वायुमंडल की संरचना और संरचना: भूगोल – UPSC

इस लेख में, आप भूगोल यूपीएससी के लिए वायुमंडल की संरचना और संरचना के बारे में पढ़ने जा रहे हैं ।

वायुमंडल क्या है?

• पृथ्वी के चारों ओर गैसों के आवरण को वायुमंडल कहते हैं। यह बाह्य अंतरिक्ष और जीवमंडल के बीच एक सुरक्षात्मक सीमा बनाता है ।
• वायुमंडल गैसों का एक गतिशील संग्रह है जो लगातार गतिशील और परिवर्तित होता रहता है । ये गैसें पृथ्वी के चारों ओर कई परतें बनाती हैं जो संरचना और तापमान द्वारा शिथिल रूप से परिभाषित होती हैं।
• वर्तमान वायुमंडल की गैसें पृथ्वी के निर्माण के प्रारंभिक चरण का प्रत्यक्ष अवशेष नहीं हैं । ये ज्वालामुखी विस्फोटों, गर्म झरनों, ठोस पदार्थों के रासायनिक विघटन और जैवमंडल से पुनर्वितरण के माध्यम से हुई प्रगति का परिणाम हैं ।
• वायुमंडल जैवमंडलीय पारिस्थितिकी तंत्र का एक महत्वपूर्ण घटक है क्योंकि पृथ्वी की सतह पर जीवन इसी वायुमंडल के कारण है अन्यथा पृथ्वी भी चंद्रमा की तरह बंजर हो जाती।
• यह सूर्य से आने वाली हानिकारक विकिरण से पृथ्वी की रक्षा करता है । यह लघु-तरंग विकिरण (सूर्य से) को आने देकर और दीर्घ-तरंग स्थलीय विकिरण (पृथ्वी की सतह से) को रोककर ग्रीनहाउस के रूप में कार्य करता है।
• सभी जीवों को अपनी जैवभौतिक प्रक्रियाओं को पूरा करने के लिए एक निश्चित तापमान और सौर विकिरण की आवृत्तियों की एक विशिष्ट श्रृंखला की आवश्यकता होती है। वायुमंडल सौर विकिरण की कुछ आवृत्तियों को अवशोषित करता है और कुछ अन्य आवृत्तियों को गुजरने देता है। दूसरे शब्दों में, वायुमंडल सौर विकिरण के प्रवेश को नियंत्रित करता है।
• वायुमंडल पृथ्वी की सतह पर तापमान को भी एक निश्चित सीमा के भीतर रखता है। वायुमंडल के अभाव में पृथ्वी की सतह पर दिन और रात के बीच तापमान में अत्यधिक अंतर होता।
• वायुमंडल उल्कापिंडों जैसी बाह्य-स्थलीय वस्तुओं का भी ध्यान रखता है, जो वायुमंडल (सटीक रूप से मध्यमंडल) से गुजरते समय घर्षण के कारण जल जाती हैं।

वायुमंडल की संरचना

• वायुमंडल में गैसें उदासीन, अनावेशित कणों से बनी होती हैं।
• उत्कृष्ट गैसों को छोड़कर, गैस चरण में परमाणु रासायनिक बंधों में अन्य परमाणुओं के साथ इलेक्ट्रॉनों को साझा करते हैं, ताकि उनकी इलेक्ट्रॉन गणना अधिक स्थिर भरे हुए-कोश विन्यास के करीब पहुंच सके।
• पृथ्वी का वायुमंडल उत्कृष्ट गैस परमाणुओं और कई प्रकार के अणुओं के मिश्रण से बना है।
• वायुमंडल किससे बना है –
  • गैसों
  • भाप
  • विविक्त
• इसके अलावा, इसमें भारी मात्रा में ठोस और तरल कण होते हैं, जिन्हें सामूहिक रूप से एरोसोल कहा जाता है।

