वायुमंडल की संरचना

 

वायुमंडल किसी ग्रह या अन्य भौतिक पिंड के चारों ओर गैसों की एक परत या परतों का एक समूह होता है, जो उस पिंड के गुरुत्वाकर्षण द्वारा अपने स्थान पर होता है। एक वातावरण के बने रहने की संभावना अधिक होती है यदि वह गुरुत्वाकर्षण के अधीन हो और वातावरण का तापमान कम हो। पृथ्वी का वातावरण नाइट्रोजन (लगभग 78%) ऑक्सीजन (लगभग 21%), आर्गन (लगभग 0.9%), कार्बन डाइऑक्साइड (0.04%) और अन्य गैसों से बना है।

वायुमंडल जीवित जीवों को सौर पराबैंगनी विकिरण, सौर हवा और ब्रह्मांडीय किरणों द्वारा आनुवंशिक क्षति से बचाने में मदद करता है। पृथ्वी के वायुमंडल की वर्तमान संरचना जीवों द्वारा पेलियोएटमॉस्फियर के अरबों वर्षों के जैव रासायनिक संशोधन का उत्पाद है।

वायुमण्डल पृथ्वी का अभिन्न अंग है। यह पृथ्वी को चारों ओर से घेरे हुए है। आम तौर पर यह पृथ्वी की सतह से लगभग 1600 किलोमीटर तक फैला हुआ है। वायुमंडल के कुल भार का 97 प्रतिशत लगभग 30 किलोमीटर की ऊंचाई तक सीमित है।

तापमान और घनत्व की विविधता के अनुसार वातावरण को पांच परतों में विभाजित किया जा सकता है।

क्षोभमंडल

मोटाई के साथ वायुमंडल की सबसे निचली परत:

ध्रुवों पर = 8 किमी

भूमध्य रेखा पर = 16 किमी

• क्षोभमंडल पृथ्वी के वायुमंडल की सबसे निचली परत है।
• वायुमंडल का अधिकांश द्रव्यमान (लगभग 75-80%) क्षोभमंडल में है। अधिकांश प्रकार के बादल क्षोभमंडल में पाए जाते हैं और लगभग सभी मौसम इस परत के भीतर होते हैं।
• क्षोभमंडल का तल पृथ्वी की सतह पर है। क्षोभमंडल समुद्र तल से लगभग 10 किमी (6.2 मील या लगभग 33,000 फीट) ऊपर तक फैला हुआ है।
• क्षोभमंडल के शीर्ष की ऊंचाई अक्षांश के साथ भिन्न होती है (यह ध्रुवों पर सबसे कम और भूमध्य रेखा पर सबसे अधिक होती है) और मौसम के अनुसार (यह सर्दियों में कम और गर्मियों में अधिक होती है)।
• यह भूमध्य रेखा के पास 20 किमी (12 मील या 65,000 फीट) जितना ऊंचा हो सकता है, और सर्दियों में ध्रुवों पर 7 किमी (4 मील या 23,000 फीट) जितना कम हो सकता है।
• क्षोभमंडल के तल पर जमीनी स्तर के पास वायु सबसे गर्म होती है। क्षोभमंडल से ऊपर उठते ही हवा ठंडी हो जाती है। इसलिए ऊँचे पहाड़ों की चोटियाँ गर्मियों में भी बर्फ से ढकी रह सकती हैं।
• वायुदाब और वायु का घनत्व भी ऊंचाई के साथ कम होता जाता है। इसलिए ऊंची उड़ान भरने वाले जेट विमानों के केबिनों पर दबाव पड़ता है।
• क्षोभमंडल के ठीक ऊपर की परत समताप मंडल कहलाती है। क्षोभमंडल और समताप मंडल के बीच की सीमा को “ट्रोपोपॉज़” कहा जाता है।

 

समताप मंडल:

• जब आप ऊपर जाते हैं तो यह वायुमंडल की दूसरी परत होती है।
• क्षोभमंडल, सबसे निचली परत, समताप मंडल के ठीक नीचे है।
• समताप मंडल का तल मध्य अक्षांशों पर जमीन से लगभग 10 किमी (6.2 मील या लगभग 33,000 फीट) ऊपर है।
• समताप मंडल का शीर्ष 50 किमी (31 मील) की ऊंचाई पर होता है।
• समताप मंडल के तल की ऊंचाई अक्षांश और ऋतुओं के साथ बदलती रहती है।
• समताप मंडल की निचली सीमा को ट्रोपोपॉज़ कहते हैं; ऊपरी सीमा को स्ट्रैटोपॉज़ कहा जाता है।

