- समताप मंडल की विशेषताएं
- स्थान
- संरचना
- रासायनिक संरचना
- तापमान
- ओजोन गठन
- विशेषताएं
- ओजोन परत विनाश
- सीएफसी यौगिक
- नाइट्रोजन आक्साइड
- ओजोन परत में पतला और छेद
- सीएफसी के उपयोग पर प्रतिबंध पर अंतर्राष्ट्रीय समझौते
- समताप मंडल में विमान क्यों नहीं उड़ते हैं?
- विमान जो
- केबिन दबाव की आवश्यकता क्यों है?
- समताप मंडल, सुपरसोनिक विमानों में उड़ानें
- आज तक विकसित सुपरसोनिक विमानों के नुकसान
- संदर्भ
समताप मंडल पृथ्वी के वायुमंडल की परतों, क्षोभ मंडल और मीसोस्फीयर के बीच स्थित है। समताप मंडल की निचली सीमा की ऊंचाई बदलती है, लेकिन ग्रह के मध्य अक्षांश के लिए 10 किमी के रूप में लिया जा सकता है। इसकी ऊपरी सीमा पृथ्वी की सतह से 50 किमी की ऊँचाई पर है।
पृथ्वी का वातावरण गैसीय लिफाफा है जो ग्रह को घेरता है। रासायनिक संरचना और तापमान में भिन्नता के अनुसार, इसे 5 परतों में विभाजित किया गया है: ट्रोपोस्फीयर, स्ट्रैटोस्फीयर, मेसोस्फीयर, थर्मोस्फीयर और एक्सोस्फीयर।
चित्र 1. अंतरिक्ष से देखा जाने वाला स्ट्रैटोस्फियर। स्रोत: एनओएसए गैलिशियन स्पेस एजेंसी
क्षोभमंडल पृथ्वी की सतह से 10 किमी की ऊँचाई तक फैला हुआ है। अगली परत, समताप मंडल, पृथ्वी की सतह से 10 किमी से 50 किमी ऊपर है।
मेसोस्फीयर की ऊंचाई 50 किमी से 80 किमी तक होती है। थर्मोस्फीयर 80 किमी से 500 किमी तक, और अंत में एक्सोस्फीयर 500 किमी से 10,000 किमी की ऊंचाई तक फैली हुई है, जो कि अंतरपलीय स्थान के साथ सीमा है।
समताप मंडल की विशेषताएं
स्थान
समताप मंडल क्षोभ मंडल और मध्यमंडल के बीच स्थित होता है। इस परत की निचली सीमा पृथ्वी की भूमध्य रेखा से अक्षांश या दूरी के साथ बदलती है।
ग्रह के ध्रुवों पर, समताप मंडल पृथ्वी की सतह से 6 से 10 किमी ऊपर के बीच शुरू होता है। भूमध्य रेखा पर यह 16 से 20 किमी की ऊंचाई के बीच शुरू होता है। ऊपरी सीमा पृथ्वी की सतह से 50 किमी ऊपर है।
संरचना
समताप मंडल की अपनी स्तरित संरचना होती है, जिसे तापमान द्वारा परिभाषित किया जाता है: ठंड की परतें नीचे होती हैं, और गर्म परतें सबसे ऊपर होती हैं।
साथ ही, समताप मंडल में एक परत होती है जहां ओज़ोन की एक उच्च सांद्रता होती है, जिसे ओज़ोन परत या ओज़ोनोस्फीयर कहा जाता है, जो पृथ्वी की सतह से 30 से 60 किमी ऊपर है।
रासायनिक संरचना
समताप मंडल में सबसे महत्वपूर्ण रासायनिक यौगिक ओजोन है। पृथ्वी के वायुमंडल में मौजूद कुल ओजोन का 85 से 90% भाग समताप मंडल में पाया जाता है।
ओजोन समताप मंडल में एक फोटोकैमिकल प्रतिक्रिया (रासायनिक प्रतिक्रिया जहां प्रकाश हस्तक्षेप करता है) के माध्यम से बनता है जो ऑक्सीजन से गुजरता है। समताप मंडल में अधिकांश गैसें क्षोभमंडल से प्रवेश करती हैं।
