वातावरण: रचना आणि थर
वातावरण (Atmosphere)
पृथ्वीच्या सभोवताली असलेल्या हवेच्या आवरणाला 'वातावरण' म्हणतात.
वातावरण हे पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षण शक्तीमुळे पृथ्वीशी घट्ट धरून ठेवलेले आहे.
वातावरण सूर्यपासून येणाऱ्या हानिकारक अतिनील किरणांपासून (Ultraviolet rays) सजीवांचे संरक्षण करते.
वातावरणातील मुख्य वायू:
नायट्रोजन (Nitrogen): ७८.०८% (सजीवांना प्रथिनांसाठी आवश्यक, थेट वापरता येत नाही)
ऑक्सिजन (Oxygen): २०.९५% (प्राणवायू, श्वसनासाठी आवश्यक)
ऑरगॉन (Argon): ०.९३% (निष्क्रिय वायू)
कार्बन डायऑक्साइड (Carbon Dioxide): ०.०३८% (हरितगृह वायू, वनस्पतींसाठी आवश्यक)
इतर वायू: निऑन, हेलियम, क्रिप्टॉन, झेनॉन, हायड्रोजन, ओझोन यांचे अत्यल्प प्रमाण.
वातावरणात वायूंसोबत पाण्याची वाफ (बाष्प) आणि धुळीकण हे देखील महत्त्वाचे घटक आहेत.
वातावरणाचे थर (उंचीनुसार)
वातावरणाचे तापमान आणि घनतेनुसार खालील प्रमुख थर मानले जातात:
१. तपांबर (Troposphere)
हा वातावरणाचा सर्वात खालचा आणि सर्वात महत्त्वाचा थर आहे.
याची सरासरी उंची पृथ्वीच्या पृष्ठभागापासून सुमारे १३ किमी असते.
ही उंची विषुववृत्तावर (Equator) जास्त (सुमारे १८ किमी) आणि ध्रुवांवर (Poles) कमी (सुमारे ८ किमी) असते.
'तप' म्हणजे 'बदल'. ढग, पाऊस, वादळे, विजा, धुके अशा सर्व हवामानविषयक घटना याच थरात घडतात.
या थरात जसजसे वर जावे तसतसे तापमान कमी होत जाते.
तापमान कमी होण्याचा हा दर प्रति १६५ मीटर उंचीला १° सेल्सियस किंवा प्रति किलोमीटरला ६.५° सेल्सियस असतो. याला 'सामान्य तापमान घट दर' (Normal Lapse Rate) म्हणतात.
वातावरणातील एकूण वायूंच्या वस्तुमानापैकी सुमारे ७५% वस्तुमान आणि बाष्पाचा मोठा साठा तपांबरात असतो.
तपांबराच्या वरच्या सीमेला 'तपस्तब्धी' (Tropopause) म्हणतात. येथे तापमान घट थांबते.
२. स्थितांबर (Stratosphere)
तपस्तब्धीच्या वर स्थितांबराचा थर सुरू होतो.
याची उंची सुमारे १३ किमी ते ५० किमी पर्यंत असते.
या थराच्या खालच्या भागात (सुमारे २० किमी पर्यंत) तापमान स्थिर असते.
त्यानंतर उंचीनुसार तापमान वाढत जाते.
या थरात हवामानविषयक घटना (ढग, पाऊस) घडत नाहीत, त्यामुळे हवा अत्यंत स्थिर असते.
जेट विमाने (Jet Aircrafts) तपांबराच्या वरच्या भागात किंवा स्थितांबराच्या खालच्या भागात उडणे पसंत करतात, कारण तेथे हवा विरळ आणि स्थिर असते.
स्थितांबराचा सर्वात महत्त्वाचा घटक म्हणजे 'ओझोन वायू' (Ozone - O3) चा थर.
हा थर सुमारे २५ ते ३० किमी उंचीवर सर्वात दाट असतो.
ओझोन थर सूर्यापासून येणारी हानिकारक अतिनील किरणे शोषून घेतो व सजीवसृष्टीचे संरक्षण करतो.
ओझोनमुळे किरणे शोषली गेल्याने या थराचे तापमान उंचीनुसार वाढते.
