20170408

वायूमंडल

ज्या पृथ्वीवर आपण राहतो, त्या पृथ्वीवरच्या भूपृष्ठाचा एक तृतियांश भाग पाण्याने अनावृत्त असला तरी दोन तृतियांश भागावर पाण्याचे विशाल साठे विपुलतेने विखुरलेले आहेत. महासागर आहेत ते. अनावृत्त भागही वस्तुतः वायूंच्या सुमारे दहा किलोमीटर उंचीच्या थराने आवृत्तच आहे. ह्या वायूंचे वजन, म्हणजेच वातावरणीय हवेचा दाब. जो ७६ सेंटीमीटर उंचीच्या पार्‍याच्या स्तंभाच्या दाबाइतका किंवा सुमारे १० मीटर पाण्याच्या स्तंभाच्या दाबाइतका दाब असतो. खरे सांगायचे तर पाण्याने आवृत्त असो वा अनावृत्त, भूपृष्ठाच्या सर्वच भागांवर हवेचा हा महासागर विहरत असतो. किंवा असेही म्हणता येईल की, हवेच्या समुद्रतळाशी भूपृष्ठावर आपण संचार करत असतो.
पाण्याचे समुद्रही नांदत असतात. पाण्याच्या महासागराचा पृष्ठभाग, सरासरी समुद्रपातळीवर स्थिर असतो. उठणार्‍या लाटा आणि भरती-ओहोटीमुळे निर्माण होणारे उंचीतील बदलच काय ते, त्या पातळीस विचलित करत असतात. त्याप्रमाणेच वायूमंडलाचा पृष्ठभागही सरासरी पातळीवर सरसहा सपाटच असतो. त्यावर उठणार्‍या लाटा, भरती-ओहोटी आणि वारेच काय ते, त्या पातळीस विचलित करत असतात. पाणी आणि हवा ह्यांच्या घनता अदमासे १०००:१ ह्या प्रमाणात असतात. त्यामुळे अर्थात्‌च हवा ही पाण्याहून हजारपट हलकी असते आणि म्हणूनच हवेतील विचलनेही पाण्यांतील विचलनांच्या मानाने किमान हजार पट मोठी असतात. पाण्याच्या समुद्रात उसळणार्‍या ४ मीटर उंचीच्या लाटांना आपण महाकाय लाटा म्हणत असतो. मात्र हवेच्या समुद्रात उसळणार्‍या लाटा ४ किलोमीटर उंचीच्याही असू शकतात. आपणच काय पण सारे पक्षीगणही सरासरी १० किलोमीटर उंचीच्या हवेच्या समुद्रतळाशीच वावरत असल्याने, ह्या वायूलहरींचा आपल्या जीवनावर सामान्यतः कुठलाच प्रभाव पडत नाही.

ज्याप्रमाणे महासागरातही समुद्रपातळीखाली उंच पर्वत असतात, त्याप्रमाणेच भूपृष्ठावरील हिमालयासारखे खरेखुरे पर्वत, अवनीतलावरील वायूसागरातही डोके वर काढायचा प्रयत्न करत असतात. मात्र तरीही असफलच राहत असतात. त्याचा परिणाम असा होतो की हिमालयाच्या किंवा कुठल्याही इतर उंच हिमाच्छादित पर्वतशिखरांवर चढू पाहणार्‍या गिर्यारोहकांना, विरळ हवेचा सामना करावा लागतो. सागरमाथा, हे हिमालयाचे सर्वोच्च शिखर ८,८४८ मीटर उंच आहे. म्हणजे सरासरी समुद्रपातळीपासून सुमारे ९ किलोमीटर उंच. एवढ्या उंचीवर गेल्यावर, आपल्यावरती शिल्लक राहणारा हवेचा थर १,००० मीटर उंचीचाच काय तो असतो. त्याचा दाब, ७.६ सेंटीमीटर उंचीच्या पार्‍याच्या स्तंभाच्या दाबाइतका किंवा १ मीटर उंचीच्या पाण्याच्या स्तंभाच्या दाबाइतकाच राहतो. मानवी शरीरास कायमच आवश्यक असणारा प्राणवायू मग कमी पडू लागतो आणि गिर्यारोहण दुरापास्त होऊन जाते. तिथे हवा एवढी विरळ असते की, १९९६ मधील एव्हरेस्ट मोहिमेतील जॉन क्रॅकौर ह्या गिर्यारोहकाच्या पुस्तकाचे नावच “इन टू थिन एअर (विरळ हवेत)” असे आहे.