समताप मंडल में ओजोन (O 3), नाइट्रोजन (N 2), ऑक्सीजन (O 2), नाइट्रोजन ऑक्साइड, नाइट्रिक एसिड (HNO 3), सल्फ्यूरिक एसिड (H 2 SO 4), सिलिकेट्स और हैवीनेटेड यौगिक, जैसे क्लोरोफ्लोरोकार्बन होते हैं। इनमें से कुछ पदार्थ ज्वालामुखी विस्फोट से आते हैं। समताप मंडल में जल वाष्प (गैसीय अवस्था में एच 2 ओ) की एकाग्रता बहुत कम है।
स्ट्रैटोस्फियर में, अशांति की अनुपस्थिति के कारण ऊर्ध्वाधर गैस मिश्रण बहुत धीमा और व्यावहारिक रूप से शून्य है। इस कारण से, इस परत में प्रवेश करने वाले रसायन और अन्य सामग्री लंबे समय तक इसमें बनी रहती हैं।
तापमान
समताप मंडल में तापमान क्षोभमंडल के विपरीत व्यवहार को प्रदर्शित करता है। इस परत में ऊंचाई के साथ तापमान बढ़ता है।
तापमान में यह वृद्धि गर्मी को छोड़ने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं की घटना के कारण होती है, जहां ओजोन (ओ 3) हस्तक्षेप करता है । समताप मंडल में काफी मात्रा में ओजोन होता है, जो सूर्य से उच्च-ऊर्जा पराबैंगनी विकिरण को अवशोषित करता है।
समताप मंडल एक स्थिर परत है, जिसमें गैसों के मिश्रण के लिए कोई अशांति नहीं होती है। निचले हिस्से में हवा ठंडी और घनी होती है और ऊपरी हिस्से में यह गर्म और हल्की होती है।
ओजोन गठन
समताप मंडल में, आणविक ऑक्सीजन (O 2) सूर्य से पराबैंगनी (UV) विकिरण के प्रभाव से अलग हो जाती है:
ओ 2 + यूवी लाइट → ओ + ओ
ऑक्सीजन (O) परमाणु अत्यधिक प्रतिक्रियाशील होते हैं और ऑक्सीजन (O 2) अणुओं से मिलकर ओजोन (O 3) बनाते हैं:
O + O 2 → O 3 + हीट
इस प्रक्रिया में गर्मी जारी की जाती है (एक्सोथर्मिक प्रतिक्रिया)। यह रासायनिक प्रतिक्रिया समताप मंडल में गर्मी का स्रोत है और ऊपरी परतों में इसके उच्च तापमान का कारण बनती है।
विशेषताएं
समताप मंडल पृथ्वी पर मौजूद जीवन के सभी रूपों के एक सुरक्षात्मक कार्य को पूरा करता है। ओजोन परत उच्च-ऊर्जा पराबैंगनी (यूवी) विकिरण को पृथ्वी की सतह तक पहुंचने से रोकती है।
ओजोन पराबैंगनी प्रकाश को अवशोषित करता है और परमाणु ऑक्सीजन (ओ) और आणविक ऑक्सीजन (ओ 2) में विघटित होता है, जैसा कि निम्नलिखित रासायनिक प्रतिक्रिया द्वारा दिखाया गया है:
O 3 + UV लाइट → O + O 2
समताप मंडल में, ओजोन के गठन और विनाश की प्रक्रियाएं एक संतुलन में होती हैं जो इसकी निरंतर एकाग्रता को बनाए रखती हैं।
इस तरह, ओजोन परत यूवी विकिरण से एक सुरक्षा कवच के रूप में काम करती है, जो आनुवंशिक उत्परिवर्तन, त्वचा कैंसर, फसलों और पौधों के विनाश का कारण है।
ओजोन परत विनाश
सीएफसी यौगिक
1970 के दशक से, शोधकर्ताओं ने ओजोन परत पर क्लोरोफ्लोरोकार्बन (सीएफसी) के हानिकारक प्रभावों के बारे में बहुत चिंता व्यक्त की है।
1930 में क्लोरोफ्लोरोकार्बन यौगिकों के उपयोग को व्यावसायिक रूप से फ्रीन्स कहा जाता था। इनमें CFCl 3 (Freon 11), CF 2 Cl 2 (Freon 12), C 2 F 3 Cl 3 (Freon 113) और C 2 F 4 Cl 2 (Freon 114) हैं। ये यौगिक आसानी से संकुचित, अपेक्षाकृत अप्राप्य और गैर-ज्वलनशील होते हैं।
वे एयर कंडीशनर और रेफ्रिजरेटर में अमोनिया, एनएच 3 (तरल 3) और तरल सल्फर डाइऑक्साइड (एसओ 2) (अत्यधिक विषैले) की जगह रेफ्रिजरेंट के रूप में इस्तेमाल होने लगे ।
इसके बाद, डिस्पोजेबल प्लास्टिक लेखों के निर्माण में सीएफसी का उपयोग बड़ी मात्रा में किया गया है, जो कि कैन में एरोसोल के रूप में वाणिज्यिक उत्पादों के लिए प्रणोदक के रूप में और इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस कार्ड के लिए सॉल्वैंट्स के रूप में उपयोग किया जाता है।
बड़ी मात्रा में सीएफसी के व्यापक उपयोग ने एक गंभीर पर्यावरणीय समस्या पैदा कर दी है, क्योंकि उद्योगों और रेफ्रिजरेंट उपयोग में उपयोग किए जाने वाले वातावरण में छुट्टी दे दी जाती है।
वायुमंडल में, ये यौगिक धीरे-धीरे समताप मंडल में फैल जाते हैं; इस परत में यूवी विकिरण के प्रभाव के कारण उनका अपघटन होता है:
CFCl 3 → CFCl 2 + Cl
CF 2 Cl 2 → CF 2 Cl + Cl
क्लोरीन परमाणु ओजोन के साथ बहुत आसानी से प्रतिक्रिया करते हैं और इसे नष्ट कर देते हैं:
Cl + O 3 → ClO + O 2
एक एकल क्लोरीन परमाणु 100,000 से अधिक ओजोन अणुओं को नष्ट कर सकता है।
नाइट्रोजन आक्साइड
नाइट्रोजन ऑक्साइड NO और NO 2 ओजोन को नष्ट करने के लिए प्रतिक्रिया करता है। समताप मंडल में इन नाइट्रोजन ऑक्साइड की उपस्थिति सुपरसोनिक विमान के इंजन द्वारा उत्सर्जित गैसों, पृथ्वी पर मानव गतिविधियों से उत्सर्जन और ज्वालामुखी गतिविधि के कारण है।
ओजोन परत में पतला और छेद
1980 के दशक में यह पता चला कि दक्षिणी ध्रुव क्षेत्र के ऊपर ओजोन परत में एक छेद बन गया था। इस क्षेत्र में ओजोन की मात्रा आधे में कटौती की गई थी।
यह भी पता चला कि उत्तरी ध्रुव के ऊपर और समताप मंडल के भीतर, सुरक्षात्मक ओजोन परत पतली हो गई है, अर्थात इसने इसकी चौड़ाई कम कर दी है क्योंकि ओजोन की मात्रा में काफी कमी आई है।
समताप मंडल में ओजोन के नुकसान के ग्रह पर जीवन के लिए गंभीर परिणाम हैं, और कई देशों ने स्वीकार किया है कि सीएफसी के उपयोग में भारी कमी या पूर्ण उन्मूलन आवश्यक और जरूरी है।
सीएफसी के उपयोग पर प्रतिबंध पर अंतर्राष्ट्रीय समझौते
1978 में कई देशों ने व्यावसायिक एयरोसोल उत्पादों में प्रणोदक के रूप में सीएफसी के उपयोग पर प्रतिबंध लगा दिया। 1987 में, औद्योगिक देशों के विशाल बहुमत ने तथाकथित मॉन्ट्रियल प्रोटोकॉल पर हस्ताक्षर किए, एक अंतरराष्ट्रीय समझौता जहां वर्ष 2000 तक सीएफसी निर्माण की क्रमिक कमी और इसके कुल उन्मूलन के लिए लक्ष्य निर्धारित किए गए थे।
कई देश मॉन्ट्रियल प्रोटोकॉल का पालन करने में विफल रहे हैं, क्योंकि सीएफसी की यह कमी और उन्मूलन उनकी अर्थव्यवस्था को प्रभावित करेगा, ग्रह पृथ्वी पर जीवन के संरक्षण से पहले आर्थिक हितों को लगाएगा।
समताप मंडल में विमान क्यों नहीं उड़ते हैं?
एक हवाई जहाज की उड़ान के दौरान, 4 बुनियादी बल कार्य करते हैं: लिफ्ट, हवाई जहाज का वजन, खींचें और जोर।
लिफ्ट एक बल है जो विमान का समर्थन करता है और इसे ऊपर की ओर धकेलता है; हवा का घनत्व जितना अधिक होगा, लिफ्ट उतना ही अधिक होगा। दूसरी ओर वजन, वह बल है जिसके साथ पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण विमान को पृथ्वी के केंद्र की ओर खींचता है।
प्रतिरोध एक बल है जो विमान को धीमा कर देता है या आगे बढ़ने से रोकता है। यह प्रतिरोध बल विमान के मार्ग के विपरीत दिशा में कार्य करता है।
जोर वह बल है जो विमान को आगे बढ़ाता है। जैसा कि हम देख सकते हैं, थ्रस्ट और लिफ्ट उपकार उड़ान; वजन और प्रतिरोध हवाई जहाज की उड़ान को नुकसान पहुंचाने का कार्य करते हैं।
विमान जो
कम दूरी पर वाणिज्यिक और नागरिक विमान समुद्र तल से लगभग 10,000 मीटर ऊपर, यानी क्षोभमंडल की ऊपरी सीमा पर उड़ते हैं।
सभी विमानों को केबिन दबाव की आवश्यकता होती है, जिसमें विमान केबिन में संपीड़ित हवा को पंप करना शामिल होता है।
केबिन दबाव की आवश्यकता क्यों है?
जैसे ही विमान उच्च ऊंचाई पर चढ़ता है, बाहरी वायुमंडलीय दबाव कम हो जाता है और ऑक्सीजन की मात्रा भी कम हो जाती है।
यदि केबिन में दबाव वाली हवा की आपूर्ति नहीं की गई थी, तो यात्री ऑक्सीजन की कमी के कारण थकान, चक्कर आना, सिरदर्द और चेतना की हानि जैसे लक्षणों के साथ हाइपोक्सिया (या पहाड़ी बीमारी) से पीड़ित होंगे।
यदि केबिन में संपीड़ित हवा की आपूर्ति में विफलता या एक अपघटन होता है, तो एक आपातकालीन स्थिति उत्पन्न होगी जहां हवाई जहाज को तुरंत उतरना होगा, और इसके सभी रहने वालों को ऑक्सीजन मास्क पहनना चाहिए।
समताप मंडल, सुपरसोनिक विमानों में उड़ानें
10,000 मीटर से अधिक ऊंचाई पर, समताप मंडल में, गैसीय परत का घनत्व कम होता है, और इसलिए उड़ान भरने वाली लिफ्ट बल भी कम होती है।
दूसरी ओर, इन उच्च ऊंचाई पर हवा में ऑक्सीजन (O 2) की सामग्री कम होती है, और इसके लिए डीजल ईंधन के दहन के लिए आवश्यक है जो विमान के इंजन को काम करता है, और केबिन में प्रभावी दबाव के लिए।
पृथ्वी की सतह से 10,000 मीटर से अधिक की ऊंचाई पर, विमान को बहुत ही उच्च गति पर जाना पड़ता है, जिसे सुपरसोनिक कहा जाता है, जो समुद्र स्तर पर 1,225 किमी / घंटे तक पहुंचता है।
चित्रा 2. कॉनकॉर्ड सुपरसोनिक वाणिज्यिक विमान। स्रोत: एडुआर्ड मार्मेट
आज तक विकसित सुपरसोनिक विमानों के नुकसान
सुपरसोनिक उड़ानें तथाकथित सोनिक बूम का उत्पादन करती हैं, जो गरज के समान बहुत तेज शोर हैं। ये शोर जानवरों और मनुष्यों पर नकारात्मक प्रभाव डालते हैं।
इसके अतिरिक्त, इन सुपरसोनिक विमानों को अधिक ईंधन का उपयोग करने की आवश्यकता होती है, और इसलिए कम ऊंचाई पर उड़ान भरने वाले विमानों की तुलना में अधिक वायु प्रदूषक पैदा करते हैं।
सुपरसोनिक विमान को निर्माण के लिए बहुत अधिक शक्तिशाली इंजन और महंगी विशेष सामग्री की आवश्यकता होती है। वाणिज्यिक उड़ानें आर्थिक रूप से इतनी महंगी थीं कि उनका कार्यान्वयन लाभदायक नहीं रहा है।
संदर्भ
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