स्थितांबराच्या वरच्या सीमेला 'स्थितस्तब्धी' (Stratopause) म्हणतात.
३. मध्यांबर (Mesosphere)
स्थितस्तब्धीच्या वर, सुमारे ५० किमी ते ८० किमी उंचीपर्यंत 'मध्यांबर' हा थर असतो.
या थरात उंचीनुसार तापमान पुन्हा वेगाने कमी होत जाते.
मध्यांबराच्या वरच्या सीमेवर तापमान सुमारे -१००° सेल्सियस पर्यंत खाली जाऊ शकते. हे वातावरणातील सर्वात कमी तापमान असते.
अवकाशातून पृथ्वीच्या दिशेने येणाऱ्या 'उल्का' (Meteors) या थरात प्रवेश करताच घर्षणामुळे जळून नष्ट होतात.
मध्यांबराच्या वरच्या सीमेला 'मध्यस्तब्धी' (Mesopause) म्हणतात.
४. उष्णाम्बर / दलांबर (Thermosphere)
मध्यस्तब्धीच्या वर, सुमारे ८० किमी ते ४०० किमी (किंवा अधिक) पर्यंत हा थर असतो.
या थरात हवा अत्यंत विरळ असते.
येथे उंचीनुसार तापमान पुन्हा वेगाने वाढते (१०००° सेल्सियस पेक्षा जास्त), कारण सूर्यकिरणांची तीव्रता जास्त असते.
या थराच्या खालच्या भागाला 'आयानांबर' (Ionosphere) म्हणतात.
'आयानांबर' मध्ये वायूंचे कण सूर्यप्रकाशातील क्ष-किरणे व गॅमा किरणांमुळे आयनीकृत (charged) होतात.
या आयनीकृत कणांच्या थरांमुळे पृथ्वीवरून पाठवलेल्या 'रेडिओ लहरी' (Radio Waves) परावर्तित होऊन परत पृथ्वीकडे येतात. यामुळे रेडिओ प्रसारण शक्य होते.
'ध्रुवीय प्रकाश' (Aurora Borealis/Australis) याच थरात दिसून येतो.
५. बाह्यांबर (Exosphere)
हा वातावरणाचा सर्वात वरचा थर आहे (सुमारे ४०० किमीच्या पुढे).
याची कोणतीही स्पष्ट बाह्य सीमा नाही; हा थर हळूहळू अवकाशात विलीन होतो.
येथे हवामान अत्यंत विरळ असते.
मुख्यतः हायड्रोजन आणि हेलियम सारखे हलके वायू येथे आढळतात.
कृत्रिम उपग्रह (Satellites) बहुतांशी या थरात किंवा याच्या सुरुवातीला फिरतात.
हवा आणि हवामान (Weather and Climate)
हवा (Weather)
'हवा' म्हणजे एखाद्या ठिकाणची, ठराविक वेळेची (अल्प काळाची) वातावरणीय स्थिती.
उदा: "आज पुण्यात हवा ढगाळ आहे." (ही स्थिती काही तासांत बदलू शकते).
हवेचे प्रमुख घटक: तापमान, हवेचा दाब, वारे, आर्द्रता आणि पर्जन्य.
हवामान (Climate)
'हवामान' म्हणजे एखाद्या प्रदेशातील हवेच्या स्थितीची दीर्घ काळातील (साधारण ३०-३५ वर्षे) सरासरी.
उदा: "कोकणातील हवामान उष्ण व दमट आहे." (हे वर्षानुवर्षे सत्य असते).
हवामानाचे घटक
१. तापमान (Temperature)
वातावरण किती उष्ण किंवा थंड आहे हे दाखवणारा घटक.
सूर्यप्रकाशामुळे (सौरऊर्जा) प्रथम जमीन आणि पाणी तापते, आणि नंतर त्यांच्या संपर्कातील हवा तापते.
तापमानावर परिणाम करणारे घटक:
अक्षांश (Latitude): विषुववृत्तापासून ध्रुवाकडे जाताना सूर्यकिरणे तिरपी पडतात, त्यामुळे तापमान कमी होते.
उंची (Altitude): तपांबरात उंचीनुसार तापमान कमी होते (उदा. थंड हवेची ठिकाणे).