मुळात उंच पर्वतशिखरे हिमाच्छादितच का असतात? तर त्या उंचीवर तापमान कमी, म्हणजे अगदी शून्य अंश सेल्शसच्याही खाली असते म्हणून तिथे पडणारा पाऊस एकतर हवेतच गोठून मग तिथे पडतो, किंवा पडल्यावर मग गोठून जात असतो. त्यामुळे हिमनिर्मिती होत असते. तिथे का तापमान इतके खाली असते? हे जाणून घेण्याकरता भूपृष्ठावर तापमान नेहमीसारखे ऊबदार का असते हे जाणून घ्यावे लागेल. कल्पना करा की तुम्ही तिरुक्कलकुंडरम म्हणजे पक्षीतीर्थमला पर्यटनासाठी गेलेले आहात. हे स्थान एका उघड्या बोडक्या पत्थरी टेकडीवर वसलेले आहे. ऐन दुपारच्या उन्हात त्या टेकडीच्या पायथ्याशी आपण पोहोचतो. मग कुणीतरी सांगते की चपला, बूट इथेच काढून ठेवायचे आहेत. आपण तसे करतो. टेकडी चढू लागतो. हवा जाम तापलेली. ४५ अंश सेल्शसचा उन्हाळा. ऊन मी म्हणत असतं. शरीराची हवेनेच काहिली होत असते. मात्र तळाशी असलेले पत्थर जरा जास्तच तापलेले असल्याचे आपल्या लक्षात येऊ लागते. अगदी सहन होत नाही इतके. त्या दगडांवरही तेच सूर्याचे ऊन पडत असते. मात्र त्या दगडांचे तापमान ५५ अंश सेल्शस तापमानाहूनही अधिक होत जाते. पाय जळू लागतात. असे होण्याचे कारण हे असते की, दगड, माती ह्यांची उष्णता धारण करण्याची क्षमता हवेहून खूपच जास्त असते. सूर्याकडून प्राप्त झालेली ऊर्जा दगड साठवत राहतात. हवेहूनही तप्त होतात. ह्याच कारणामुळे वायूमंडलातील भूगोलाचा पृष्ठभाग सर्वात अधिक तापमानावर राहतो. त्याच्या साहचर्याने निकटची हवाही तापत राहते. मात्र भूपृष्ठावरून जसजसे उंच उंच जावे तसतसे हवेचे तापमान कमी होऊ लागते. भूपृष्ठापासून १० किलोमीटर उंचीच्या वर तर हवाही नसतेच. असते ती केवळ अवकाशीय पोकळी. तिचे तापमान तर शून्य अंश सेल्शसहूनही कमीच असते. सूर्यप्रकाश त्याच पोकळीतून पार होऊन आपल्यापर्यंत पोहोचत असला तरी, पोकळी त्यातील ऊर्जा ठेवून घेत नाही. तिची तशी प्रवृत्तीच नसते.
वात म्हणजे वारा. आवरण म्हणजे वस्त्र. वात हेच जिथे आवरण असते, असे सृष्टीशेजारचे अवकाश म्हणजे वातावरण. वातावरण हे अनेक स्तरांत रचले गेले आहे. हे स्तरही सतत आपापली स्थिती बदलत असतात. हिमालयाचे सर्वोच्च शिखर एव्हरेस्ट, हे समुद्रसपाटीपासून ८,८४८ मीटर उंच आहे. त्यावरही विस्तारणारा पृथ्वीला सगळ्यात लगटून असलेला थर म्हणजे तपांबर. सृष्टीच्या साहचर्याने तापणारे (तप) आकाश (अंबर) म्हणजे तपांबर. ह्या थराची उंची, पृथ्वीच्या धृवीय प्रदेशांवर ७ किलोमीटर पासून, तर विषुववृत्तीय प्रदेशांवर १६ किलोमीटरपर्यंत बदलती असते. ह्या थरात जसजसे उंचावर चढत जावे तसतसे तापमान कमी होत जाते. तापमान कमी होण्याचा सरासरी दर, सुमारे ६.५ अंश सेल्शस/किलोमीटर उंची, इतका असतो. ह्या थरातच वातावरणाचे ७५% वजन एकवटलेले असते. ह्या थरातच वातावरणातले ९९% पाणी आणि धूळ नांदत असतात. आपण सामान्यपणे ज्याला वातावरण म्हणतो, त्याची व्याप्ती ह्या थरातच सीमित असते. हवामानातील बहुतांशी बदल ह्या थरातच घडून येत असतात.
