जलवायु विज्ञान: एक नज़र में
वायुमंडल की परतें, गैसें और ऊष्मा के स्थानांतरण की प्रक्रियाएँ मौसम और जलवायु कैसे बनाती हैं
वायुमंडल की पाँच परतें
क्षोभमंडल से बहिर्मंडल तक।
99% द्रव्यमान 32 km के भीतर
लगभग सारा द्रव्यमान सतह के पास है।
तीन परिसंचरण कोशिकाएँ
हैडली (Hadley), फेरल (Ferrel) और ध्रुवीय।
चार वायुदाब पेटियाँ
सूर्य की मौसमी स्थिति के साथ खिसकती हैं।
पृथ्वी का वायुमंडल किन चीज़ों से बना है और यह हमें गर्म कैसे रखता है?
वायुमंडल किससे बना है और इसकी परतें कैसी हैं?
- वायु गैसों का मिश्रण है: इसमें लगभग 78% नाइट्रोजन और लगभग 21% ऑक्सीजन होती है, जबकि बाकी लगभग 1% में कार्बन डाइऑक्साइड, आर्गन, हीलियम, ओज़ोन और हाइड्रोजन होती हैं। इसके अलावा धूल के बहुत छोटे कण भी होते हैं।
- पौधे सीधे हवा से नाइट्रोजन नहीं ले सकते। मिट्टी के जीवाणु इसे ऐसे रूप में बदलते हैं जिसे पौधे ले सकें। हरे पौधों से निकलने वाली ऑक्सीजन, साँस लेने में खर्च हुई ऑक्सीजन की भरपाई करती है।
- वायुमंडल की पाँच परतें हैं। क्षोभमंडल सबसे महत्वपूर्ण है, क्योंकि बारिश, कोहरे और ओलों जैसी लगभग सभी मौसमी घटनाएँ इसी में होती हैं। यह लगभग 13 km की ऊँचाई तक फैला है।
- इसके ऊपर समतापमंडल (~50 km तक, जिसमें ओज़ोन परत है), मध्यमंडल (~80 km तक, जहाँ उल्काएँ जल जाती हैं), तापमंडल (इसका आयनमंडल वाला भाग रेडियो तरंगों को परावर्तित करता है) और अंत में बहिर्मंडल है, जो धीरे-धीरे अंतरिक्ष में मिल जाता है।
- वायुमंडल के कुल द्रव्यमान का लगभग 99% हिस्सा सतह से केवल 32 km के भीतर है। लगभग 120 km से ऊपर आणविक ऑक्सीजन (O2) कम होने लगती है और अधिक ऊँचाई पर परमाण्विक ऑक्सीजन (O) प्रमुख हो जाती है। जलवाष्प मुख्य रूप से सबसे निचले कुछ किलोमीटर में रहती है।
ग्रीनहाउस प्रभाव पृथ्वी को गर्म कैसे करता है?
- कार्बन डाइऑक्साइड पृथ्वी से निकलने वाली ऊष्मा को रोककर ग्रीनहाउस गैस का काम करती है। इसके बिना पृथ्वी इतनी ठंडी होती कि जीवन संभव नहीं होता।
- वायुमंडल आने वाले सौर (लघु तरंग) विकिरण की तुलना में पृथ्वी से बाहर जाने वाले पार्थिव (दीर्घ तरंग) विकिरण से अधिक गर्म होता है। सूर्य का अधिकांश प्रकाश सीधे वायुमंडल से होकर ज़मीन को गर्म करता है। फिर ज़मीन से दोबारा निकलने वाले दीर्घ तरंग विकिरण को ग्रीनहाउस गैसें अच्छी तरह अवशोषित करती हैं।
- कारखानों के धुएँ और गाड़ियों के उत्सर्जन से बढ़ने वाली CO2 तापमान को और बढ़ाती है। इसे वैश्विक तापन कहते हैं। इससे ध्रुवों की बर्फ पिघलती है, समुद्र का स्तर बढ़ता है और तटीय क्षेत्रों में बाढ़ आ सकती है।
- धूल के कण समुद्री नमक, मिट्टी के महीन कणों, धुएँ और कालिख, राख, परागकणों और यहाँ तक कि जल चुकी उल्काओं से भी आते हैं। जलवाष्प इनके चारों ओर संघनित होती है और इसी तरह बादल बनने की शुरुआत होती है।
Q1. सही या गलत: वायुमंडल के कुल द्रव्यमान का लगभग 99% हिस्सा सतह से केवल 32 km के भीतर है।
Q2. सही या गलत: वायुमंडल आने वाले सौर विकिरण की तुलना में पृथ्वी से बाहर जाने वाले पार्थिव विकिरण से अधिक गर्म होता है।
अक्षांश के अनुसार मौसम और जलवायु में क्या अंतर आता है?