समुद्रापासूनचे अंतर: समुद्राजवळील भागात हवामान सम (जास्त थंड नाही, जास्त उष्ण नाही) असते, तर खंडांतर्गत (समुद्रापासून दूर) भागात ते विषम असते.
वारे आणि सागरी प्रवाह: उष्ण वारे/प्रवाह तापमान वाढवतात, थंड वारे/प्रवाह तापमान घटवतात.
२. हवेचा दाब (Air Pressure)
हवेला वजन असते. हवेच्या वजनामुळे भूपृष्ठावर पडणाऱ्या दाबाला 'हवेचा दाब' म्हणतात.
हे 'मिलिबार' (mb) मध्ये मोजतात.
दाबावर परिणाम करणारे घटक:
तापमान: हा सर्वात महत्त्वाचा घटक आहे. जेथे तापमान जास्त असते, तेथे हवा गरम होऊन प्रसरण पावते, हलकी होते व वर जाते. त्यामुळे तेथे 'कमी दाबाचा' (Low Pressure) पट्टा निर्माण होतो.
जेथे तापमान कमी असते, तेथे हवा थंड व जड असते. ती खाली बसते. त्यामुळे तेथे 'जास्त दाबाचा' (High Pressure) पट्टा निर्माण होतो.
उंची: उंचीवर हवा विरळ असते, त्यामुळे हवेचा दाब कमी असतो.
पृथ्वीवरील प्रमुख दाबपट्टे (Pressure Belts):
विषुववृत्तीय कमी दाबाचा पट्टा (Equatorial Low): (०° ते ५° उत्तर/दक्षिण) - शांत पट्टा / 'डोलड्रम्स' (Doldrums).
उपोष्ण कटिबंधीय जास्त दाबाचा पट्टा (Subtropical High): (२५° ते ३५° उ/द) - 'अश्व अक्षांश' (Horse Latitudes).
उपध्रुवीय कमी दाबाचा पट्टा (Subpolar Low): (६०° ते ७०° उ/द).
ध्रुवीय जास्त दाबाचा पट्टा (Polar High): (८०° ते ९०° उ/द).
३. वारे (Winds)
'वारे' म्हणजे जास्त दाबाच्या प्रदेशाकडून कमी दाबाच्या प्रदेशाकडे हवेची होणारी क्षैतिज (horizontal) हालचाल.
कोरिओलिस परिणाम (Coriolis Effect): पृथ्वीच्या परिवलनामुळे (Rotation) वारे आपल्या मूळ दिशेपासून विचलित होतात.
उत्तर गोलार्धात: वारे आपल्या उजवीकडे वळतात.
दक्षिण गोलार्धात: वारे आपल्या डावीकडे वळतात. (याला 'फेरेलचा नियम' म्हणतात).
वाऱ्यांचे प्रकार:
अ) ग्रहीय वारे / नित्य वारे (Planetary Winds):
हे वारे वर्षभर ठराविक दिशेने, प्रमुख दाबपट्ट्यांनुसार वाहतात.
व्यापारी वारे (Trade Winds): उपोष्ण जास्त दाबपट्ट्यांकडून (Subtropical High) विषुववृत्तीय कमी दाबपट्ट्याकडे (Equatorial Low) वाहतात.
प्रतिव्यापारी / पश्चिमी वारे (Westerlies): उपोष्ण जास्त दाबपट्ट्यांकडून (Subtropical High) उपध्रुवीय कमी दाबपट्ट्याकडे (Subpolar Low) वाहतात.
ध्रुवीय वारे (Polar Winds): ध्रुवीय जास्त दाबपट्ट्यांकडून (Polar High) उपध्रुवीय कमी दाबपट्ट्याकडे (Subpolar Low) वाहतात.
ब) स्थानिक वारे (Local Winds):
ठराविक प्रदेशात, ठराविक वेळी तापमानातील फरकामुळे निर्माण होणारे वारे.
खारे वारे (Sea Breeze): दिवसा समुद्राकडून जमिनीकडे वाहतात. (कारण जमीन लवकर तापते = कमी दाब; पाणी उशिरा तापते = जास्त दाब).