गैस

• स्वच्छ, शुष्क वायु का लगभग 99% हिस्सा नाइट्रोजन और ऑक्सीजन से बनता है। शेष गैसें अधिकांशतः निष्क्रिय होती हैं और वायुमंडल का लगभग 1% हिस्सा बनाती हैं।
• ऑक्सीजन , यद्यपि वायुमंडल के कुल आयतन का केवल 21% है, फिर भी गैसों में सबसे महत्वपूर्ण घटक है। सभी जीवित जीव ऑक्सीजन ग्रहण करते हैं। इसके अलावा, ऑक्सीजन अन्य तत्वों के साथ मिलकर ऑक्साइड जैसे महत्वपूर्ण यौगिक बना सकती है। इसके अलावा, ऑक्सीजन के बिना दहन संभव नहीं है।
• नाइट्रोजन कुल वायुमंडलीय आयतन का 78% है। यह एक अपेक्षाकृत निष्क्रिय गैस है और सभी कार्बनिक यौगिकों का एक महत्वपूर्ण घटक है। नाइट्रोजन का मुख्य कार्य ऑक्सीजन को तनु करके दहन को नियंत्रित करना है। यह अप्रत्यक्ष रूप से विभिन्न प्रकार के ऑक्सीकरण में भी मदद करता है।
• कार्बन डाइऑक्साइड, जो शुष्क वायु का केवल लगभग 0.038% है और दहन का एक उत्पाद है। हरे पौधे, प्रकाश संश्लेषण द्वारा , वायुमंडल से कार्बन डाइऑक्साइड अवशोषित करते हैं और इसका उपयोग भोजन बनाने और अन्य जैवभौतिक प्रक्रियाओं को जारी रखने के लिए करते हैं।
  • ऊष्मा का एक कुशल अवशोषक होने के कारण, कार्बन डाइऑक्साइड का जलवायु संबंधी बहुत महत्व माना जाता है। ऊष्मा ऊर्जा बजट में कार्बन डाइऑक्साइड को एक अत्यंत महत्वपूर्ण कारक माना जाता है।
  • जीवाश्म ईंधनों – तेल, कोयला और प्राकृतिक गैस – के बढ़ते दहन के कारण वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड का प्रतिशत खतरनाक दर से बढ़ रहा है।
  • वायुमंडल में अधिक कार्बन डाइऑक्साइड का अर्थ है अधिक ऊष्मा अवशोषण। इससे वायुमंडल के निचले स्तरों पर तापमान में उल्लेखनीय वृद्धि हो सकती है, जिससे जलवायु में भारी परिवर्तन हो सकते हैं।
  • कार्बन डाइऑक्साइड और जल  वाष्प पृथ्वी की सतह से केवल 90 किमी तक ही पाए जाते हैं।
• तीसरी महत्वपूर्ण गैस आर्गन है जो केवल 0.93% है।
• ओज़ोन (03) वायुमंडल में एक और महत्वपूर्ण गैस है, जो वास्तव में एक प्रकार का ऑक्सीजन अणु है जिसमें दो के बजाय तीन परमाणु होते हैं। यह वायुमंडल के आयतन के हिसाब से 0.00006% से भी कम है और असमान रूप से वितरित है। 20 किमी और 25 किमी की ऊँचाई के बीच ओज़ोन की सबसे अधिक सांद्रता पाई जाती है। यह अधिक ऊँचाई पर बनती है और नीचे की ओर प्रवाहित होती है।
  • सूर्य से आने वाली हानिकारक पराबैंगनी विकिरण को रोकने में ओजोन महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
  • वायुमंडल में लगभग नगण्य मात्रा में पाई जाने वाली अन्य गैसें हैं – निऑन, हीलियम, हाइड्रोजन, ज़ेनॉन, क्रिप्टॉन, मीथेन आदि।

