहते है।

क्षोभमंडल में मौसमी घटनाओं का विशेष महत्व है। मौसम की लगभग सभी घटनाएँ – कोहरा, बादल, ओलावृष्टि, ठंढ, तूफान, गरज, बिजली, आदि इस भाग में होती हैं। क्षोभमंडल और समताप मंडल के बीच की 1.5 किमी परत को क्षोभसीमा कहा जाता है। इस अनुभाग में सभी प्रकार के मौसमी परिवर्तन स्थगित हो जाते हैं।

समतापमण्डल

समताप मंडल समुद्र तल से 50 किमी उचाई तक विस्तृत है। संक्रमण बेल्ट जमीन से लगभग 30 किमी की ऊंचाई तक पाया जाता है। इस बेल्ट के ऊपर का तापमान ऊंचाई के साथ तेजी से बढ़ता है।

ग्रीष्म ऋतू में समतापमण्डल तापमान में अक्षांशों के साथ वृधि ध्रुवों तक बनी रहती है, किन्तु शीत ऋतू में 50 -60 डिग्री अक्षांश के बीच समतापमण्डल सबसे अधिक गर्म रहता है। 60 डिग्री अक्षांश से ध्रुवों की ओर तापमान पुनः घट जाता है। इस मण्डल की मोटाई ध्रुवों पर सबसे अधिक होती है, तथा कभी – कभी विषुवत रेखा पर समताप मण्डल का बिलकुल लोप हो जाता है।

आम तौर पर यहां बादल नहीं पाए जाते हैं, लेकिन कभी-कभी दुर्लभ बादल जैसे “मदर ऑफ पर्ल” बादल तब दिखाई देते हैं जब जल वाष्प उपलब्ध होता है। बादलों और जल वाष्प की अनुपस्थिति और ऊर्ध्वाधर हवाओं की अनुपस्थिति के कारण, यह परत उड़ान जेट के लिए उपयुक्त है।

इस वृत्त के निचले भाग में तापमान लगभग 20 किमी की ऊँचाई तक स्थिर रहता है, लेकिन ऊपरी भाग में तापमान 50 किमी की ऊँचाई तक बढ़ जाता है, क्योंकि समताप मंडल में ओज़ोन परत पाई जाती है। यह ओजोन परत (मुख्य रूप से 20-30 किमी) सूर्य से पृथ्वी की ओर हानिकारक पराबैंगनी किरणों को अवशोषित करके पृथ्वी पर बसे जीवन की रक्षा करती है। सूर्यतप के अवशोषण के कारण इसका तापमान बढ़ जाता है। समताप मंडल, समताप सीमा (stratosphere) के ऊपर पाया जाता है, जो समतापमण्डल को मध्यमण्डल से अलग करता है।

मध्यमण्डल

मध्यमण्डल (मेसोस्फीयर) का विस्तार समताप मंडल के ऊपर समुद्र तल से 80 किमी ऊपर पाया जाता है। बीच में ऊंचाई के साथ तापमान घटता जाता है। यहां का न्यूनतम तापमान 90 डिग्री सेल्सियस है, और कभी-कभी न्यूनतम तापमान 80 किमी की ऊंचाई पर 100 डिग्री सेल्सियस के आसपास पाया जाता है। मध्यमण्डल की ऊपरी सीमा जिसके ऊपर जाने पर तापमान में वृद्धि होती जाती है, माध्य सीमा (mesopause) कहलाती है। बीच में ऊंचाई के साथ हवा का दबाव कम हो जाता है। 50 किमी की ऊंचाई पर 01 मिलिबार दबाव और 90 किमी की ऊंचाई पर 0.01 मिलीबार दबाव है।

तापमण्डल उष्मामण्डल

माध्य सीमा के ऊपर का वायुमंडलीय भाग (80 किमी से ऊपर अनिश्चित ऊंचाई तक), तापमण्डल के निचले हिस्से में ऑक्सीजन तथा नाइट्रोजन क्रमशः आण्विक एवं परमाण्विक रूप से पाया जाता है, लेकिन 2000 किमी की ऊंचाई पर आणविक ऑक्सीजन की मात्रा आणविक नाइट्रोजन से अधिक है।

थर्मोस्फीयर में ऊंचाई के साथ तीव्रता में वृद्धि होती है और 350 किमी की ऊंचाई पर 1200 ° K का तापमान पाया जाता है। इस तरह के एक उच्च तापमान का कारण तापमण्डल के आणविक ऑक्सीजन के साथ-साथ 0.2μm माइक्रोन से छोटी तरंग दैर्ध्य के साथ पराबैंगनी किरणों का अवशोषण नहीं हो पाता है, साथ ही आने वाली छोटी तरंग किरणों को फिर से विकीर्ण करने में असमर्थता है। तापमान इसकी ऊपरी सीमा पर 1700 ° K तक बढ़ जाता है। इस परत के निचले हिस्से को आयनमंडल और ऊपरी हिस्से (640 किमी से ऊपर) को बाह्यमंडल (exosphere) कहा जाता है।

आयनमण्डल

 यह आयनमंडल में प्रचलित उच्च विद्युत चालकता है जो रेडियो तरंगों को पृथ्वी पर वापस लाती है। यह 80- 640 किमी की ऊंचाई तक फैला हुआ है। यहां मौजूद गैस के कण विद्युत आवेशित होते हैं। आयनमंडल में, उत्तरी ध्रुवीय प्रकाश (औरोरा बोरेलिस) और दक्षिणी ध्रुवीय प्रकाश (अरोरा ऑस्ट्रलिस) देखे जाते हैं।

 ध्रुवीय ज्योति उच्च अक्षांशीय और उप-ध्रुवीय क्षेत्रों में एक महत्वपूर्ण घटना है। यह सूर्य से पृथ्वी की ओर आने वाले आवेशित कणों के कारण चुंबकीय क्षेत्र में 100 किमी की ऊँचाई पर उत्पन्न होता है। यह सौंर कलंकों की अधिकता की अवधि में अधिक प्रबल होता है।

सौर कलंक

यह सूर्य के तल पर पाए जाने वाले धब्बों को कहते हैं। इन धब्बों का चक्र 11 साल होता है। जब सूर्य के तल पर धब्बे बहुत बड़े होते हैं और उनकी संख्या अधिकतम होती है, तो ध्रुवीय प्रकाश उत्तरी, दक्षिणी गोलार्ध में उच्च अक्षांश पर दिखाई देता है।

बाह्यमंडल एवं चुम्बकीय मण्डल

बाह्यमंडल एवं चुम्बकीय मण्डल का विस्तार अनंत है और इसकी शीर्ष परत अंतरिक्ष में विलीन हो जाती है और इसकी हवा बहुत विरल होती है। यहाँ केवल सौर हवा द्वारा प्राप्त इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन के कण पाए जाते हैं। आवेशित कण 3000 और 16000 किमी के बीच दो स्ट्रिप्स में केंद्रित हैं। इसे वैन एलेन विकिरण पट्टी कहा जाता है।

वायुमंडल की स्थायी गैसे

घटक	सूत्र	द्रब्यमान(%)
नाइट्रोजेन	N2	78.8
ऑक्सीजन	O2	20.95
आर्गन	Ar	0.93
कार्बन डाई ऑक्साइड	co2	0.036
निऑन	Ne	0.002
क्रिप्टोन	Kr	0.001
ज़ेनॉन	Xe	0.00009
हाइड्रोजन	H2	0.00005
हीलियम	He	0.0005