Model Answer
0 min readIntroduction
पृथ्वी का वायुमंडल एक जटिल प्रणाली है जो विभिन्न प्रक्रियाओं के माध्यम से ऊर्जा के वितरण और संतुलन को बनाए रखती है। यह संतुलन मुख्य रूप से सूर्य से प्राप्त ऊर्जा और पृथ्वी द्वारा अंतरिक्ष में उत्सर्जित ऊर्जा के बीच स्थापित होता है, जिसे 'पृथ्वी का ऊष्मा बजट' कहा जाता है। यदि पृथ्वी पर आने वाली और बाहर जाने वाली ऊर्जा में संतुलन न हो, तो पृथ्वी या तो अत्यधिक गर्म हो जाएगी या अत्यधिक ठंडी। यह गतिशील संतुलन ही पृथ्वी पर जीवन के लिए अनुकूल तापमान बनाए रखने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। हाल के शोधों से पता चला है कि पिछले दो दशकों में पृथ्वी का ऊर्जा असंतुलन दोगुना हो गया है, जिससे जलवायु परिवर्तन की चिंताएं बढ़ गई हैं।
पृथ्वी के वायुमंडल प्रणाली में ऊर्जा का वितरण और संतुलन एक जटिल प्रक्रिया है जो विभिन्न कारकों पर निर्भर करती है। यह संतुलन पृथ्वी के औसत तापमान को स्थिर रखने और विभिन्न जलवायु घटनाओं को संचालित करने के लिए आवश्यक है।
1. ऊर्जा का प्राथमिक स्रोत: सौर विकिरण (सूर्यताप)
- सूर्य पृथ्वी-वायुमंडल प्रणाली के लिए ऊर्जा का एकमात्र प्राथमिक स्रोत है। यह ऊर्जा लघु तरंगों के रूप में पृथ्वी तक पहुँचती है।
- वायुमंडल की ऊपरी सतह पर प्राप्त कुल सौर विकिरण को यदि 100% माना जाए, तो यह ऊर्जा विभिन्न प्रक्रियाओं से होकर गुजरती है।
2. ऊर्जा का वितरण एवं अवशोषण
जब सौर विकिरण वायुमंडल से होकर गुजरता है, तो यह कई प्रक्रियाओं से प्रभावित होता है:
- परावर्तन:
- बादलों द्वारा: लगभग 27% सौर विकिरण बादलों द्वारा परावर्तित होकर सीधे अंतरिक्ष में वापस चला जाता है।
- पृथ्वी की सतह द्वारा (अल्बेडो): पृथ्वी की सतह (जैसे बर्फ, हिम, रेगिस्तान, जंगल) द्वारा लगभग 2% विकिरण परावर्तित होता है। बर्फ और हिम का अल्बेडो अधिक होता है।
- वायुमंडल द्वारा प्रकीर्णन: वायुमंडल में मौजूद धूलकणों और गैसों द्वारा लगभग 6% विकिरण प्रकीर्णित होकर अंतरिक्ष में वापस चला जाता है।
- कुल मिलाकर, लगभग 35% (27%+6%+2%) सौर विकिरण बिना अवशोषित हुए अंतरिक्ष में परावर्तित हो जाता है।
- अवशोषण:
- वायुमंडल द्वारा: ओजोन, जलवाष्प और कार्बन डाइऑक्साइड जैसी गैसें आने वाली सौर विकिरण का लगभग 14% अवशोषित कर लेती हैं।
- पृथ्वी की सतह द्वारा: शेष 51% सौर विकिरण सीधे पृथ्वी की सतह द्वारा अवशोषित होता है, जिससे पृथ्वी गर्म होती है।
3. पृथ्वी का ऊष्मा बजट (ऊर्जा संतुलन)
पृथ्वी की सतह द्वारा अवशोषित 51% ऊर्जा और वायुमंडल द्वारा अवशोषित 14% ऊर्जा मिलकर पृथ्वी-वायुमंडल प्रणाली को गर्म करते हैं। यह ऊष्मा फिर विभिन्न तरीकों से अंतरिक्ष में वापस उत्सर्जित होती है, जिससे एक संतुलन बना रहता है।
ऊष्मा के संतुलन के घटक:
| ऊर्जा प्रवाह | मात्रा (यदि कुल 100 इकाई) | विवरण |
|---|---|---|
| आने वाला सौर विकिरण | 100 इकाइयाँ | वायुमंडल की ऊपरी सतह पर प्राप्त कुल ऊर्जा। |
| परावर्तित/प्रकीर्णित ऊर्जा | 35 इकाइयाँ | बादलों (27%), वायुमंडल (6%), और पृथ्वी की सतह (2%) द्वारा सीधे अंतरिक्ष में परावर्तित। |
| अवशोषित ऊर्जा | 65 इकाइयाँ | वायुमंडल (14%) और पृथ्वी की सतह (51%) द्वारा अवशोषित। |
| पृथ्वी द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा (पार्थिव विकिरण) | 51 इकाइयाँ | पृथ्वी की सतह से दीर्घ तरंगों के रूप में उत्सर्जित। इसमें से 17 इकाइयाँ सीधे अंतरिक्ष में जाती हैं, और 34 इकाइयाँ वायुमंडल द्वारा अवशोषित होती हैं। |
| वायुमंडल द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा | 48 इकाइयाँ | वायुमंडल द्वारा अवशोषित 14 इकाइयाँ (सूर्यातप से) + 34 इकाइयाँ (पार्थिव विकिरण से) = 48 इकाइयाँ अंतरिक्ष में उत्सर्जित। |
