कार्बन डाइऑक्साइड का पृथ्वी के जलवायु पर इतना बाहरी प्रभाव क्यों है

ऑर्बिटिंग कार्बन ऑब्जर्वेटरी उपग्रह अंतरिक्ष से पृथ्वी के कार्बन डाइऑक्साइड के स्तर का सटीक माप करता है। नासा / जेपीएल के माध्यम से छवि

जेसन वेस्ट, चैपल हिल में उत्तरी कैरोलिना विश्वविद्यालय द्वारा

मुझसे अक्सर पूछा जाता है कि जब वैश्विक सांद्रता इतनी कम है तो कार्बन डाइऑक्साइड का एक महत्वपूर्ण प्रभाव हो सकता है - पृथ्वी के वायुमंडल का सिर्फ 0.041%। और मानवीय गतिविधियाँ उस राशि के सिर्फ 32% के लिए जिम्मेदार हैं।

मैं वायु प्रदूषण और जलवायु परिवर्तन के लिए वायुमंडलीय गैसों के महत्व का अध्ययन करता हूं। जलवायु पर कार्बन डाइऑक्साइड के मजबूत प्रभाव की कुंजी, हमारे ग्रह की सतह से उत्सर्जित गर्मी को अवशोषित करने की क्षमता है, जो इसे अंतरिक्ष से बाहर भागने से रोकती है।

वैज्ञानिक चार्ल्स डेविड कीलिंग के नाम पर 'कीलिंग कर्व', पृथ्वी के वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड के संचय को ट्रैक करता है, जिसे प्रति मिलियन भागों में मापा जाता है। समुद्र विज्ञान के स्क्रिप्स इंस्टीट्यूशन के माध्यम से छवि।

प्रारंभिक ग्रीनहाउस विज्ञान

1850 के दशक में पहली बार जलवायु के लिए कार्बन डाइऑक्साइड के महत्व की पहचान करने वाले वैज्ञानिक भी इसके प्रभाव से हैरान थे। अलग से काम करते हुए, इंग्लैंड में जॉन टायंडाल और संयुक्त राज्य अमेरिका में यूनिस फुट ने पाया कि कार्बन डाइऑक्साइड, जल वाष्प और मीथेन सभी गर्मी अवशोषित करते हैं, जबकि अधिक प्रचुर मात्रा में गैसें नहीं थीं।

वैज्ञानिकों ने पहले ही गणना की थी कि पृथ्वी 59 डिग्री फ़ारेनहाइट (33 डिग्री सेल्सियस) से अधिक गर्म होनी चाहिए, क्योंकि इसकी सतह तक सूरज की रोशनी पहुंचती है। उस विसंगति के लिए सबसे अच्छा स्पष्टीकरण यह था कि ग्रह को गर्म करने के लिए वातावरण ने गर्मी बरकरार रखी।

टंडाल और फूटे ने दिखाया कि नाइट्रोजन और ऑक्सीजन, जो एक साथ 99% वायुमंडल में हैं, पृथ्वी के तापमान पर अनिवार्य रूप से कोई प्रभाव नहीं था क्योंकि वे गर्मी को अवशोषित नहीं करते थे। बल्कि, उन्होंने पाया कि बहुत कम सांद्रता में मौजूद गैसें पूरी तरह से तापमान को बनाए रखने के लिए जिम्मेदार थीं, जो एक प्राकृतिक ग्रीनहाउस प्रभाव बनाने के लिए गर्मी को फंसाकर पृथ्वी को रहने योग्य बना दिया।

वातावरण में एक कंबल

पृथ्वी लगातार सूर्य से ऊर्जा प्राप्त करती है और इसे वापस अंतरिक्ष में भेजती है। ग्रह के तापमान के स्थिर रहने के लिए, सूर्य से प्राप्त होने वाली शुद्ध गर्मी को बाहर जाने वाली गर्मी द्वारा संतुलित किया जाना चाहिए जो इसे बंद कर देता है।

चूंकि सूरज गर्म है, यह मुख्य रूप से पराबैंगनी और दृश्यमान तरंग दैर्ध्य में शॉर्टवेव विकिरण के रूप में ऊर्जा देता है। पृथ्वी बहुत अधिक ठंडी है, इसलिए यह अवरक्त विकिरण के रूप में गर्मी का उत्सर्जन करता है, जिसमें लंबे समय तक तरंगदैर्ध्य होता है।