मतलई वारे (Land Breeze): रात्री जमिनीकडून समुद्राकडे वाहतात. (कारण जमीन लवकर थंड होते = जास्त दाब; पाणी उशिरा थंड होते = कमी दाब).
दरी वारे (Valley Breeze): दिवसा दरीतून पर्वताच्या उतारावर वाहतात.
पर्वतीय वारे (Mountain Breeze): रात्री पर्वताच्या उतारावरून दरीमध्ये वाहतात.
इतर उदाहरणे:
लू (Loo): उत्तर भारतात उन्हाळ्यात वाहणारे उष्ण व कोरडे वारे.
फॉन (Fohn): आल्प्स पर्वतात वाहणारे उष्ण वारे.
चिनूक (Chinook): रॉकी पर्वतात (उत्तर अमेरिका) वाहणारे उष्ण वारे.
मिस्ट्रल (Mistral): फ्रान्समध्ये वाहणारे थंड वारे.
क) मोसमी वारे (Monsoon Winds):
हे वारे ऋतू नुसार आपली दिशा पूर्णपणे बदलतात. (उदा. भारताचे नैऋत्य व ईशान्य मोसमी वारे).
आर्द्रता आणि पर्जन्य (Humidity and Precipitation)
आर्द्रता (Humidity)
'आर्द्रता' म्हणजे हवेतील बाष्पाचे (पाण्याच्या वाफेचे) प्रमाण.
जमिनीवरील किंवा समुद्रातील पाण्याचे 'बाष्पीभवन' (Evaporation) होऊन ती वाफ हवेत मिसळते.
सापेक्ष आर्द्रता (Relative Humidity): ठराविक तापमानाला, हवेच्या बाष्प धारण क्षमतेच्या तुलनेत हवेत असलेले प्रत्यक्ष बाष्पाचे प्रमाण (टक्केवारीत सांगतात).
जेव्हा हवेची सापेक्ष आर्द्रता १००% होते, तेव्हा हवा 'बाष्पसंपृक्त' (Saturated) होते.
तापमान वाढल्यास हवेची बाष्प धारण क्षमता वाढते; तापमान कमी झाल्यास क्षमता कमी होते.
सांद्रीभवन (Condensation)
जेव्हा बाष्पसंपृक्त हवा थंड होते, तेव्हा तिच्यातील अतिरिक्त बाष्पाचे सूक्ष्म जलकणांत किंवा हिमकणांत रूपांतर होते. या क्रियेला 'सांद्रीभवन' म्हणतात.
सांद्रीभवनाची रूपे: धुके (Fog), दव (Dew), दहिवर (Frost).
ढग (Clouds): वातावरणातील उंचीवर तरंगणाऱ्या सूक्ष्म जलकणांचा किंवा हिमकणांचा समूह म्हणजे ढग.
ढगांचे प्रकार (उंचीनुसार):
सिरस (Cirrus): जास्त उंचीवरील, तंतुमय, पिसाऱ्यासारखे (बर्फाचे कण).
क्युम्युलस (Cumulus): फुगीर, कापसाच्या ढिगासारखे, सपाट तळ (उभ्या दिशेने वाढतात).
स्ट्रॅटस (Stratus): कमी उंचीवरील, थरांच्या स्वरूपातील, राखाडी रंगाचे.
निंबस (Nimbus): काळे, दाट, पावसाळी ढग (उदा. क्युम्युलोनिंबस - वादळी ढग, निंबोस्ट्रॅटस - रिमझिम पाऊस).
पर्जन्य (Precipitation)
ढगांमधील जलकण किंवा हिमकण एकत्र येऊन मोठे झाल्यावर, ते हवेत तरंगू न शकल्याने गुरुत्वाकर्षणामुळे जमिनीवर पडतात. याला 'पर्जन्य' म्हणतात.
पर्जन्याची रूपे: पाऊस (Rain), हिम (Snow - बर्फ), गारा (Hail).
पर्जन्याचे प्रकार (Rainfall Types):
१. अभिसरण पर्जन्य (Convectional Rainfall)
जेथे जमीन खूप तापते (उदा. विषुववृत्तीय प्रदेश), तेथील हवा गरम होऊन वर जाते.