| कुल निर्गत ऊर्जा | (17+48) = 65 इकाइयाँ | यह पृथ्वी द्वारा अवशोषित कुल 65 इकाइयों (14+51) के बराबर है, जिससे संतुलन बना रहता है। |
4. ऊर्जा के स्थानांतरण के तरीके
पृथ्वी की सतह और वायुमंडल के बीच ऊर्जा का स्थानांतरण विभिन्न प्रक्रियाओं द्वारा होता है:
- चालन (Conduction): जब गर्म और ठंडे पिंड संपर्क में आते हैं, तो ऊष्मा गर्म पिंड से ठंडे पिंड की ओर स्थानांतरित होती है। पृथ्वी की सतह से निचली वायुमंडलीय परतों में ऊष्मा का स्थानांतरण चालन द्वारा होता है।
- संवहन (Convection): गर्म हवा हल्की होकर ऊपर उठती है और ठंडी हवा नीचे आती है, जिससे वायुमंडल में ऊर्ध्वाधर गति होती है। यह बादलों के निर्माण और ऊष्मा के ऊर्ध्वाधर वितरण में महत्वपूर्ण है।
- अभिवहन (Advection): वायुमंडलीय द्रव्यमान की क्षैतिज गति से ऊष्मा का स्थानांतरण होता है, जैसे हवाओं और समुद्री धाराओं द्वारा। यह उष्णकटिबंधीय से ध्रुवीय क्षेत्रों की ओर ऊष्मा का परिवहन करता है।
- पार्थिव विकिरण (Terrestrial Radiation): पृथ्वी की सतह सौर ऊर्जा को अवशोषित करके गर्म होती है और फिर इसे दीर्घ तरंग अवरक्त विकिरण के रूप में वायुमंडल में उत्सर्जित करती है।
- गुप्त ऊष्मा (Latent Heat): जल के वाष्पीकरण और संघनन जैसी प्रक्रियाओं के माध्यम से ऊर्जा का स्थानांतरण होता है।
5. ग्रीनहाउस प्रभाव और उसका महत्व
- वायुमंडल में मौजूद कार्बन डाइऑक्साइड, मीथेन, जलवाष्प और नाइट्रस ऑक्साइड जैसी ग्रीनहाउस गैसें पार्थिव विकिरण की कुछ मात्रा को अवशोषित करके वापस पृथ्वी की सतह की ओर विकिरित करती हैं।
- यह प्रक्रिया पृथ्वी के औसत तापमान को बनाए रखने में मदद करती है, अन्यथा पृथ्वी इतनी ठंडी हो जाती कि जीवन असंभव होता।
- हालांकि, मानवीय गतिविधियों द्वारा इन गैसों के अत्यधिक उत्सर्जन से ग्रीनहाउस प्रभाव बढ़ रहा है, जिससे ग्लोबल वार्मिंग हो रही है और ऊर्जा संतुलन बिगड़ रहा है।
6. क्षेत्रीय ऊर्जा असंतुलन
- भूमध्यरेखीय क्षेत्र वर्ष भर अधिक सौर विकिरण प्राप्त करते हैं, जिससे ऊर्जा का अधिशेष रहता है।
- इसके विपरीत, ध्रुवीय क्षेत्रों में ऊर्जा की कमी होती है क्योंकि वे कम सौर विकिरण प्राप्त करते हैं और अधिक ऊष्मा उत्सर्जित करते हैं।
- वायुमंडलीय पवनें (जैसे हेडली, फेरेल, और ध्रुवीय कोशिकाएँ) और महासागरीय धाराएँ (जैसे गल्फ स्ट्रीम, कुरोशियो धारा) इन क्षेत्रीय ऊर्जा अधिशेषों को कमी वाले क्षेत्रों की ओर स्थानांतरित करती हैं, जिससे वैश्विक ऊष्मा संतुलन बना रहता है।
Conclusion
पृथ्वी की वायुमंडलीय प्रणाली में ऊर्जा का वितरण और संतुलन एक जटिल और गतिशील प्रक्रिया है जो पृथ्वी पर जीवन के अस्तित्व के लिए महत्वपूर्ण है। सौर विकिरण का अवशोषण, परावर्तन और पार्थिव विकिरण के माध्यम से ऊर्जा का यह सूक्ष्म संतुलन पृथ्वी के औसत तापमान को स्थिर रखता है। हालांकि, जीवाश्म ईंधन के दहन, वनों की कटाई और औद्योगिक प्रक्रियाओं जैसी मानवीय गतिविधियां ग्रीनहाउस गैसों के उत्सर्जन को बढ़ाकर इस प्राकृतिक संतुलन को बाधित कर रही हैं। यह असंतुलन जलवायु परिवर्तन, वैश्विक तापन और चरम मौसमी घटनाओं को जन्म दे रहा है। अतः, इस नाजुक ऊर्जा बजट को बनाए रखने के लिए वैश्विक स्तर पर ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को कम करना और नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों को अपनाना अत्यंत आवश्यक है।
Answer Length
This is a comprehensive model answer for learning purposes and may exceed the word limit. In the exam, always adhere to the prescribed word count.