इलेक्ट्रोमैग्नेटिक स्पेक्ट्रम सभी प्रकार की EM विकिरण travel ऊर्जा की श्रेणी है जो यात्रा करता है और जैसे-जैसे यह फैलता जाता है। सूर्य पृथ्वी की तुलना में बहुत अधिक गर्म है, इसलिए यह उच्च ऊर्जा स्तर पर विकिरण उत्सर्जित करता है, जिसकी तरंग दैर्ध्य कम होती है। नासा के माध्यम से छवि।

कार्बन डाइऑक्साइड और अन्य गर्मी-फँसाने वाली गैसों में आणविक संरचनाएं होती हैं जो उन्हें अवरक्त विकिरण को अवशोषित करने में सक्षम बनाती हैं। एक अणु में परमाणुओं के बीच के बंधन विशेष रूप से कंपन कर सकते हैं, जैसे पियानो स्ट्रिंग की पिच। जब एक फोटॉन की ऊर्जा अणु की आवृत्ति से मेल खाती है, तो इसे अवशोषित किया जाता है और इसकी ऊर्जा अणु में स्थानांतरित हो जाती है।

कार्बन डाइऑक्साइड और अन्य गर्मी-फँसाने वाली गैसों में तीन या अधिक परमाणु और आवृत्ति होती हैं जो पृथ्वी द्वारा उत्सर्जित अवरक्त विकिरण के अनुरूप होती हैं। ऑक्सीजन और नाइट्रोजन, अपने अणुओं में सिर्फ दो परमाणुओं के साथ, अवरक्त विकिरण को अवशोषित नहीं करते हैं।

सूर्य से आने वाली अधिकांश शॉर्टवेव विकिरण अवशोषित किए बिना वायुमंडल से गुजरती है। लेकिन अधिकांश निवर्तमान अवरक्त विकिरण वातावरण में गर्मी-फँसाने वाली गैसों द्वारा अवशोषित होता है। तब वे उस गर्मी को जारी कर सकते हैं या फिर से विकीर्ण कर सकते हैं। पृथ्वी की सतह पर कुछ रिटर्न, इसे अन्यथा गर्म रखने से।

पृथ्वी सूर्य (पीला) से सौर ऊर्जा प्राप्त करती है, और कुछ आने वाली रोशनी और विकिरण गर्मी (लाल) को दर्शाकर ऊर्जा को वापस अंतरिक्ष में लाती है। ग्रीनहाउस गैसें उस गर्मी में से कुछ को फंसा देती हैं और इसे ग्रह की सतह पर वापस कर देती हैं। नासा / विकिमीडिया के माध्यम से छवि।

ताप संचरण पर शोध

शीत युद्ध के दौरान, कई अलग-अलग गैसों द्वारा अवरक्त विकिरण के अवशोषण का बड़े पैमाने पर अध्ययन किया गया था। काम का नेतृत्व अमेरिकी वायु सेना द्वारा किया गया था, जो गर्मी चाहने वाली मिसाइलों का विकास कर रहा था और यह समझने की जरूरत थी कि हवा से गुजरने वाली गर्मी का पता कैसे लगाया जाए।

इस शोध ने वैज्ञानिकों को सौर प्रणाली में सभी ग्रहों की जलवायु और वायुमंडलीय संरचना को समझने के लिए उनके अवरक्त हस्ताक्षरों को देखने में सक्षम बनाया। उदाहरण के लिए, शुक्र लगभग 870 एफ (470 सी) है क्योंकि इसका मोटा वातावरण 96.5% कार्बन डाइऑक्साइड है।

इसने मौसम के पूर्वानुमान और जलवायु मॉडल की भी जानकारी दी, जिससे यह पता लगाया जा सके कि वायुमंडल में कितना अवरक्त विकिरण बरकरार है और पृथ्वी की सतह पर वापस आ गया है।

लोग कभी-कभी मुझसे पूछते हैं कि जलवायु के लिए कार्बन डाइऑक्साइड क्यों महत्वपूर्ण है, यह देखते हुए कि जल वाष्प अधिक अवरक्त विकिरण को अवशोषित करता है और दो गैसें एक ही तरंग दैर्ध्य में से कई में अवशोषित होती हैं। कारण यह है कि पृथ्वी का ऊपरी वायुमंडल विकिरण को नियंत्रित करता है जो अंतरिक्ष में भाग जाता है। ऊपरी वायुमंडल बहुत कम घना होता है और इसमें जमीन के पास की तुलना में बहुत कम जल वाष्प होता है, जिसका अर्थ है कि अधिक कार्बन डाइऑक्साइड जोड़ने से यह प्रभावित होता है कि अंतरिक्ष में कितना अवरक्त विकिरण बच जाता है।