पृथ्वीवरील स्थानावर अवलंबून, पर्वताच्या ज्या उंचीवर तापमान शून्य अंश सेल्शसच्याही खाली जाते; अशा ठिकाणांवर हल्ली, आरोग्य-पर्यटन सुरू झालेले आहे. म्हणजे असे की, मानवी शरीर स्वतःला सामान्यतः ३७ अंश सेल्शस तापमानावर सांभाळत असते. त्याहून कमी तापमानावर राहायचे तर शरीरास वातानुकूलनाचा भार सोसावा लागतो. त्याकरता ऊर्जा लागते. ती ऊर्जा शरीरात साठवलेली चरबी जाळून मिळवली जाते. म्हणजे केवळ शून्याखाली तापमान असलेल्या ठिकाणांवर वर्षातून काही दिवस जरी जाऊन राहिले तरी, मनुष्याला स्वतःचे अतिरिक्त वजन सहजच घटवता येते. अशा ठिकाणी जाऊन राहणे अर्थातच खर्चिक असते. सुदैवाने वजन घटवण्याची आवश्यकताही बहुतांशी श्रीमंतांनाच पडत असल्याने, हे त्यांना सहज शक्य होते आहे. सागरमाथा तळ शिबिरात (एव्हरेस्ट बेस कँपवर) जाऊन परतणारे प्रगत देशातील पर्यटक; दिवसेंदिवस ह्याकरताच तर वाढत आहेत. वास्तविक भारतियांना हे सोयीचे असूनही, ह्या आरोग्य-पर्यटन क्षेत्रात भारतीय पिछाडीवर आहेत. पुण्यातील काही संस्था हल्ली ह्याकरता पुढाकार घेऊ लागलेल्या आहेत. त्या एवढ्या प्रमाणात गिर्यारोहकांना तिथवर नेऊ लागलेल्या आहेत की त्यांच्या खास आग्रहाखातर, त्यांनीच सागरमाथा तळ शिबिराच्या वाटेवर असलेल्या गोरक्षेप गावात शिवाजी महाराजांचा पुतळाही उभारला आहे [१].
तपांबराच्या वरचा थर म्हणजे स्थितांबर. स्थितांबराच्या सर्वोच्च थरात ओझोन वायू असतो. सूर्याची उच्चऊर्जा अतिनील किरणे शोषून, तो प्राणवायूच्या अपसामान्य आणि सामान्य अशा दोन प्रकारांत विघटित होतो. म्हणून इथे तापमान घटते असते. त्याखालच्या थरांत, हेच दोन्ही प्रकार मग अतिनील किरणे शोषून पुन्हा संघटित होतात. ओझोन निर्माण होतो. ह्या प्रयत्नात ऊर्जाविमोचन होऊन थराचे तापमान वाढते राहते. निसर्गतः आढळून येणारा बहुतांशी ओझोन इथेच निर्माण होत असतो. विविध तापमानांचे थर परस्परांत न मिसळून जाता ह्या भागांत स्थिरपद नांदत असल्यामुळेच ह्या थरास स्थितांबर म्हणतात. ह्या भागात हवेची घनता अत्यंत विरळ असते म्हणून, विमान-उड्डाणांना निम्नतम अवरोध होत असतो. म्हणून विमाने ह्याच थरातून उडवणे आर्थिकदृष्ट्या फायदेशीर ठरत असते. त्यामुळेच ती जास्तीत जास्त काळ ह्याच थरात राहतील असे उड्डाणांचे नियोजन केले जात असते.
तपांबराच्या सर्वात वरच्या भागात तापमान घटत असते, आणि स्थितांबराच्या खालच्या भागांत ओझोन निर्मितीपायी ते वाढते असते. सीमेवरील दरम्यानच्या थरात तापमानाचा घटता कल बदलून वाढता होत जातो. ह्या सीमावर्ती थरास तपस्तब्धी म्हणतात. कारण इथले तापमान कमी अधिक प्रमाणात स्थिरपद राहत असते.
