- पृथ्वी तंत्र बनाने वाले पाँच परस्पर क्रिया करने वाले मंडल
- सूर्य पृथ्वी को असमान रूप से क्यों गर्म करता है, और एल्बिडो व वायुमंडल की परतें इसे कैसे नियंत्रित करती हैं
- असमान ऊष्मण स्थानीय व वैश्विक पवनों और महासागरीय धाराओं को कैसे संचालित करता है
- जल, कार्बन, नाइट्रोजन और ऑक्सीजन चक्र, और इनका संतुलन क्यों महत्वपूर्ण है
- मानवीय गतिविधियाँ इन चक्रों को कैसे बाधित करती हैं, और संतुलन बहाल करने के उपाय
1पृथ्वी एक तंत्र के रूप में
पृथ्वी पर जीवन ऊर्जा और द्रव्य के निरंतर प्रवाह से संचालित होता है, मुख्यतः सूर्य से, परंतु पृथ्वी के गर्म आंतरिक भाग तथा वायु, जल और चट्टानों में होने वाली रासायनिक अभिक्रियाओं से भी। पृथ्वी तंत्र पाँच परस्पर क्रिया करने वाले मंडलों से मिलकर बना है।
एक मंडल में गड़बड़ी अन्य मंडलों को बदल देती है: कम हिमपात (हिममंडल) का अर्थ है झीलों में कम पानी (जलमंडल), जिससे घास की वृद्धि प्रभावित होती है (जैवमंडल)। “मंडल आपस में जुड़े हैं” यह विचार परीक्षा में बार-बार पूछा जाता है।
2पृथ्वी का असमान ऊष्मण
सौर विकिरण पृथ्वी तक वैद्युतचुंबकीय (EM) तरंगों के रूप में पहुँचता है, जो निर्वात में प्रकाश की चाल से यात्रा करती हैं। ध्वनि तरंगों के विपरीत, EM तरंगों को किसी माध्यम की आवश्यकता नहीं होती। पृथ्वी तक पहुँचने वाली सौर ऊर्जा का लगभग 99% भाग पराबैंगनी (UV), दृश्य और अवरक्त (IR) क्षेत्र में केंद्रित होता है।
लघु तरंगदैर्घ्य वाली UV विकिरण का अधिकांश भाग ओजोन परत द्वारा अवशोषित हो जाता है, जिससे जीवन को सुरक्षा मिलती है। दृश्य प्रकाश प्रकाश-संश्लेषण को ऊर्जा देता है और भूमि व जल को गर्म करता है। अवरक्त विकिरण पृथ्वी की सतह को गर्म करता है, जो इस ऊष्मा को पुनः विकिरित करती है, जिसका कुछ भाग कार्बन डाइऑक्साइड, मीथेन और जलवाष्प जैसी हरितगृह गैसें रोक लेती हैं, जिससे पृथ्वी जीवन के लिए पर्याप्त गर्म बनी रहती है।
आपाती विकिरण (insolation) सूर्य के उस विकिरण की मात्रा है जो पृथ्वी की सतह तक पहुँचता है। सौर स्थिरांक, लगभग , वायुमंडल के शीर्ष पर सूर्य की किरणों के लंबवत प्रति इकाई समय प्रति इकाई क्षेत्रफल पर प्राप्त औसत सौर ऊर्जा है।
प्रश्न. यदि पृथ्वी की सतह पर आपाती विकिरण है, तो 1 मी² क्षेत्र को एक घंटे में कितनी सौर ऊर्जा प्राप्त होगी?
चरण 1 –
चरण 2 –
उत्तर –
भारत की अग्रणी वायुमंडलीय वैज्ञानिक अन्ना मणि ने 1950 के दशक में पूरे भारत में सौर आपाती विकिरण का मानचित्रण किया। एस. रंगराजन के साथ मिलकर उन्होंने 1982 में Solar Radiation Over India प्रकाशित किया, जो भारत का पहला आपाती विकिरण एटलस था।
2.1 एल्बिडो
किसी सतह द्वारा परावर्तित सौर विकिरण के अंश को उसका एल्बिडो कहते हैं। उच्च एल्बिडो सतहें (जैसे बर्फ) अधिक प्रकाश परावर्तित करने के कारण ठंडी रहती हैं; निम्न एल्बिडो सतहें (जैसे काली मृदा) अधिक प्रकाश अवशोषित करने के कारण जल्दी गर्म होती हैं।
| पदार्थ | एल्बिडो |
|---|---|
| हिम (बर्फ) | 0.80-0.90 |
| बर्फ (ice) | 0.50-0.70 |
| कुचली हुई चट्टान | 0.25-0.30 |
| महासागरीय जल | निम्न (अधिकांश आपाती विकिरण अवशोषित करता है) |
शहर अपने आसपास के ग्रामीण क्षेत्रों से अधिक गर्म होते हैं, विशेष रूप से रात में, क्योंकि कंक्रीट, इस्पात और डामर वनस्पति की तुलना में अधिक ऊष्मा अवशोषित और पुनर्विकिरित करते हैं। इसे नगरीय ऊष्मा द्वीप प्रभाव कहा जाता है।
2.2 अक्षांश और वायुमंडल की भूमिका
चूँकि पृथ्वी गोलाकार है, भूमध्य रेखा पर पड़ने वाला सूर्य का प्रकाश ध्रुवीय क्षेत्रों में फैले प्रकाश की तुलना में छोटे क्षेत्र पर केंद्रित होता है, जिससे भूमध्य रेखा गर्म और ध्रुव ठंडे रहते हैं। यह असमान ऊष्मण, वायुमंडल की संरचना (78% नाइट्रोजन, 21% ऑक्सीजन, तथा अन्य गैसें) के साथ मिलकर वैश्विक पवनों और महासागरीय धाराओं को संचालित करता है।
| परत | अनुमानित ऊँचाई | मुख्य विशेषता |
|---|---|---|
| क्षोभमंडल | 0-12 km | मौसम का बनना; ऊँचाई के साथ ताप घटता है |
| समतापमंडल | 12-50 km | ओजोन परत UV अवशोषित करती है; ऊँचाई के साथ ताप बढ़ता है |

विद्यार्थी अक्सर सुरक्षात्मक ओजोन परत (समतापमंडल में, हानिकारक UV को रोकती है) को भूस्तरीय ओजोन (वाहनों के उत्सर्जन के सूर्य के प्रकाश से क्रिया करने से बनती है, साँस के लिए हानिकारक) से भ्रमित कर देते हैं। यह वही गैस है, परंतु स्थान के अनुसार इसका प्रभाव विपरीत होता है।
रेफ्रिजरेटर और एरोसोल में उपयोग होने वाले CFC ने अंटार्कटिका के ऊपर गंभीर ओजोन क्षय किया, जिसे “ओजोन छिद्र” कहा जाता है। मॉन्ट्रियल प्रोटोकॉल, एक वैश्विक समझौते ने CFC का उपयोग घटाया, और अब ओजोन परत धीरे-धीरे पुनः स्वस्थ हो रही है।
3असमान ऊष्मण से पवन और महासागरीय धाराएँ
पवन उच्च दाब से निम्न दाब की ओर वायु की गति है, जो मुख्यतः पृथ्वी की सतह के असमान ऊष्मण के कारण होती है।
3.1 स्थानीय पवनें
घाटी समीर (दिन में)
- सूर्य के सामने वाली पर्वत ढलानें घाटी तल से तेज़ गर्म होती हैं
- ढलानों पर गर्म वायु ऊपर उठती है, निम्न दाब बनाती है
- घाटी की ठंडी वायु ऊपर उठकर इसकी जगह लेती है
पर्वत समीर (रात में)
- ढलानें तेज़ी से ऊष्मा खोती हैं और ठंडी हो जाती हैं
- ढलानों की वायु ठंडी व सघन हो जाती है
- यह नीचे गर्म घाटी की ओर बहती है
3.2 वैश्विक पवनें
भूमध्य रेखा और ध्रुवों के बीच असमान ऊष्मण दाब पट्टियाँ बनाता है: भूमध्यरेखीय निम्न दाब पट्टी (गर्म वायु ऊपर उठती है), 30° उत्तर/दक्षिण पर उपोष्ण उच्च दाब पट्टियाँ (वायु नीचे बैठती है), 60° उत्तर/दक्षिण पर उपध्रुवीय निम्न दाब पट्टियाँ, और 90° उत्तर/दक्षिण पर ध्रुवीय उच्च दाब पट्टियाँ। पृथ्वी का घूर्णन इन पवनों को विक्षेपित करता है, उत्तरी गोलार्ध में दाईं ओर और दक्षिणी गोलार्ध में बाईं ओर।