समताप मंडल बहुत शुष्क है; वहां की हवा में थोड़ा जल वाष्प होता है।

• इस वजह से इस परत में कुछ बादल पाए जाते हैं; लगभग सभी बादल निचले, अधिक आर्द्र क्षोभमंडल में होते हैं। ध्रुवीय समतापमंडलीय बादल (पीएससी) अपवाद हैं।
• पीएससी सर्दियों में ध्रुवों के पास निचले समताप मंडल में दिखाई देते हैं।
• वे 15 से 25 किमी (9.3 से5 मील) की ऊंचाई पर पाए जाते हैं और केवल तभी बनते हैं जब उन ऊंचाई पर तापमान -78 डिग्री सेल्सियस से नीचे गिर जाता है।
• वे ओजोन परत में कुख्यात छिद्रों के निर्माण में मदद करने के लिए ओजोन को नष्ट करने वाली कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाओं को “प्रोत्साहित” करते हुए दिखाई देते हैं। PSCs को नेक्रियस क्लाउड भी कहा जाता है।

ओजोन

• ओजोन परत पृथ्वी के वायुमंडल में एक गहरी परत है जिसमें ओजोन होता है जो एक प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला अणु है जिसमें तीन ऑक्सीजन परमाणु होते हैं।
• ये ओजोन अणु समताप मंडल में एक गैसीय परत बनाते हैं।
• समताप मंडल के इस निचले क्षेत्र में ओजोन की अपेक्षाकृत अधिक सांद्रता होती है जिसे ओजोनोस्फीयर कहा जाता है।
• ओजोनमंडल पृथ्वी की सतह से 15-35 किमी (9 से 22 मील) ऊपर पाया जाता है।
• ओजोन परत में ओजोन की सांद्रता आमतौर पर 10 भाग प्रति मिलियन से कम होती है जबकि वायुमंडल में ओजोन की औसत सांद्रता लगभग3 भाग प्रति मिलियन है।

ओज़ोन रिक्तीकरण

• हाल के वर्षों के दौरान, विशेष रूप से ध्रुवीय और उप-ध्रुवीय अक्षांशों में ओजोन के क्षरण की उच्च दर देखी गई है।
• अन्य रासायनिक पदार्थों के बीच क्लोरो-फ्लोरो-कार्बन (सीएफसी) को इस कमी के लिए जिम्मेदार माना जाता है।
• मुख्य ओजोन-क्षयकारी पदार्थों में क्लोरोफ्लोरोकार्बन (सीएफसी), कार्बन टेट्राक्लोराइड, हाइड्रोक्लोरो फ्लोरोकार्बन (एचसीएफसी) और मिथाइल क्लोरोफॉर्म शामिल हैं।
• हैलोन, जिसे कभी-कभी ब्रोमिनेटेड फ्लोरोकार्बन के रूप में जाना जाता है, ओजोन रिक्तीकरण में भी महत्वपूर्ण योगदान देता है।
• उच्च तकनीक वाले क्षेत्रों में सीएफ़सी और अन्य ओजोन क्षयकारी पदार्थों के उपयोग की उच्च दर के कारण, ओजोन परत खतरे में है और इस परत की मोटाई कम हो गई है। इसे ओजोन छिद्र कहते हैं।
• ओजोन परत के ह्रास से न केवल ग्लोबल वार्मिंग हो सकती है बल्कि कैंसर जैसी बीमारी का खतरा भी बढ़ सकता है।

 

मध्यमंडल

• पृथ्वी की सतह से लगभग 80 किमी की ऊंचाई तक, समताप मंडल के ऊपर फैला हुआ है।
• ऊंचाई के साथ तापमान घटता जाता है और यह अपने आधार पर लगभग 0°C से गिरकर 80 किमी की ऊंचाई पर लगभग -100°C हो जाता है
• वायुमंडल की सबसे ठंडी परत।
• निशाचर बादलों की उपस्थिति के लिए जाना जाता है (पानी के बर्फ के क्रिस्टल से बने ये रात के बादल पृथ्वी के वायुमंडल में सबसे ऊंचे बादल हैं।)
• इस परत में उल्कापिंड या गिरते तारे होते हैं।

 