स्थितांबराच्या वरच्या भागात ओझोनचे प्रमाण घटत जाते आणि मध्यांबरात तर ते नगण्यच होते. स्थितांबर आणि मध्यांबराच्या सीमावर्ती भागात हे घडून येते, त्या भागास स्थितस्तब्धी म्हणतात. बहुतांशी अतिनील किरणे स्थितस्तब्धीपाशीच अडतात. ती ओलांडून पृथ्वीकडे येत नाहीत.
मध्यांबराच्या वरचा भाग मध्यस्तब्धी म्हणून ओळखला जातो. मध्यांबर संपून उष्मांबर सुरू होण्यादरम्यानचा हा सीमावर्ती भाग असतो.
उष्मांबरात अवकाशातून येऊन पोहोचणारी अतिनील किरणे एवढी शक्तीशाली असतात, की त्या भागात अत्यंत विरलत्वाने आढळून येणार्‍या अणुरेणूंना ती अतिप्रचंड (हजारो अंश केल्व्हिन) तापमानाप्रत घेऊन जातात. मात्र इथे हवा एवढी विरळ असते की, सामान्य तापमापक तिथे ठेवल्यास त्यातून प्रारणांद्वारे होणारा ऊर्जार्‍हास इतका जास्त असतो की, त्या अणुरेणूंकडून तापमापकास वहनाद्वारे मिळणारी ऊर्जा नगण्य ठरून, तापमापक प्रत्यक्षात शून्य अंश सेल्शसखालील तापमान दर्शवतो.
मध्यांबर आणि उष्मांबर मिळूनच्या संयुक्त थरास दलांबर असेही एक नाव आहे. अणूचे मूलकीकरण होते तेव्हा धन आणि ऋण दले (तुकडे) निर्माण होतात. अतिनील किरणांमुळे सर्वत्र होणार्‍या मूलकीकरणाचे पर्यवसान तेथील वातावरण धन आणि ऋण दलांनी भरून जाण्यात होते. म्हणून ह्या भागास दलांबर असेही म्हटले जाते.
उष्मांबर आणि दलांबर संपते त्याच्या वरच्या भागात पृथ्वीलगतचे सर्व पदार्थ (वायू) संपुष्टात येत जातात. ह्या संधीप्रदेशास उष्मास्तब्धी म्हणतात. अणुरेणूच न उरल्याने मग दलेही नाहीशी होतात. शिल्लक राहते ते निव्वळ अवकाश. अवकाशाची निर्वात पोकळी. ह्या भागाला बाह्य अवकाश किंवा बाह्यांबर असेही म्हटले जाते.
पृथ्वीपासून सुमारे १६० किलोमीटर उंचीनंतरच्या अधिक उंचीवर, वायूरूप पदार्थांचे अस्तित्वच एवढे विरळ होत जाते की, आवाजाचे वहन करू शकणार्‍या ध्वनीलहरी निर्माणच होऊ शकत नाहीत. अवकाश निःशब्द होत जाते. बाह्यांबर तर त्यामुळे, प्रायः नादविहीनच असते.
बाह्य अवकाशातून सरासरीने वर्षाला ४० टन उल्का पृथ्वीवर येऊन पडत असतात. जर वातावरणच अस्तित्वात नसते तर, दरसाल त्यांच्यापायी चिरडून मरणार्‍यांची संख्याही आपल्याला मोजावी लागली असती. मात्र वायुमंडलातील कमालीच्या उच्च तापमानातून त्यांना प्रवास करावा लागत असल्याने आणि पृथ्वीशी अधिकाधिक सलगी साधत असता वातावरणाशी होत जाणार्‍या वाढत्या घर्षणाने त्यांची वाफ होऊन जाते. अर्थातच वायुमंडल हे आपले सुरक्षा कवचच आहे. अतिनील किरणांपासूनचे, उल्कांपासूनचे, आणि विश्वकिरणांपासूनचेही. कारण विश्वकिरणांतील प्रचंड ऊर्जा वायुमंडलात शोषली जाऊन अवनीतलावर पोहोचता पोहोचता ती सुसह्य होऊन जात असतात.
असे आहे अवनीतलावरील सुरस वायुमंडल! आपले अद्भूत सुरक्षा कवच.
.
प्रथम प्रसिद्धीः
विद्याप्रसारक मंडळ ठाणे, ह्यांचे दिशा मासिक, अंकः जानेवारी-२०१६.
.
[१] सागरमाथा, डॉ.राम तपस्वी, मूल्य रु.५००/-, प्रकाशनकाल अदमासे २००५.

No comments: