पृथ्वी का वायुमंडल: संरचना और संघटन | General Awareness & Knowledge for RRB NTPC (Hindi) - RRB NTPC/ASM/CA/TA PDF Download

वायुमंडल क्या है?

पृथ्वी के चारों ओर की गैसों की परत को वायुमंडल कहा जाता है। यह बाह्य अंतरिक्ष और जैवमंडल के बीच एक सुरक्षात्मक सीमा बनाता है।

• यह गंधहीन, रंगहीन, स्वादहीन, और आकारहीन गैसों का मिश्रण है, जो इतनी अच्छी तरह से मिश्रित और संयुक्त हैं कि यह एकल गैस के रूप में कार्य करता है।
• वर्तमान वायुमंडल की गैसें पृथ्वी के प्रारंभिक निर्माण के चरण के सीधे अवशेष नहीं हैं।
• ये गैसें ज्वालामुखी विस्फोटों, गर्म झरनों, ठोस पदार्थों के रासायनिक विघटन, और जैवमंडल से पुनर्वितरण के माध्यम से विकसित हुई हैं।

वायुमंडल का महत्व

• वायुमंडल जैवमंडलीय पारिस्थितिकी तंत्र का एक महत्वपूर्ण घटक है क्योंकि पृथ्वी की सतह पर जीवन इसी वायुमंडल के कारण है; अन्यथा, पृथ्वी चाँद की तरह बंजर हो जाती।
• वायुमंडल में मनुष्य और जानवरों के लिए ऑक्सीजन जैसी जीवित गैसें और पौधों के लिए कार्बन डाइऑक्साइड (जीवित रहने के लिए आवश्यक) होती हैं।
• यह सूर्य से हानिकारक विकिरण से पृथ्वी की रक्षा करता है।
• यह ग्रीनहाउस की तरह कार्य करता है, जिससे यह छोटी तरंगों के विकिरण (सूर्य से) को अनुमति देता है और लंबी तरंगों की स्थलीय विकिरण (पृथ्वी की सतह से) को फँसाता है।

• सभी जीवन रूपों को अपने जैव भौतिक प्रक्रियाओं को संचालित करने के लिए एक विशेष तापमान सीमा और सौर विकिरण की विशिष्ट आवृत्तियों की आवश्यकता होती है।
• वायुमंडल कुछ आवृत्तियों को अवशोषित करता है और कुछ अन्य आवृत्तियों को सौर विकिरण के माध्यम से गुजरने देता है।
• अर्थात, वायुमंडल सौर विकिरण की प्रविष्टि को नियंत्रित करता है।
• वायुमंडल पृथ्वी की सतह पर तापमान को भी कुछ सीमाओं के भीतर रखता है।
• वायुमंडल के अभाव में, दिन और रात के बीच तापमान की चरम सीमाएँ होंगी।
• वायुमंडल अतिरिक्त-पृथ्वी वस्तुओं जैसे उल्काओं का भी ध्यान रखता है, जो वायुमंडल (विशेष रूप से मेसोस्पीयर) के माध्यम से गुजरते समय घर्षण के कारण जल जाते हैं।

वायुमंडल की संरचना

वायुमंडल निम्नलिखित से बना है –

• गैसें
• वाष्प
• कण

वायुमंडल कई गैसों का मिश्रण है। इसमें ठोस और तरल कणों की भी विशाल संख्या होती है, जिन्हें मिलकर एरोसोल कहा जाता है।

1. गैसें

• नाइट्रोजन और ऑक्सीजन मिलकर लगभग 99% शुद्ध, सूखे वायु का निर्माण करते हैं। शेष गैसें ज्यादातर निष्क्रिय होती हैं और वायुमंडल का लगभग 1% बनाती हैं।
• हालांकि यह वायुमंडल की कुल मात्रा का केवल 21% है, ऑक्सीजन गैसों में सबसे महत्वपूर्ण घटक है। सभी जीवित प्राणी ऑक्सीजन का श्वसन करते हैं। इसके अलावा, ऑक्सीजन अन्य तत्वों के साथ मिलकर आवश्यक यौगिकों का निर्माण कर सकती है, जैसे कि ऑक्साइड। इसके बिना दहन संभव नहीं है।