मौसम और जलवायु में असली अंतर क्या है?
- मौसम थोड़े समय की वायुमंडलीय स्थिति है। जलवायु कई वर्षों की मौसमी स्थितियों का औसत स्वरूप है। वर्षण, आर्द्रता और गरज वाले तूफान, सभी तापमान, नमी और वायुदाब की परस्पर क्रिया से बनते हैं।
- मौसम प्रणालियों में अधिकांश विविधता अक्षांश के साथ होने वाले बदलावों से आती है। भूमध्य रेखा से ध्रुवों की ओर सूर्य की आने वाली किरणों का कोण और तीव्रता क्रमबद्ध रूप से बदलते हैं और सूर्यातप भी उसी तरह घटता है।
- ऊँचाई बढ़ने के साथ जलवाष्प की मात्रा घटती है, क्योंकि ऊपर की ठंडी हवा कम नमी धारण कर पाती है। वायुमंडल की लगभग 90% नमी सतह से 6 km के भीतर होती है।
- जलवाष्प का प्रतिशत भूमध्य रेखा के पास सबसे अधिक होता है, ध्रुवों पर नहीं, क्योंकि उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों की गर्म हवा, ध्रुवों की ठंडी और शुष्क हवा की तुलना में कहीं अधिक नमी धारण कर सकती है।
ध्रुवों की तुलना में भूमध्य रेखा पर क्षोभमंडल अधिक मोटा क्यों होता है?
- क्षोभमंडल भूमध्य रेखा पर लगभग 18 km मोटा होता है, जबकि ध्रुवों पर इसकी मोटाई लगभग 8 km होती है। भूमध्य रेखा पर सूर्य की तेज़ गर्मी से प्रबल संवहन धाराएँ बनती हैं। ये ऊष्मा को बहुत ऊँचाई तक ले जाती हैं, जिससे वहाँ क्षोभसीमा काफी ऊपर पहुँच जाती है।
- भूमध्य रेखा के ऊपर क्षोभसीमा का तापमान लगभग -80°C होता है, जबकि ध्रुवों के ऊपर लगभग -45°C, क्योंकि भूमध्य रेखा पर क्षोभमंडल बहुत अधिक ऊँचाई तक फैला होता है।
- वायुमंडलीय धूल भूमध्यरेखीय या ध्रुवीय क्षेत्रों की तुलना में उपोष्णकटिबंधीय और समशीतोष्ण क्षेत्रों में अधिक होती है। वहाँ अक्सर चलने वाली शुष्क हवाएँ सतह के ढीले कणों को उठाकर हवा में तैरता रखती हैं। अधिक नमी वाली भूमध्यरेखीय पेटी या बर्फ से ढके ध्रुवों में ऐसा कम होता है।
- इन्हीं प्रक्रियाओं से तीन प्रकार की वर्षा होती है: संवहनीय (गर्म, नम हवा का अपने आप ऊपर उठना और ठंडा होना), पर्वतीय (नम हवा का पर्वत से टकराकर ऊपर उठना), और चक्रवाती (चक्रवात के निम्न वायुदाब तंत्र में हवा का ऊपर उठना)।
Q3. सही या गलत: क्षोभमंडल की मोटाई भूमध्य रेखा पर लगभग 18 km होती है, जो ध्रुवों पर इसकी लगभग 8 km मोटाई से करीब दोगुनी है।
आगे पढ़ने से पहले, सोचकर उत्तर दें। जलवाष्प एक गैस है, जिसकी मात्रा नम हवा के हर दूसरे गुण की तरह ऊँचाई बढ़ने के साथ घटती है। तो इसका प्रतिशत कहाँ सबसे अधिक होना चाहिए: ध्रुवों पर, जहाँ हवा सबसे ठंडी होती है, या भूमध्य रेखा पर, जहाँ हवा सबसे गर्म होती है?