वर गेल्यावर ती थंड होते, सांद्रीभवन होऊन ढग बनतात आणि पाऊस पडतो.
हा पाऊस सहसा दुपारनंतर, विजांच्या कडकडाटासह आणि मुसळधार, पण कमी वेळ टिकणारा असतो.
२. प्रतिरोध पर्जन्य (Orographic Rainfall)
बाष्पयुक्त वारे वाहत असताना त्यांच्या मार्गात उंच पर्वत (उदा. सह्याद्री) आल्यास, ते अडवले जातात व पर्वताच्या उतारावरून वर चढू लागतात.
वर जाताना हवा थंड होते, सांद्रीभवन होऊन 'वाऱ्याच्या दिशेकडील' (Windward side) बाजूवर भरपूर पाऊस पडतो. (उदा. कोकण).
पर्वत ओलांडून वारे पलीकडे जातात तेव्हा त्यांच्यातील बाष्प कमी झालेले असते व ते खाली उतरताना गरम होतात. त्यामुळे 'वाऱ्याच्या विरुद्ध' (Leeward side) बाजूवर पाऊस पडत नाही. या भागाला 'पर्जन्यछायेचा प्रदेश' (Rain-shadow region) म्हणतात. (उदा. पश्चिम महाराष्ट्राचा काही भाग).
३. आवर्त पर्जन्य (Cyclonic Rainfall)
जेव्हा एखाद्या ठिकाणी कमी दाबाचा पट्टा (चक्रवात / Cyclone) निर्माण होतो, तेव्हा सभोवतालची हवा वेगाने त्या केंद्राकडे खेचली जाते.
ही हवा चक्राकार फिरत वर जाते, थंड होते आणि पाऊस पडतो.
जलावरण (Hydrosphere)
'जलावरण' म्हणजे पृथ्वीच्या पृष्ठभागावरील पाण्यात (घन, द्रव, वायू) असलेल्या भागांचा समूह.
पृथ्वीचा सुमारे ७१% भाग पाण्याने व्यापलेला आहे, म्हणून पृथ्वीला 'जलग्रह' (Blue Planet) म्हणतात.
पाण्याचे वितरण:
खारे पाणी (महासागर): ९७.३% (पिण्यासाठी अयोग्य)
गोडे पाणी (Freshwater): २.७%
गोड्या पाण्याचे वितरण:
बर्फ (हिमनद्या व ध्रुवीय प्रदेश): २.०%
भूजल (Groundwater): ०.६८%
नद्या, तलाव, बाष्प: ०.०२% (वापरात येणारे मुख्य पाणी)
महासागर (Oceans)
पृथ्वीवर एकूण पाच प्रमुख महासागर आहेत (मोठ्यापासून लहान):
पॅसिफिक महासागर (Pacific Ocean): सर्वात मोठा आणि सर्वात खोल. 'मारियाना गर्ता' (Mariana Trench - जगातील सर्वात खोल ठिकाण) येथे आहे.
अटलांटिक महासागर (Atlantic Ocean): दुसरा मोठा, 'S' आकाराचा.
हिंदी महासागर (Indian Ocean): तिसरा मोठा, एका देशाचे (भारत) नाव असलेला एकमेव महासागर.
दक्षिण महासागर (Southern Ocean): अंटार्क्टिका खंडाभोवतीचा.
आर्क्टिक महासागर (Arctic Ocean): सर्वात लहान, उत्तर ध्रुवाभोवती.
महासागराची तळरचना (Ocean Floor Relief):
भूखंड मंच (Continental Shelf): किनाऱ्यालगतचा उथळ, समुद्रात बुडालेला जमिनीचा भाग. (मासेमारीसाठी सर्वोत्तम).
खंडान्त उतार (Continental Slope): भूखंड मंचापुढे सुरू होणारा तीव्र उताराचा भाग.
सागरी मैदान (Abyssal Plain): महासागराचा सर्वात मोठा, सपाट मैदानी तळभाग.
सागरी गर्ता (Oceanic Trench): महासागरातील अत्यंत खोल, अरुंद दऱ्या.
सागरी हालचाली (Ocean Movements)
१. सागरी प्रवाह (Ocean Currents)
'सागरी प्रवाह' म्हणजे महासागरातील पाण्याचे, नद्यांप्रमाणे, एका ठराविक दिशेने होणारे नियमित वहन.