• नाइट्रोजन कुल वायुमंडल की मात्रा का 78% बनाता है। यह एक अपेक्षाकृत निष्क्रिय गैस है और सभी जैविक यौगिकों का एक आवश्यक घटक है। नाइट्रोजन का मुख्य कार्य ऑक्सीजन को पतला करके दहन को नियंत्रित करना है। यह विभिन्न प्रकारों के ऑक्सीकरण में अप्रत्यक्ष रूप से मदद करता है।
• कार्बन डाइऑक्साइड केवल लगभग 0.038% सूखी हवा का निर्माण करती है और यह दहन का उत्पाद है। हरी पौधे वायुमंडल से कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित करते हैं और इसका उपयोग भोजन बनाने और अन्य जैवभौतिक प्रक्रियाओं को बनाए रखने के लिए करते हैं।
• कार्बन डाइऑक्साइड गर्मी को अच्छे से अवशोषित करने वाली गैस है, इसलिए इसे जलवायु की दृष्टि से महत्वपूर्ण माना जाता है। यह गर्मी ऊर्जा बजट में एक महत्वपूर्ण कारक है।
• जीवाश्म ईंधनों – तेल, कोयला, और प्राकृतिक गैस – के बढ़ते जलने के साथ, वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड का प्रतिशत चिंताजनक दर पर बढ़ रहा है।
• वायुमंडल में अधिक कार्बन डाइऑक्साइड का मतलब है अधिक गर्मी अवशोषण। इससे वायुमंडल के निचले स्तरों पर तापमान में महत्वपूर्ण वृद्धि हो सकती है, जिसके परिणामस्वरूप नाटकीय जलवायु परिवर्तन हो सकते हैं।
• तीसरी महत्वपूर्ण गैस आर्गन है, जो केवल लगभग 0.93% बनाती है।
• ओज़ोन (O₃) वायुमंडल में एक और महत्वपूर्ण गैस है, जो ऑक्सीजन के अणु का एक प्रकार है, जिसमें दो के बजाय तीन परमाणु होते हैं। यह वायुमंडल का 0.00006% से कम बनाता है और इसका वितरण असमान है। यह 20 किमी और 25 किमी की ऊँचाई के बीच सबसे महत्वपूर्ण ओज़ोन की सांद्रता पाई जाती है। यह उच्च ऊँचाई पर बनता है और नीचे की ओर स्थानांतरित होता है।
• ओज़ोन सूर्य से हानिकारक पराबैंगनी विकिरण को अवरुद्ध करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
• अन्य गैसें जो वायुमंडल में लगभग नगण्य मात्रा में पाई जाती हैं, उनमें नीयन, हीलियम, हाइड्रोजन, ज़ेनोन, क्रिप्टन, मीथेन आदि शामिल हैं।

2. जल वाष्प

वायुमंडल में वाष्प का मात्रा 0 से 5% तक होता है। वायुमंडलीय वाष्प की उत्पत्ति जल निकायों (जैसे समुद्र, महासागरों, झीलों, तालाबों, नदियों आदि), वनस्पति और मिट्टी की सतह से नमी और जल के वाष्पीकरण के माध्यम से होती है। वाष्प का स्तर तापमान पर निर्भर करता है, और इसलिए यह तापमान में कमी के साथ ध्रुवों की ओर बढ़ते हुए, भूमध्य रेखा से कम होता है। आर्द्र उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में, 50 डिग्री और 70 डिग्री अक्षांश पर सतही वायु में वाष्प की मात्रा क्रमशः 2.6%, 0.9%, और 0.2% (वॉल्यूम के अनुसार) होती है। वाष्प की मात्रा ऊँचाई पर घटती है। कुल वायुमंडलीय वाष्प का 90% से अधिक 5 किमी की ऊँचाई तक पाया जाता है। वायुमंडल में नमी विभिन्न रूपों जैसे बादल, कोहरा, ओस, वर्षा, ठंढ, ओलावृष्टि, बर्फ, हिमपात आदि का निर्माण करती है। वाष्प लगभग पारदर्शी होती है, जिससे आने वाली लघु तरंग सौर विकिरण पृथ्वी की सतह तक बिना किसी बाधा के पहुँच जाती है। फिर भी, वाष्प बाहर जाने वाली लघु तरंग भूमि विकिरण के लिए कम पारदर्शी होती है। इसलिए यह पृथ्वी की सतह और वायुमंडल के निचले हिस्से को गर्म करने में मदद करती है क्योंकि यह भूमि विकिरण को अवशोषित करती है।