व्याख्या देखें
भूमध्य रेखा पर। गर्म हवा में ठंडी हवा की तुलना में कहीं अधिक नमी रह सकती है, इसलिए गर्म और आर्द्र उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में जलवाष्प अधिक होती है। ध्रुवीय हवा ठंडी और शुष्क होती है तथा उसमें बहुत कम जलवाष्प होती है, हालाँकि वहाँ भी बाकी जगहों की तरह ऊँचाई बढ़ने पर इसकी मात्रा घटती है।
खुद को परखें
- UPSC CSP 2025पूछा गया था कि क्या जनवरी की समताप रेखाएँ स्थल के ऊपर भूमध्य रेखा की ओर और महासागरों के ऊपर ध्रुवों की ओर मुड़ती हैं। दोनों कथन सही हैं और दूसरा कथन पहले की सही व्याख्या करता है: स्थल और महासागर अलग-अलग दर से गर्म और ठंडे होते हैं।
- UPSC CSP 2024पूछा गया था कि क्षोभमंडल ध्रुवों की तुलना में भूमध्य रेखा पर अधिक मोटा क्यों होता है। दोनों कथन सही हैं: भूमध्यरेखीय क्षेत्र में तेज गर्मी संवहन धाराओं को बहुत ऊँचाई तक पहुँचाती है।
- UPSC CSP 2024पूछा गया था कि क्या जलवाष्प ऊँचाई बढ़ने के साथ घटती है और ध्रुवों पर सबसे अधिक होती है। केवल ऊँचाई वाला कथन सही है; जलवाष्प वास्तव में भूमध्य रेखा के पास सबसे अधिक होती है।
- UPSC CSP 2024पूछा गया था कि क्या कोरिऑलिस बल हवा की गति बढ़ने के साथ बढ़ता है और ध्रुवों पर सबसे अधिक होता है। दोनों कथन सही हैं; इन दोनों तथ्यों को अक्सर एक साथ पूछा जाता है।
- UPSC CSP 201921 जून को सूर्य की स्थिति के बारे में पूछा गया था। इस दिन सूर्य कर्क रेखा के ठीक ऊपर होता है और उत्तरी गोलार्ध में वर्ष का सबसे लंबा दिन होता है।
इस भ्रामक बिंदु को याद रखें। जलवाष्प का प्रतिशत भूमध्य रेखा पर सबसे अधिक होता है, ध्रुवों पर नहीं, हालाँकि हर जगह ऊँचाई बढ़ने के साथ इसकी कुल मात्रा घटती है। परीक्षाओं में अक्सर एक ही प्रश्न में “ऊँचाई” और “अक्षांश” की अदला-बदली कर दी जाती है।
वैश्विक पवनों के स्वरूप और क्षेत्रीय जलवायु को क्या नियंत्रित करता है?
कौन-से बल वायुदाब पेटियाँ और पवनें बनाते हैं?