जल वाष्प

• वायुमंडल में वाष्प की मात्रा 0 से 5% तक होती है ।
• वायुमंडलीय वाष्प जल निकायों (जैसे समुद्र और महासागर, झीलें, तालाब और पोखर, नदियाँ, आदि), वनस्पति और मृदा आवरण से नमी और पानी के वाष्पीकरण के माध्यम से प्राप्त होता है।
• वाष्प तापमान पर निर्भर करता है और इसलिए ध्रुवों की ओर घटते तापमान के जवाब में यह भूमध्य रेखा से ध्रुव की ओर घटता है।
• 50 डिग्री और 70 डिग्री अक्षांशों पर नम उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में सतही वायु में वाष्प की मात्रा क्रमशः 2.6%, 0.9% और 0.2% (आयतन के अनुसार) है।
• वाष्प की मात्रा ऊपर की ओर घटती जाती है।
• कुल वायुमंडलीय वाष्प का 90% से अधिक भाग 5 किमी की ऊंचाई तक पाया जाता है।
• वायुमंडल में नमी की मात्रा संघनन और वर्षा के कई रूपों का निर्माण करती है जैसे बादल, कोहरा, ओस, वर्षा, पाला, ओलावृष्टि, बर्फ, बर्फबारी आदि।
• वाष्प आने वाले लघुतरंग सौर विकिरण के लिए लगभग पारदर्शी होती है , जिससे विद्युत चुम्बकीय विकिरण तरंगें बिना किसी बाधा के पृथ्वी की सतह तक पहुंच जाती हैं, लेकिन वाष्प बाहर जाने वाले दीर्घतरंग स्थलीय विकिरण के लिए कम पारदर्शी होती है और इसलिए यह पृथ्वी की सतह और वायुमंडल के निचले हिस्से को गर्म करने में मदद करती है, क्योंकि यह स्थलीय विकिरण को अवशोषित कर लेती है।

कणिका तत्व

• वायुमंडल में मौजूद ठोस कणों में रेत के कण (अपक्षयित चट्टानों से और ज्वालामुखीय राख से भी प्राप्त), पराग कण, छोटे जीव, कालिख, समुद्री लवण शामिल हैं ; वायुमंडल की ऊपरी परतों में उल्कापिंडों के टुकड़े भी हो सकते हैं जो वायुमंडल में जल गए हैं।
• ये कण सौर विकिरण को अवशोषित करने, परावर्तित करने और प्रकीर्णन में सहायता करते हैं , जिससे सूर्योदय और सूर्यास्त के समय लाल और नारंगी जैसे आकर्षक रंग दिखाई देते हैं।
• धूल कणों द्वारा सौर विकिरण के चयनात्मक प्रकीर्णन के कारण आकाश का रंग नीला दिखाई देता है।
• नमक के कण आर्द्रताग्राही नाभिक बन जाते हैं और इस प्रकार जल की बूंदों, बादलों तथा विभिन्न प्रकार के संघनन और वर्षण के निर्माण में सहायता करते हैं।
  • आर्द्रताग्राही नाभिक – मुक्त वायु में  एक सूक्ष्म कण (जैसे सल्फर डाइऑक्साइड, नमक, धूल या धुआं) , जिस पर जल वाष्प संघनित होकर बूंदें बना सकता है।

वायुमंडल की संरचना

वायुमंडल को संरचना, घनत्व, दबाव और तापमान भिन्नताओं के अनुसार विभिन्न परतों में विभाजित किया जा सकता है।

रचना के आधार पर:

इसकी संरचना के अनुसार, मोटे तौर पर इसे दो परतों में विभाजित किया गया है-

1. होमोस्फीयर
2. हेटेरोस्फीयर

होमोस्फीयर

• होमोस्फीयर  वायुमंडल के दो-भागीय विभाजन का निचला खंड है  और इसमें आगे तीन क्षेत्र शामिल हैं, अर्थात् क्षोभमंडल, समतापमंडल और मध्यमंडल।
  • क्षोभमंडल पृथ्वी की मौसम परत है। इसमें लगभग सभी मौसम स्थितियाँ समाहित हैं। जैसे-जैसे आप ऊँचाई पर जाते हैं, तापमान कम होता जाता है। यह पृथ्वी की सबसे निचली परत है।
  • समतापमंडल समतापमंडल का मध्य क्षेत्र है।
  • मेसोस्फीयर, होमोस्फीयर की सबसे ऊपरी परत है।
• तीनों क्षेत्रों में वायु की संरचना एक जैसी है। हालाँकि, ऊँचाई बढ़ने के साथ वायु की सांद्रता में उल्लेखनीय कमी आती जाती है।
• यह पृथ्वी की सतह से 80 किमी की ऊंचाई तक फैला हुआ है ।