3. कणीय पदार्थ

• वायुमंडल में उपस्थित ठोस कणों में रेत के कण (जो मौसम के प्रभाव से बने होते हैं और ज्वालामुखी राख से भी निकलते हैं), पराग कण, छोटे जीव, कालिख, महासागरीय लवण शामिल हैं; वायुमंडल की ऊपरी परतों में ऐसे टुकड़े भी हो सकते हैं जो वायुमंडल में जलते हुए उल्का के होते हैं।
• ये कण सौर विकिरण के अवशोषण, परावर्तन, और बिखराव में मदद करते हैं, जो सूर्योदय और सूर्यास्त के समय लाल और नारंगी रंग की विविधता को जोड़ता है।
• धूल के कणों द्वारा सौर विकिरण के चयनात्मक बिखराव के कारण आकाश नीला दिखाई देता है।
• नमक के कण हाइग्रोस्कोपिक नाभिक बन जाते हैं और इस प्रकार जल की बूँदें, बादल और विभिन्न प्रकार की संघनन और वर्षा के रूपों का निर्माण करते हैं।

वायुमंडल की संरचना

वायुमंडल को रचना, घनत्व, दबाव और तापमान में भिन्नताओं के आधार पर विभिन्न परतों में विभाजित किया जा सकता है।

रचना के आधार पर:

इसके रचना के अनुसार, इसे मुख्य रूप से दो परतों में विभाजित किया गया है-

• हॉमोस्फीयर
• हेटेरोस्फीयर

1. हॉमोस्फीयर

• हॉमोस्फीयर में तीन क्षेत्र होते हैं: ट्रोपोस्फीयर, स्ट्रेटोस्फीयर, और मेसोस्फीयर।
• हालांकि इन तीन क्षेत्रों में वायु की रचना समान होती है, लेकिन ऊँचाई बढ़ने के साथ वायु की संकेंद्रण में काफी कमी आती है।
• ट्रोपोस्फीयर: ट्रोपोस्फीयर पृथ्वी की मौसम की परत है। इसमें लगभग सभी मौसम की स्थितियाँ होती हैं। जैसे-जैसे आप ऊँचाई पर जाते हैं, तापमान कम होता है। यह हॉमोस्फीयर की सबसे निचली परत है।
• स्ट्रेटोस्फीयर: स्ट्रेटोस्फीयर हॉमोस्फीयर का मध्य क्षेत्र है।
• मेसोस्फीयर: मेसोस्फीयर हॉमोस्फीयर की शीर्ष परत है।
• यह पृथ्वी की सतह से लेकर 80 किमी की ऊँचाई तक फैली होती है। हालांकि वायुमंडल ऊँचाई बढ़ने के साथ तेजी से घनत्व में कमी करता है, लेकिन हॉमोस्फीयर में गैसों की रचना समान रहती है।
• हॉमोस्फीयर के अपवाद ओज़ोन (O3) की संकेंद्रण है जो लगभग 19-50 किमी की ऊँचाई पर स्ट्रेटोस्फीयर में होता है और निचले वायुमंडल में जल वाष्प और धूल कणों का परिवर्तन है। यह समान रचना लगभग 600 मिलियन वर्ष पहले प्राप्त की गई थी।