- हवा हमेशा उच्च वायुदाब वाले क्षेत्र से निम्न वायुदाब वाले क्षेत्र की ओर चलती है और इसी चलती हवा को हम पवन कहते हैं। पवनवेगमापी (Anemometer) हवा की गति मापता है।
- पृथ्वी पर चार प्रकार की वायुदाब पेटियाँ हैं: भूमध्यरेखीय निम्न वायुदाब, 30°N/S के पास उपोष्णकटिबंधीय उच्च वायुदाब, 60°N/S के पास उपध्रुवीय निम्न वायुदाब, और ध्रुवीय उच्च वायुदाब। सूर्य की मौसमी स्थिति बदलने के साथ ये पेटियाँ भी खिसकती हैं।
- हवा की दिशा और गति तीन बल मिलकर तय करते हैं: वायुदाब प्रवणता बल (जहाँ समदाब रेखाएँ पास-पास होती हैं, वहाँ यह अधिक होता है), घर्षण बल (सतह के पास सबसे अधिक), और कोरिऑलिस बल, जो पृथ्वी के घूर्णन के कारण चलती हवा की दिशा मोड़ता है।
- हवा की गति बढ़ने के साथ कोरिऑलिस बल बढ़ता है। यह ध्रुवों पर सबसे अधिक होता है, जबकि भूमध्य रेखा पर इसका प्रभाव लगभग शून्य होता है। घर्षण परत से काफी ऊपर, जहाँ समदाब रेखाएँ सीधी होती हैं, वायुदाब प्रवणता बल और कोरिऑलिस बल एक-दूसरे को संतुलित करते हैं। इससे समदाब रेखाओं के समानांतर चलने वाली भूविक्षेपी पवन बनती है।
वायुसंचरण की तीन कोशिकाएँ और स्थानीय पवनें कैसे काम करती हैं?
- हैडली कोशिका (Hadley cell): भूमध्य रेखा के पास ITCZ में हवा ऊपर उठती है, ऊँचाई पर ध्रुवों की ओर बहती है और लगभग 30°N/S पर नीचे उतरकर उपोष्णकटिबंधीय उच्च वायुदाब बनाती है। फिर सतह पर व्यापारिक पवनों के रूप में भूमध्य रेखा की ओर लौटती है।
- फेरेल कोशिका (Ferrel cell): मध्य अक्षांशों में पछुआ पवनें कहलाने वाली सतही हवाएँ उपोष्णकटिबंधीय उच्च वायुदाब क्षेत्र से ध्रुवों की ओर चलती हैं। ध्रुवीय कोशिका (Polar cell): ठंडी, घनी हवा ध्रुवों के पास नीचे उतरती है और ध्रुवीय पूर्वी पवनों के रूप में वापस बहती है।
- दिन में स्थल समुद्र से जल्दी गर्म होता है, इसलिए हवा समुद्र से स्थल की ओर चलती है, जिसे समुद्री समीर कहते हैं। रात में स्थल जल्दी ठंडा होता है, जिससे हवा की दिशा उलट जाती है और स्थल समीर चलती है। पर्वतीय ढलानों पर भी ऐसा ही होता है: दिन में घाटी समीर और रात में पर्वतीय समीर चलती है।
- अवरोही पवन (Katabatic wind) ठंडी, घनी हवा होती है, जो ऊँचे पठारों या हिम क्षेत्रों से ढलान पर नीचे बहती है। यह सामान्य पर्वतीय समीर से अधिक तेज होती है। फॉन प्रकार की पवन (Foehn-type wind) पर्वत पार करते समय वर्षा कर देती है, फिर नीचे उतरते हुए संपीड़न के कारण और गर्म हो जाती है। इससे बर्फ तेजी से पिघल सकती है।
स्थलीय और महासागरीय क्षेत्रों की जलवायु इतनी अलग क्यों होती है?