हेटरोस्फीयर

• हेटरोस्फीयर  वायुमंडल की वह परत है जहां ऊंचाई बढ़ने के साथ आणविक प्रसार द्वारा गैसें अलग हो जाती हैं, जिससे हल्की प्रजातियां भारी प्रजातियों की तुलना में अधिक प्रचुर हो जाती हैं ।
• हेटरोस्फीयर में दो क्षेत्र होते हैं: थर्मोस्फीयर और एक्सोस्फीयर । इन दोनों क्षेत्रों को बाह्य अंतरिक्ष माना जाता है ।
  • थर्मोस्फीयर हेटरोस्फीयर का निचला क्षेत्र है ।
  • बहिर्मंडल , हेटरोस्फीयर का शीर्ष क्षेत्र है ।
• यह 80 किमी से शुरू होकर 10,000 किमी तक विस्तृत है।

तापमान में परिवर्तन के आधार पर

तापमान और घनत्व की विविधता के अनुसार वायुमंडल को पाँच परतों में विभाजित किया जा सकता है :

1. क्षोभ मंडल
2. स्ट्रैटोस्फियर
3. मीसोस्फीयर
4. थर्मोस्फीयर (आयनमंडल)
5. बहिर्मंडल

क्षोभ मंडल:

• क्षोभमंडल  पृथ्वी के वायुमंडल की सबसे निचली परत है । यह भूमध्य रेखा पर 18 किमी, मध्य अक्षांश पर 13 किमी और ध्रुवों पर लगभग 8 किमी तक फैला हुआ है।
• वायुमंडल का अधिकांश द्रव्यमान (लगभग 75-80%) क्षोभमंडल में है।
• भूमध्य रेखा पर मोटाई अधिक होती है, क्योंकि  गर्म हवा अधिक ऊंचाई तक उठती है ।
• क्षोभमंडल  ट्रोपोपॉज़ के साथ समाप्त होता है ।
• इस परत में ऊपर की ओर जाने पर तापमान 5°C प्रति किलोमीटर की दर से गिरता है  , तथा ध्रुवों पर -45°C तथा भूमध्य रेखा पर क्षोभसीमा पर -80°C तक पहुँच जाता है (भूमध्य रेखा के ऊपर तापमान में अधिक गिरावट क्षोभमंडल की अधिक मोटाई – 18 किमी) के कारण होती है।
• तापमान में गिरावट को  ‘लैप्स रेट’ कहा जाता है।  (इसके बारे में आगे की पोस्ट में अधिक जानकारी दी जाएगी)
• क्षोभमंडल  तापमान व्युत्क्रमण , अशांति और भंवरों द्वारा चिह्नित है।
• यह मौसम विज्ञान की दृष्टि से भी पूरे वायुमंडल का सबसे महत्वपूर्ण क्षेत्र है (लगभग सभी मौसमी घटनाएं जैसे वर्षा, कोहरा और ओलावृष्टि आदि इसी परत तक सीमित हैं)।
• इसे  संवहन क्षेत्र भी कहा जाता है , क्योंकि  सभी संवहन ट्रोपोपॉज़ पर रुक जाते हैं ।
• क्षोभमंडल मौसम का रंगमंच है, क्योंकि सभी चक्रवात, प्रतिचक्रवात, तूफान और वर्षा यहीं होती है, क्योंकि सभी जल वाष्प और ठोस कण इसी के भीतर स्थित होते हैं।
• क्षोभमंडल ऋतुओं और जेट धाराओं से प्रभावित होता है।