प्रवाह निर्माण होण्याची कारणे: प्रचलित वारे, तापमानातील फरक, क्षारतेतील (Salinity) फरक, पृथ्वीचे परिवलन.
प्रवाहांचे प्रकार:
उष्ण सागरी प्रवाह (Warm Currents): हे प्रवाह विषुववृत्ताकडून (उष्ण प्रदेश) ध्रुवांकडे (थंड प्रदेश) वाहतात. ते किनारपट्टीचे तापमान वाढवतात.
थंड सागरी प्रवाह (Cold Currents): हे प्रवाह ध्रुवांकडून (थंड प्रदेश) विषुववृत्ताकडे (उष्ण प्रदेश) वाहतात. ते किनारपट्टीचे तापमान कमी करतात.
काही प्रमुख सागरी प्रवाह:
गल्फ स्ट्रीम (Gulf Stream): उष्ण (अटलांटिक).
लॅब्राडोर प्रवाह (Labrador Current): थंड (अटलांटिक).
कुरोशिओ प्रवाह (Kuroshio Current): उष्ण (पॅसिफिक).
ओयाशिओ प्रवाह (Oyashio Current): थंड (पॅसिफिक).
पेरू / हंबोल्ट प्रवाह (Peru / Humboldt Current): थंड (पॅसिफिक).
प्रवाहांचे परिणाम:
ते किनारपट्टीच्या हवामानावर मोठा परिणाम करतात. (उदा. गल्फ स्ट्रीममुळे पश्चिम युरोपचे बंदर थंडीतही उघडे राहतात).
जेथे उष्ण आणि थंड प्रवाह एकत्र येतात, तेथे दाट धुके (Fog) निर्माण होते आणि 'प्लवंक' (Plankton) वाढीसाठी उत्तम स्थिती असते. हा भाग मासेमारीसाठी (उदा. ग्रँड बँक) प्रसिद्ध असतो.
२. लाटा (Waves)
'लाटा' म्हणजे वाऱ्याच्या ऊर्जेमुळे समुद्राचे पाणी वर-खाली (doling) होण्याची क्रिया.
पाणी वाहून जात नाही, तर ऊर्जा वाहून जाते.
भूकंप, ज्वालामुखी किंवा भूस्खलनामुळे निर्माण होणाऱ्या विनाशकारी मोठ्या लाटांना 'त्सुनामी' (Tsunami) म्हणतात.
३. भरती-ओहोटी (Tides)
चंद्र आणि सूर्य यांच्या गुरुत्वाकर्षण शक्तीमुळे समुद्राच्या पाण्याची पातळी नियमितपणे वाढते (भरती) आणि कमी होते (ओहोटी).
यावर चंद्राच्या गुरुत्वाकर्षणाचा प्रभाव सूर्यापेक्षा जास्त असतो (कारण चंद्र जवळ आहे).
उधाणाची भरती (Spring Tide):
हे अमावस्या (New Moon) आणि पौर्णिमा (Full Moon) या दिवशी होते.
या दिवशी सूर्य, चंद्र आणि पृथ्वी एका सरळ रेषेत येतात.
सूर्य आणि चंद्र या दोघांची गुरुत्वाकर्षण शक्ती एकत्रितपणे काम करते, त्यामुळे भरती सरासरीपेक्षा खूप मोठी (उधाणाची) येते.
भांगाची भरती (Neap Tide):
हे प्रत्येक महिन्याच्या शुक्ल आणि कृष्ण पक्षातील अष्टमीला (Quarter Moon) होते.
या दिवशी सूर्य, चंद्र आणि पृथ्वी हे एकमेकांशी काटकोनात (९०°) असतात.
सूर्य आणि चंद्र यांची गुरुत्वाकर्षण शक्ती एकमेकांना छेदून कमी होते, त्यामुळे भरती सरासरीपेक्षा लहान (भांगाची) येते.
भरती-ओहोटीचे महत्त्व: जहाजांना बंदरात ये-जा करण्यासाठी, मासेमारीसाठी आणि वीज निर्मितीसाठी (Tidal Energy) उपयोग होतो.