2. हेटेरोस्फीयर

2. हेटेरोस्फियर

• हेटेरोस्फियर में दो क्षेत्र होते हैं: थर्मोस्फियर और एक्सोस्फियर। ये दोनों क्षेत्र बाह्य अंतरिक्ष माने जाते हैं। इस परत में गैसें समान रूप से मिश्रित नहीं होती हैं। आयनोस्फियर मेसोस्फियर और थर्मोस्फियर पर ओवरलैप करती है।
• थर्मोस्फियर: थर्मोस्फियर हेटेरोस्फियर का सबसे निचला क्षेत्र है।
• एक्सोस्फियर: एक्सोस्फियर हेटेरोस्फियर का सबसे ऊपरी क्षेत्र है।
• इस परत में गैसें समान रूप से मिश्रित नहीं होती हैं। यह 80 किमी से शुरू होती है और 10,000 किमी तक फैली होती है।
• हालांकि, सभी वैज्ञानिक उद्देश्यों के लिए, वायुमंडल की ऊपरी सीमा 480 किमी मानी जाती है क्योंकि इसके बाद पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण प्रभाव नगण्य हो जाता है।
• इसके ऊपर का वायुमंडल एक्सोस्फियर कहलाता है, जिसमें हाइड्रोजन, हीलियम आदि जैसे हल्की गैसों के व्यक्तिगत परमाणु होते हैं।

तापमान में परिवर्तन के आधार पर:

तापमान परिवर्तन के आधार पर, वायुमंडल को व्यापक रूप से पांच परतों में विभाजित किया गया है:

1. ट्रोपोस्फियर

• यह वायुमंडल की सबसे निचली परत है। यह भूमध्य रेखा पर 18 किमी, मध्य-उपद्रव पर 13 किमी, और ध्रुवों पर लगभग 8 किमी तक फैली होती है।
• यह वायुमंडल के कुल द्रव्यमान का लगभग 90% हिस्सा रखती है।
• इस परत में पूरी जलवायु की घटनाएँ होती हैं। इसमें सभी जल वाष्प, धूल के कण, बादल आदि होते हैं।
• ट्रॉपोस्फियर में, ऊँचाई बढ़ने के साथ तापमान कम होता है।
• ऊँचाई के साथ तापमान में कमी की औसत दर को सामान्य तापमान कमी दर कहा जाता है, और यह 6.4 डिग्री सेल्सियस प्रति किमी के बराबर होती है।
• तापमान में कमी की दर हर जगह स्थिर नहीं होती।
• स्थानीय कमी की दर को स्थानीय तापमान कमी दर कहा जाता है।
• इस परत में न्यूनतम तापमान -57 डिग्री सेल्सियस होता है।
• ट्रॉपोपॉज़: यह ट्रोपोस्फियर की सबसे ऊपरी परत है। यह ट्रोपोस्फियर और स्ट्रेटोस्फियर के बीच की सीमा के रूप में कार्य करती है। इस परत में तापमान स्थिर होता है।

2. स्ट्रेटोस्फियर

यह परत ट्रोपोस्फीयर के ऊपर स्थित है और 50 किलोमीटर तक समान रूप से फैली हुई है। इस परत में, ऊँचाई बढ़ने के साथ तापमान बढ़ता है। तापमान -57 से 0 डिग्री सेल्सियस के बीच बदलता है। इस परत की विशेषता ओज़ोनोस्फीयर की उपस्थिति है। ओज़ोन एक अत्यधिक प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन अणु है, जो तीन परमाणुओं से बना होता है। ओज़ोन उच्च-आवृत्ति वाले पराबैंगनी विकिरण को अवशोषित करता है, जिससे इस परत का तापमान बढ़ता है। अवशोषित ऊर्जा का उपयोग रासायनिक प्रतिक्रियाओं में किया जाता है, जिससे ओज़ोन गैस का निर्माण होता है। पराबैंगनी किरणें जीवित जीवों, पौधों, जानवरों और मनुष्यों के लिए अत्यधिक हानिकारक होती हैं। ये विकिरण अवशोषित करके ओज़ोन परत हमारे चारों ओर एक सुरक्षात्मक परत बनाती है।