आयनमंडल

• 80 किमी से 400 किमी तक फैली हुई है।
• आयनोस्फीयर मेसोस्फीयर, थर्मोस्फीयर और एक्सोस्फीयर को ओवरलैप करता है।
• यह वातावरण का एक बहुत सक्रिय हिस्सा है और यह सूर्य से अवशोषित ऊर्जा के आधार पर बढ़ता और सिकुड़ता है।
• इसका नाम इस तथ्य से आता है कि इन परतों में गैसें “आयनों” बनाने के लिए सौर विकिरण से उत्तेजित होती हैं, जिनमें विद्युत आवेश होता है।
• आयनोस्फीयर के हिस्से पृथ्वी के मैग्नेटोस्फीयर के साथ ओवरलैप करते हैं।
• यह पृथ्वी के चारों ओर का वह क्षेत्र है जहाँ आवेशित कण पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र को महसूस करते हैं।
• आयनमंडल में, आवेशित कण पृथ्वी और सूर्य दोनों के चुंबकीय क्षेत्रों से प्रभावित होते हैं। यहीं पर औरोरा होता है। ये प्रकाश के चमकीले, सुंदर बैंड हैं जिन्हें आप कभी-कभी पृथ्वी के ध्रुवों के पास देखते हैं।
• वे हमारे वायुमंडल की इस परत में परमाणुओं के साथ परस्पर क्रिया करने वाले सूर्य के उच्च-ऊर्जा कणों के कारण होते हैं।

 

एक्सोस्फीयर

• पृथ्वी के वायुमंडल का सबसे बाहरी भाग।
• बहिर्मंडल के बाहरी भाग को मैग्नेटोस्फीयर कहा जाता है।
• गुरुत्वाकर्षण बल की कमी के कारण इस क्षेत्र में गैसें बहुत विरल हैं।
• अतः यहाँ वायु का घनत्व बहुत कम है।

विकिरण बेल्ट

• इलेक्ट्रॉनों और आवेशित कणों से भरी दो विकिरण पेटियाँ पृथ्वी को घेरे रहती हैं।
• भीतर वाला काफी स्थिर होता है, लेकिन बाहरी समय के साथ सूज जाता है और सिकुड़ जाता है।
• जब आंतरिक पेटी सूज जाती है, तो खतरनाक विकिरण का यह क्षेत्र अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन की कक्षाओं और कई अन्य उपग्रहों को शामिल करने के लिए फैलता है।
• विकिरण बेल्ट के लिए पहला सबूत 1958 में जेम्स वैन एलन द्वारा नासा के पहले मिशन: एक्सप्लोरर 1 अंतरिक्ष यान पर एक ब्रह्मांडीय किरण डिटेक्टर से डेटा का उपयोग करके रिपोर्ट किया गया था।
• विकिरण पेटियों से निकलने वाले कण पृथ्वी के वायुमंडल के रसायन विज्ञान और संरचना को प्रभावित कर सकते हैं।
• विकिरण बेल्ट में सामग्री आवेशित कणों से बनी होती है – एक सामग्री जिसे “प्लाज्मा” कहा जाता है। प्लाज्मा सूर्य को घेरता है और पूरे ब्रह्मांड में व्याप्त है।
• चुंबकीय क्षेत्र आंखों के लिए अदृश्य होते हैं, लेकिन वे पूरे अंतरिक्ष में एक संरचना प्रदान करते हैं जो निर्देशित करता है कि आवेशित कण कैसे चलते हैं।
• वैन एलन रेडिएशन बेल्ट पृथ्वी के गतिशील चुंबकीय वातावरण का एक हिस्सा है, जिसे मैग्नेटोस्फीयर के रूप में जाना जाता है।
• विकिरण बेल्ट दो विशाल डोनट्स की तरह दिखती हैं। पृथ्वी “डोनट होल” के केंद्र में बैठती है।
• तीव्र अंतरिक्ष मौसम की अवधि के दौरान, विकिरण बेल्ट कणों का घनत्व और ऊर्जा अंतरिक्ष यात्रियों, अंतरिक्ष यान और यहां तक ​​कि जमीन पर प्रौद्योगिकियों के लिए खतरा पैदा कर सकती है। विकिरण पेटियों में कुछ कण लगभग प्रकाश की गति से चलते हैं, जो लगभग 186,000 मील प्रति सेकंड है।
• बाहरी विकिरण पेटी आमतौर पर पृथ्वी की सतह से लगभग 8,400 से 36,000 मील ऊपर होती है।