3.3 महासागरीय धाराएँ
वैश्विक पवनें घर्षण द्वारा महासागर की सतही जल को खींचती हैं, जिससे धाराएँ बनती हैं। तापमान और लवणता में अंतर, पृथ्वी का घूर्णन, और स्थलखंडों का वितरण इन्हें बड़े वृत्ताकार पैटर्न में ढालते हैं जिन्हें गायर कहा जाता है, उत्तरी गोलार्ध में दक्षिणावर्त और दक्षिणी गोलार्ध में वामावर्त। गल्फ स्ट्रीम और इसका विस्तार, उत्तरी अटलांटिक बहाव, गर्म जल को उत्तर-पश्चिमी यूरोप की ओर ले जाते हैं, जिससे कई बंदरगाह सर्दियों में भी बर्फमुक्त रहते हैं।
महासागरीय धाराएँ भूमध्य रेखा से ध्रुवों तक ऊष्मा पहुँचाती हैं, जिससे वैश्विक तापमान अंतर कम होते हैं। इसे हमेशा इस बात से जोड़ें कि एक ही अक्षांश पर महासागर के दोनों ओर जलवायु इतनी भिन्न क्यों हो सकती है।
4जैवभूरासायनिक चक्र
जीव लगातार वायु, जल, मृदा और चट्टानों के साथ द्रव्य और ऊर्जा का आदान-प्रदान करते हैं। अजैविक और जैविक घटकों के बीच द्रव्य और ऊर्जा की इस चक्रीय गति को जैवभूरासायनिक चक्र कहते हैं। यह कार्बन, नाइट्रोजन और ऑक्सीजन जैसे आवश्यक पोषक तत्वों को जीवन का समर्थन करने के लिए उपलब्ध बनाए रखता है।
4.1 जल चक्र
जलवायु परिवर्तन जल चक्र को तीव्र कर रहा है: गर्म वायुमंडल अधिक नमी धारण करता है, जिससे कुछ क्षेत्रों में भारी वर्षा (जैसे तीव्र मानसून) और अन्य में सूखा होता है, जबकि पिघलती हिमानियाँ नदियों में अधिक जल जोड़ती हैं और मुंबई व चेन्नई जैसे तटीय शहरों को खतरे में डालती हैं।
4.2 कार्बन चक्र
तीव्र चक्र (प्रकाश-संश्लेषण, श्वसन, अपघटन) दिनों से वर्षों में होता है। धीमा चक्र (मृत जीवों का दबकर करोड़ों वर्षों में कोयला, तेल और गैस में बदलना, फिर जलाया जाना) संचित कार्बन को उससे कहीं अधिक तेज़ी से मुक्त करता है जितने समय में वह संचित हुआ था।
कीलिंग वक्र दर्शाता है कि 1960 के बाद से वायुमंडलीय CO₂ लगभग 35% बढ़ी है, 315 ppm से 420 ppm तक, मुख्यतः जीवाश्म ईंधन जलाने और वनोन्मूलन के कारण, जो मानव इतिहास में अभूतपूर्व वृद्धि है।
4.3 नाइट्रोजन चक्र
नाइट्रोजन चक्र वायु, मृदा, जल और जीवों के बीच नाइट्रोजन की समग्र गति है, जो नाइट्रोजन स्थिरीकरण, स्वांगीकरण, अमोनियाकरण, नाइट्रीकरण और विनाइट्रीकरण के माध्यम से होती है।
हैबर-बॉश प्रक्रम वायुमंडलीय नाइट्रोजन से कृत्रिम रूप से अमोनिया बनाता है, जो आज उपयोग होने वाले अधिकांश उर्वरक बनाता है। इस “हवा से रोटी” क्रांति ने भारत की हरित क्रांति को शक्ति दी; मानव शरीर के आधे से अधिक नाइट्रोजन परमाणु इसी प्रक्रम से आते हैं।
4.4 ऑक्सीजन चक्र
वायुमंडल का लगभग 21% भाग मुक्त ऑक्सीजन गैस है। श्वसन और दहन ऑक्सीजन का उपभोग करते हैं और CO₂ छोड़ते हैं, जबकि प्रकाश-संश्लेषण सूर्य के प्रकाश, जल और CO₂ का उपयोग करके ग्लूकोज बनाता है और ऑक्सीजन बहाल करता है। यह संतुलन वायुमंडल, भूमि, महासागरों और जीवों के बीच ऑक्सीजन को चक्रित रखता है।
अतिरिक्त वायुमंडलीय CO₂ महासागर द्वारा इसके अवशोषण को बढ़ाती है, जिससे समुद्री जल अधिक अम्लीय हो जाता है और सूक्ष्म प्लवक व प्रवाल भित्तियों को खतरा होता है। दूसरी ओर, गर्म महासागरीय जल कार्बन सिंक के रूप में CO₂ अवशोषित करने की महासागर की क्षमता घटा देता है।
- 1 अंककृषि भूमि के पास किसी झील में शैवाल प्रस्फुटन का कारण क्या है?