ट्रोपोपॉज़

• ट्रोपोपॉज़ वायुमंडलीय सीमा है जो क्षोभमंडल को समतापमंडल से अलग करती है।
• यह परत स्थिर तापमान द्वारा चिह्नित है  ।

समताप मंडल:

• यह क्षोभमंडल के ऊपर स्थित है और पूरे विश्व में 50 किमी तक समान रूप से फैला हुआ है।
• इस परत में तापमान कुछ दूरी तक स्थिर रहता है, लेकिन फिर 50 किमी की ऊंचाई पर 0°C के स्तर तक पहुंच जाता है।
• यह वृद्धि ओजोन की उपस्थिति के कारण है   (हानिकारक पराबैंगनी विकिरण ओजोन द्वारा अवशोषित कर लिया जाता है)।
• यह परत  बादलों  और उससे जुड़ी मौसमी घटनाओं से लगभग मुक्त होती है, जिससे  हवाई जहाज उड़ाने के लिए परिस्थितियाँ सबसे आदर्श होती हैं । इसलिए हवाई जहाज निचले समताप मंडल में, और कभी-कभी ऊपरी क्षोभमंडल में उड़ते हैं जहाँ मौसम शांत होता है।
• कभी-कभी,   इस परत में निचले स्तर पर सिरस बादल मौजूद होते हैं।

मध्यमंडल:

• मध्यमंडल 50 से 80 किमी तक फैला हुआ है।
• इस परत में तापमान पुनः कम हो जाता है और अपने न्यूनतम स्तर -90 डिग्री सेल्सियस तक पहुँच जाता है। यद्यपि यह तापमान अलग-अलग हो सकता है।
• समरूप परत मध्यमंडल तक फैली हुई है।
• मध्यमंडल की ऊपरी सीमा पर आयनों की एक परत मौजूद होती है जो दूसरी परत तक फैली होती है।
• आयनों या आवेशित कणों की यह परत रेडियो तरंगों को परावर्तित करने में सहायक होती है और दूरसंचार में मदद करती है।

तापमण्डल:

• थर्मोस्फेयर में   ऊंचाई बढ़ने के साथ तापमान बहुत तेजी से बढ़ता है ।
• आयनमंडल  इसी परत का एक भाग है। यह  80-400 किमी के बीच फैला हुआ है।
• यह परत  रेडियो प्रसारण में मदद करती है । दरअसल, पृथ्वी से प्रसारित रेडियो तरंगें इसी परत द्वारा परावर्तित होकर पृथ्वी पर वापस आ जाती हैं।
• थर्मोस्फेयर के अत्यंत कम दबाव के कारण व्यक्ति को गर्मी महसूस नहीं होगी ।
• अंतर्राष्ट्रीय  अंतरिक्ष स्टेशन और उपग्रह  इसी परत में परिक्रमा करते हैं ।  (यद्यपि तापमान अधिक है, वायुमंडल अत्यंत विरल है – गैस के अणु सैकड़ों किलोमीटर की दूरी पर स्थित हैं। इसलिए इस परत में किसी व्यक्ति या वस्तु को गर्मी का एहसास नहीं होता है)
•  इस परत के निचले भागों में ध्रुवीय ज्योति देखी जाती है।

आयनमंडल:

• यह परत 80 किमी और 400 किमी के बीच स्थित है और एक  विद्युत आवेशित परत है ।
• यह ऊपरी मध्यमंडल से लेकर तापमंडल तक स्थित है।
• आवेशित कण ब्रह्मांडीय किरणों, गामा किरणों, एक्स-रे और पराबैंगनी किरणों की छोटी तरंगदैर्ध्य के अवशोषण द्वारा आयनित हो जाते हैं।
• इसी परत में आने वाले अंतरिक्ष यान और उल्कापिंड घर्षण के कारण गर्म होने लगते हैं।
• सूर्य से आने वाले विकिरण के कारण ऊंचाई के साथ तापमान फिर से बढ़ने लगता है।