औरोरा बोरियालिस

• औरोरा उच्च अक्षांश क्षेत्रों में वातावरण में देखी जाने वाली एक चमकदार घटना है। यह लुढ़कती रोशनी के रूप में या रंगीन धारियों और किरणों के रूप में प्रकट हो सकता है।
• सूर्य से आवेशित कणों के पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र में प्रवेश से औरोरा उत्पन्न होता है और यह लगभग 100 किमी की ऊंचाई पर होता है।
• यह घटना सन स्पॉट चक्र की तीव्र अवधि के दौरान सबसे अधिक बार होती है। सूर्य के धब्बे सूर्य की सतह पर अपेक्षाकृत गहरे रंग के धब्बे होते हैं और इनका चक्र लगभग 11 वर्षों का होता है।
• उरोरा उत्तरी और दक्षिणी दोनों गोलार्द्धों के उच्च अक्षांश क्षेत्रों में दिखाई देते हैं। उत्तरी गोलार्ध में दिखाई देने वाली औरोरा को औरोरा बोरेलिस या उत्तरी रोशनी कहा जाता है और दक्षिणी गोलार्ध में दिखाई देने वाली रोशनी को औरोरा ऑस्ट्रेलिया या दक्षिणी रोशनी कहा जाता है।
• उत्तरी कनाडा, उत्तरी रूस और ग्रीनलैंड जैसे क्षेत्रों में चुंबकीय ध्रुवों से लगभग 20 डिग्री के क्षेत्रों में औरोरा सबसे अधिक बार दिखाई देता है।
• औरोरा का सौर गतिविधि के साथ विपरीत संबंध प्रतीत होता है – सूर्य के धब्बों का चक्र। वे सबसे मजबूत होते हैं जब सूर्य स्थान चक्र में सौर गतिविधि अपने सबसे कम और इसके विपरीत होती है।

चुंबकीय तूफान

• चुंबकीय तूफान पृथ्वी के मैग्नेटोस्फीयर का एक प्रमुख विक्षोभ है जो तब होता है जब सौर हवा से पृथ्वी के आसपास के अंतरिक्ष वातावरण में ऊर्जा का एक बहुत ही कुशल आदान-प्रदान होता है।
• ये तूफान सौर हवा में भिन्नता के परिणामस्वरूप उत्पन्न होते हैं जो पृथ्वी के चुंबकमंडल में धाराओं, प्लाज़्मा और क्षेत्रों में बड़े परिवर्तन उत्पन्न करते हैं।
• भू-चुंबकीय तूफान बनाने के लिए प्रभावी सौर हवा की स्थिति उच्च गति वाली सौर हवा की अवधि (कई से कई घंटों तक) बनी रहती है और सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि दक्षिण की ओर निर्देशित सौर पवन चुंबकीय क्षेत्र। (पृथ्वी के क्षेत्र की दिशा के विपरीत)
• यह स्थिति सौर पवन से ऊर्जा को पृथ्वी के चुम्बकमंडल में स्थानांतरित करने के लिए प्रभावी है।

 

वायुमंडल का ताप

प्रत्यक्ष सूर्यातप द्वारा:

• यह लघु तरंगों के माध्यम से आने वाले सौर विकिरणों की मात्रा है।
• ओजोन, जल वाष्प आदि के माध्यम से आने वाली लघु तरंग सौर विकिरण के 14% का अवशोषण।

चालन द्वारा:

• पृथ्वी की गर्म सतह के संपर्क में आने वाली वायु, चालन के माध्यम से पृथ्वी की सतह से ऊर्जा प्राप्त करती है और इसे ऊपर की वायु की परतों में स्थानांतरित करती है।
• वायु उष्मा की कुचालक है, अत: जैसे-जैसे ऊँचाई बढ़ती है, उष्मा स्थानान्तरण घटता जाता है

स्थलीय विकिरण द्वारा:

• वायुमंडल को गर्म करने का सबसे महत्वपूर्ण स्रोत।
• पृथ्वी का वायुमंडल सूर्य से आने वाली लघु तरंगदैर्घ्य तरंगों के लिए पारदर्शी और पृथ्वी की सतह से निकलने वाली लंबी विकिरण तरंगों के लिए अपारदर्शी का कार्य करता है। इसलिए स्थलीय विकिरण सौर विकिरण से अधिक वातावरण को गर्म करता है।

संवहन द्वारा:

• किसी द्रव्यमान या पदार्थ के एक स्थान से दूसरे स्थान पर जाने से ऊष्मा का स्थानांतरण
• गर्म हवा के आरोहण और ठंडी हवा के उतरने की क्रियाविधि निचले वातावरण में संवहन धाराएं उत्पन्न करती है।