- 1 अंकअनुच्छेद में वर्णित प्रक्रिया का नाम बताइए।
- 3 अंकसमझाइए कि सुपोषण मछलियों की मृत्यु का कारण क्यों बनता है।
✓ संतुलन बहाल करना
- सौर व पवन जैसी नवीकरणीय ऊर्जा अपनाना
- वृक्षारोपण और संधारणीय कृषि अपनाना
- जल, भोजन और ऊर्जा बचाने के लिए घटाना, पुनः उपयोग और पुनर्चक्रण करना
✗ इससे असंतुलन और बढ़ता है
- जीवाश्म ईंधन को बिना सीमा जलाना
- वनोन्मूलन, जो प्रकाश-संश्लेषण घटाता है और मृदा अपरदन बढ़ाता है
- उर्वरकों का अत्यधिक उपयोग, जो सुपोषण का कारण बनता है
मॉन्ट्रियल प्रोटोकॉल ने CFC को सफलतापूर्वक घटाया और ओजोन परत की पुनःप्राप्ति में सहायता कर रहा है, जो दर्शाता है कि वैश्विक सहयोग क्या हासिल कर सकता है। CO₂ उत्सर्जन घटाने के उद्देश्य से बने क्योटो प्रोटोकॉल और पेरिस समझौता अब तक उतने सफल नहीं रहे।
पृथ्वी एक जुड़े हुए तंत्र के रूप में कार्य करती है, ऊर्जा और द्रव्य लगातार इसके मंडलों के बीच प्रवाहित होते हैं, और एक मंडल में गड़बड़ी दूसरों को बदल देती है।
इस अध्याय से याद रखने वाली मूल बात
- पाँच मंडल: भूमंडल, जलमंडल, हिममंडल, वायुमंडल, जैवमंडल
- आपाती विकिरण और सौर स्थिरांक (~1.4 kW/m²) पृथ्वी का ऊर्जा संतुलन तय करते हैं; एल्बिडो बताता है कि कोई सतह कितना परावर्तित करती है
- क्षोभमंडल (0-12 km): मौसम; समतापमंडल (12-50 km): ओजोन परत UV अवशोषित करती है
- स्थानीय पवनें: घाटी समीर (दिन में, ढलान की ओर ऊपर), पर्वत समीर (रात में, ढलान से नीचे)
- वैश्विक पवनें: भूमध्यरेखीय निम्न दाब, उपोष्ण उच्च दाब (30° उ/द), उपध्रुवीय निम्न दाब (60° उ/द), ध्रुवीय उच्च दाब (90° उ/द)
- महासागरीय धाराएँ गायर बनाती हैं, उत्तर में दक्षिणावर्त, दक्षिण में वामावर्त; गल्फ स्ट्रीम यूरोप को गर्म रखती है
- जैवभूरासायनिक चक्र: जल, कार्बन (तीव्र व धीमा चक्र), नाइट्रोजन (स्थिरीकरण, नाइट्रीकरण, अमोनियाकरण, विनाइट्रीकरण), ऑक्सीजन
- मानवीय प्रभाव: महासागरीय अम्लीकरण, सुपोषण, वनोन्मूलन; समाधान में नवीकरणीय ऊर्जा और मॉन्ट्रियल प्रोटोकॉल जैसा सहयोग शामिल है
- 1 अंकएल्बिडो को परिभाषित कीजिए।
- 1 अंकउन दो वायुमंडलीय परतों के नाम बताइए जहाँ लगभग सभी मौसम होता है और जहाँ ओजोन परत स्थित है।
- 1 अंकजैवभूरासायनिक चक्र क्या है?
- 1 अंकफलीदार पादपों की जड़ ग्रंथियों में नाइट्रोजन स्थिरीकरण के लिए उत्तरदायी जीवाणु का नाम बताइए।
- 1 अंकसौर स्थिरांक का अनुमानित मान क्या है?
- 1 अंकनाइट्रेट को वापस नाइट्रोजन गैस में बदलने वाली प्रक्रिया का नाम बताइए।
- 1 अंकपृथ्वी के वायुमंडल का लगभग 99% भाग किन दो गैसों से मिलकर बना है?
- 3 अंकदिन में घाटी समीर कैसे बनती है, समझाइए।
- 3 अंकतीव्र कार्बन चक्र और धीमे कार्बन चक्र में अंतर स्पष्ट कीजिए।
- 3 अंकवनोन्मूलन कार्बन चक्र और जल चक्र को कैसे बाधित करता है, समझाइए।
- 3 अंकसुपोषण (eutrophication) क्या है, और इसका कारण क्या है?
- 3 अंकभूमध्य रेखा वर्षभर गर्म क्यों रहती है जबकि ध्रुव ठंडे रहते हैं, समझाइए।
- 3 अंकआपाती विकिरण और सौर स्थिरांक में अंतर स्पष्ट कीजिए।
- 3 अंकनगरीय ऊष्मा द्वीप प्रभाव के कारण शहर आसपास के ग्रामीण क्षेत्रों से अधिक गर्म क्यों होते हैं?
- 3 अंकमॉन्ट्रियल प्रोटोकॉल ने ओजोन परत को पुनःस्वस्थ होने में कैसे सहायता की, समझाइए।
- 5 अंकनाइट्रोजन चक्र के चरणों का वर्णन कीजिए, हर चरण में शामिल जीवाणु सहित।
- 5 अंकपृथ्वी का असमान ऊष्मण वैश्विक पवन पट्टियों को कैसे जन्म देता है, समझाइए।
- 5 अंकजल चक्र का वर्णन कीजिए और समझाइए कि जलवायु परिवर्तन इसे कैसे तीव्र कर रहा है।
- 5 अंकमहासागरीय धाराएँ कैसे बनती हैं और ये पृथ्वी की जलवायु को कैसे प्रभावित करती हैं, समझाइए।
- 1 अंकपृथ्वी की सतह गर्म होने का प्राथमिक कारण यह है कि
(क) सौर विकिरण सीधे कार्बन डाइऑक्साइड द्वारा अवशोषित होती है(ख) वायुमंडल के सूक्ष्म कण सौर विकिरण को अवशोषित कर सीधे पृथ्वी को गर्म करते हैं
(ग) सतह सौर विकिरण अवशोषित करती है, जो पुनर्विकिरित होकर हरितगृह गैसों द्वारा रोकी जाती है(घ) बादल विकिरण परावर्तित करके पृथ्वी को गर्म करते हैं - 1 अंकहिम का एल्बिडो उच्च होने का अर्थ है कि यह
(क) अधिकांश आपाती सूर्य के प्रकाश को अवशोषित करता है(ख) अधिकांश आपाती सूर्य के प्रकाश को परावर्तित करता है
(ग) सूर्य के प्रकाश पर कोई प्रभाव नहीं डालता(घ) बर्फ से जल्दी पिघलता है - 1 अंकरात में पर्वत समीर इसलिए बहती है क्योंकि
(क) घाटी तल ढलानों से पहले ठंडा होता है(ख) ढलानें पहले ठंडी होती हैं और सघन वायु घाटी में नीचे भेजती हैं
(ग) गर्म वायु हमेशा नीचे बैठती है(घ) रात में कोई दाब अंतर नहीं होता - 1 अंकनाइट्रीकरण के दौरान अमोनिया को नाइट्राइट में कौन-सा जीवाणु बदलता है?
(क) राइजोबियम(ख) स्यूडोमोनास
(ग) नाइट्रोसोमोनास(घ) एजोटोबैक्टर - 1 अंकओजोन परत कहाँ स्थित है?
(क) क्षोभमंडल(ख) समतापमंडल
(ग) मध्यमंडल(घ) तापमंडल - 1 अंकमहासागरीय धाराएँ बड़े वृत्ताकार पैटर्न बनाती हैं, जिन्हें कहते हैं
(क) गायर(ख) मानसून
(ग) वाताग्र(घ) चक्रवात - 1 अंकसुपोषण मुख्यतः किसकी अधिकता से होता है?
(क) वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड(ख) उर्वरक अपवाह से जलस्रोतों में पहुँची नाइट्रोजन
(ग) नदियों-झीलों में ऑक्सीजन(घ) भूस्तरीय ओजोन
कारण (R): महासागरीय धाराएँ भूमध्य रेखा से ध्रुवों की ओर ऊष्मा पहुँचाती हैं, जिससे क्षेत्रों के बीच तापमान अंतर कम होते हैं।
कारण (R): समतापमंडल में ओजोन आपाती UV विकिरण को अवशोषित करती है, जिससे यह परत गर्म होती है।