बहिर्मंडल

• यह   वायुमंडल की सबसे ऊपरी परत है जो आयनमंडल से लगभग 400 किमी की ऊंचाई तक फैली हुई है।
• हवा अत्यंत विरल है और परत के माध्यम से तापमान धीरे-धीरे बढ़ता है।
• हीलियम और हाइड्रोजन जैसी हल्की गैसें   यहां से अंतरिक्ष में तैरती हैं।
• परत के माध्यम से तापमान धीरे-धीरे बढ़ता है। (क्योंकि यह प्रत्यक्ष सूर्य के प्रकाश के संपर्क में है)
• यह परत अंतरिक्ष के साथ मेल खाती है।

प्रश्नोत्तरी:

1. जेट विमान समतापमंडल में उड़ते हैं, क्षोभमंडल में नहीं।
2. समतापमंडल वह परत है जिसमें ध्रुवीय ज्योति होती है, क्षोभमंडल नहीं।
3. अधिकांश मौसम पैटर्न समताप मंडल में नहीं, बल्कि क्षोभमंडल में पाए जाते हैं।
   सही उत्तर कोड चुनें:
   a) 1, 2
   b) 2, 3
   c) 1, 3
   d) 1, 2, 3

समाधान: सी)

कई जेट विमान समताप मंडल में उड़ान भरते हैं क्योंकि यह बहुत स्थिर होता है।
ऑरोरा, सौर वायु के कारण चुंबकीय मंडल में होने वाली गड़बड़ी का परिणाम है। ये कण, मुख्यतः इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन, ऊपरी वायुमंडल (थर्मोस्फीयर/एक्सोस्फीयर) में अवक्षेपित होते हैं।
क्षोभमंडल पृथ्वी के वायुमंडल की सबसे निचली परत है और लगभग सभी मौसम की स्थितियाँ यहीं उत्पन्न होती हैं।

1. समताप मंडल में ऊंचाई के साथ तापमान बढ़ता है।
2. मध्यमंडल में ऊंचाई के साथ तापमान घटता जाता है।
3. वायुमंडल का सबसे कम तापमान मध्यमंडल के ऊपरी भाग में दर्ज किया जाता है।
4. क्षोभसीमा एक समतापी क्षेत्र है।
   सही उत्तर कोड चुनें:
   a) 1, 2
   b) 1, 2, 3
   c) 3, 4
   d) 1, 2, 3, 4

समाधान: डी)

मध्यमंडल का शीर्ष, जिसे मध्यसीमा कहा जाता है, पृथ्वी के वायुमंडल का सबसे ठंडा भाग है।
ऊपरी मध्यमंडल में तापमान -101 °C (172 K; -150 °F) तक गिर जाता है, जो अक्षांश और मौसम के अनुसार बदलता रहता है।

समतापी परत को वायु के एक ऊर्ध्वाधर स्तंभ के रूप में परिभाषित किया जाता है जिसका तापमान ऊंचाई के साथ स्थिर रहता है।

1. पृथ्वी का 99% वायुमंडल पृथ्वी की सतह से 320 किमी की ऊंचाई तक ही सीमित है।
2. हाइड्रोजन और ऑक्सीजन प्रारंभिक वायुमंडल के प्रमुख घटक थे।

उपरोक्त कथनों में से कौन सा/से गलत है/हैं?

• a) केवल 1
•  b) केवल 2
•  c) 1 और 2 दोनों
•  d) न तो 1 और न ही 2

समाधान: सी)

वायु पृथ्वी के द्रव्यमान का एक अभिन्न अंग है और  वायुमंडल के कुल द्रव्यमान का 99 प्रतिशत पृथ्वी की सतह से 32 किमी की ऊंचाई तक ही सीमित है।

प्रारंभिक वायुमंडल में ऑक्सीजन अनुपस्थित थी। ऑक्सीजन का वायुमंडलीय स्तर तब तक नहीं बढ़ा जब तक कि ऑक्सीजनिक ​​प्रकाश संश्लेषण अच्छी तरह से स्थापित नहीं हो गया।