- स्थल और महासागर अलग-अलग दर से गर्म और ठंडे होते हैं, क्योंकि पानी की विशिष्ट ऊष्मा धारिता बहुत अधिक होती है। जनवरी में उत्तरी गोलार्ध का स्थल महासागर से जल्दी ठंडा होता है, इसलिए समताप रेखाएँ स्थल के ऊपर भूमध्य रेखा की ओर और अपेक्षाकृत गर्म महासागरों के ऊपर ध्रुवों की ओर मुड़ती हैं।
- गल्फ स्ट्रीम (Gulf Stream) और उत्तरी अटलांटिक प्रवाह (North Atlantic Drift) गर्म महासागरीय धाराएँ हैं, ठंडी नहीं। ये उत्तरी अटलांटिक को उसके अक्षांश के आधार पर अपेक्षित तापमान से अधिक गर्म रखती हैं। इसी कारण जनवरी की समताप रेखाएँ इस महासागर के ऊपर इतनी दूर उत्तर की ओर मुड़ती हैं।
- समुद्री पश्चिमी तटीय जलवायु में वार्षिक और दैनिक तापांतर कम होते हैं, क्योंकि महासागर तापमान को संतुलित रखता है। साथ ही, पूरे वर्ष लगभग 50 से 250 cm वर्षा होती है; आसपास की धाराओं और पछुआ पवनों के प्रभाव से नमी स्थल के अंदरूनी भागों तक पहुँचती है।
- उत्तरी गोलार्ध में निम्न वायुदाब केंद्र के चारों ओर हवा घड़ी की सुइयों की विपरीत दिशा में और उच्च वायुदाब केंद्र के चारों ओर घड़ी की सुइयों की दिशा में घूमती है। दक्षिणी गोलार्ध में दोनों दिशाएँ उलट जाती हैं।
Q4. सही या गलत: कोरिऑलिस बल भूमध्य रेखा पर सबसे अधिक होता है और ध्रुवों पर पूरी तरह समाप्त हो जाता है।
Q5. सही या गलत: जनवरी में उत्तरी गोलार्ध की समताप रेखाएँ स्थल के ऊपर भूमध्य रेखा की ओर और महासागरों के ऊपर ध्रुवों की ओर मुड़ती हैं, क्योंकि स्थल पानी से जल्दी ठंडा होता है।
Q6. सही या गलत: गल्फ स्ट्रीम (Gulf Stream) और उत्तरी अटलांटिक प्रवाह (North Atlantic Drift) गर्म धाराएँ हैं, जो उत्तरी अटलांटिक को उसके अक्षांश के आधार पर अपेक्षित तापमान से अधिक गर्म रखती हैं।
त्वरित प्रश्न & उत्तर
वायुमंडल सूर्य की ओर से आने वाली गर्मी की तुलना में धरातल से मिलने वाली गर्मी से अधिक क्यों गर्म होता है?
सूर्य का अधिकांश प्रकाश सीधे वायुमंडल से होकर गुजरता है और धरातल को गर्म करता है। धरातल फिर दीर्घतरंग विकिरण उत्सर्जित करता है, जिसे ग्रीनहाउस गैसें अच्छी तरह अवशोषित करती हैं।
जलवाष्प की सांद्रता सबसे अधिक कहाँ होती है?
भूमध्य रेखा के पास, क्योंकि गर्म उष्णकटिबंधीय हवा में ठंडी ध्रुवीय हवा की तुलना में कहीं अधिक नमी रह सकती है, हालाँकि हर जगह ऊँचाई बढ़ने के साथ जलवाष्प घटती है।
उत्तरी अटलांटिक को उसके अक्षांश के आधार पर अपेक्षित तापमान से अधिक गर्म क्या रखता है?
गल्फ स्ट्रीम (Gulf Stream) और उत्तरी अटलांटिक प्रवाह (North Atlantic Drift), जो दोनों गर्म महासागरीय धाराएँ हैं।
भूविक्षेपी पवन कैसे बनती है?
घर्षण परत के ऊपर वायुदाब प्रवणता बल और कोरिऑलिस बल एक-दूसरे को संतुलित करते हैं, जिससे समदाब रेखाओं के समानांतर चलने वाली पवन बनती है।
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