3. मेसोस्पीयर

• मेसोस्पीयर 50 से 80 किलोमीटर तक फैली हुई है।
• इस परत में तापमान घटता है और इसका न्यूनतम स्तर औसतन -90 डिग्री सेल्सियस तक पहुँच जाता है, हालांकि यह तापमान बदल सकता है।
• समरूप परत मेसोस्पीयर तक फैली हुई है।
• मेसोस्पीयर की ऊपरी सीमा पर एक अन्य परत में आयनों की परत फैली हुई है।
• यह आयनों या चार्ज पार्टिकल्स की परत रेडियो तरंगों को परावर्तित करने में मदद करती है और दूरसंचार में सहायक होती है।

4. थर्मोस्पीयर

• यह क्षेत्र 80 किलोमीटर से 480 किलोमीटर तक फैला है।
• इसमें एक कार्यात्मक आयनोस्फीयर होता है।
• इस परत में तापमान बहुत तेजी से बढ़ता है क्योंकि गैस के अणु सूर्य से आने वाली शॉर्ट वेव विकिरण को अवशोषित करते हैं।
• तापमान 1200 डिग्री सेल्सियस तक पहुँच सकता है, लेकिन थर्मोस्पीयर इतनी 'गर्म' नहीं होती जितनी कि हम इसकी अपेक्षा करते हैं, भले ही तापमान इतना उच्च हो।
• इस परत में वायु घनत्व इतना कम होता है कि ऊर्जा आसानी से स्थानांतरित नहीं होती; इसलिए गर्मी का अनुभव नहीं होता है।

5. आयनोस्फीयर

यह वह क्षेत्र है जिसमें चार्ज़ किए गए कण होते हैं जिन्हें आयन कहा जाता है। यह ऊपरी मेसोफियर से लेकर थर्मोस्फियर तक फैला होता है। चार्ज़ किए गए कणों को कॉस्मिक किरणों, गामा किरणों, X-रे, और छोटे अल्ट्रावायलेट किरणों की तरंग दैर्ध्य द्वारा आयनीकृत किया जाता है। इसी परत में अंतरिक्ष वाहन और उल्काएं गर्म होना शुरू होती हैं क्योंकि वे घर्षण के कारण गर्म होती हैं। इस परत के ऊपर, यानी 480 किमी से ऊपर, परमाणु ऑक्सीजन प्रचुर मात्रा में होती है और उसके बाद पहले हीलियम अधिक सामान्य होती है, और फिर हाइड्रोजन परमाणु प्रमुख हो जाते हैं।

आयनमंडल एक गहरी परत है जिसमें विद्युत आवेशित अणुओं और परमाणुओं (जिन्हें आयन कहा जाता है) होते हैं, जो मध्य और ऊपरी मेसोफियर तथा निम्न थर्मोस्फियर के बीच लगभग 60 से 400 किलोमीटर (40 से 250 मील) के बीच स्थित है। आयनमंडल महत्वपूर्ण है क्योंकि यह दीर्घकालिक संचार में मदद करता है, रेडियो तरंगों को पृथ्वी पर परावर्तित करके। यह अपनी औरोरल प्रदर्शनों के लिए भी जाना जाता है, जैसे कि “उत्तरी रोशनी” जो तब विकसित होती है जब सूर्य से आने वाले चार्ज़ किए गए परमाणु कण पृथ्वी के चुम्बकीय क्षेत्र द्वारा ध्रुवों के पास फंस जाते हैं। ये कण आयनमंडल में नाइट्रोजन अणुओं और ऑक्सीजन परमाणुओं को “उत्साहित” करते हैं, जिससे वे प्रकाश उत्सर्जित करते हैं, जो कि एक निऑन लाइट बल्ब के समान होता है।