ग्रीनहाउस प्रभाव का अवलोकन करना

क्या आपने कभी गौर किया है कि जंगल की तुलना में रेगिस्तान अक्सर रात में ठंडे होते हैं, भले ही उनका औसत तापमान समान हो? रेगिस्तानों के ऊपर वायुमंडल में बहुत अधिक जल वाष्प के बिना, वे विकिरण को छोड़ देते हैं जो अंतरिक्ष में आसानी से भाग जाते हैं। अधिक आर्द्र क्षेत्रों में सतह से विकिरण हवा में जल वाष्प द्वारा फंस जाता है। इसी तरह, बादल रातें स्पष्ट रातों की तुलना में गर्म होती हैं क्योंकि अधिक जल वाष्प मौजूद होता है।

कार्बन डाइऑक्साइड के प्रभाव को जलवायु में पिछले बदलावों में देखा जा सकता है। पिछले मिलियन वर्षों से बर्फ के कोर ने दिखाया है कि गर्म अवधि के दौरान कार्बन डाइऑक्साइड सांद्रता उच्च थी - लगभग 0.028%। बर्फ की उम्र के दौरान, जब पृथ्वी 20 वीं शताब्दी की तुलना में लगभग 7 से 13 एफ (4-7 सी) कूलर थी, कार्बन डाइऑक्साइड ने केवल 0.018% वायुमंडल बनाया।

भले ही जल वाष्प प्राकृतिक ग्रीनहाउस प्रभाव के लिए अधिक महत्वपूर्ण है, कार्बन डाइऑक्साइड में परिवर्तन ने पिछले तापमान परिवर्तनों को प्रेरित किया है। इसके विपरीत, वायुमंडल में जल वाष्प का स्तर तापमान पर प्रतिक्रिया करता है। जैसे ही पृथ्वी गर्म हो जाती है, इसका वायुमंडल अधिक जल वाष्प धारण कर सकता है, जो कि "जल वाष्प प्रतिक्रिया" नामक प्रक्रिया में प्रारंभिक वार्मिंग को बढ़ाता है। कार्बन डाइऑक्साइड में परिवर्तन इसलिए पिछले जलवायु परिवर्तनों पर नियंत्रण प्रभाव रखते हैं।

छोटा बदलाव, बड़ा प्रभाव

यह आश्चर्यजनक नहीं होना चाहिए कि वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड की थोड़ी मात्रा का बड़ा प्रभाव हो सकता है। हम ऐसी गोलियां लेते हैं जो हमारे शरीर के द्रव्यमान का एक छोटा हिस्सा होती हैं और उनसे हमें प्रभावित करने की उम्मीद करती हैं।

आज मानव इतिहास में किसी भी समय कार्बन डाइऑक्साइड का स्तर अधिक है। वैज्ञानिक व्यापक रूप से सहमत हैं कि 1880 के दशक के बाद से पृथ्वी की औसत सतह के तापमान में लगभग 2 एफ (1 सी) की वृद्धि हुई है, और कार्बन डाइऑक्साइड और अन्य गर्मी-फंसाने वाली गैसों में मानव-कारण वृद्धि के लिए जिम्मेदार होने की संभावना है।

उत्सर्जन को नियंत्रित करने की कार्रवाई के बिना, कार्बन डाइऑक्साइड 2100 तक वायुमंडल का 0.1% तक पहुंच सकता है, औद्योगिक क्रांति से पहले के स्तर से तिगुना अधिक है। यह पृथ्वी के अतीत में हुए बदलावों की तुलना में तेजी से बदलाव होगा जिसका बहुत बड़ा परिणाम था। कार्रवाई के बिना, वायुमंडल का यह छोटा सा टुकड़ा बड़ी समस्याओं का कारण होगा।

जेसन वेस्ट, चैपल हिल में पर्यावरण विज्ञान और इंजीनियरिंग, उत्तरी कैरोलिना विश्वविद्यालय के प्रोफेसर

यह आलेख एक क्रिएटिव कॉमन्स लाइसेंस के तहत वार्तालाप से पुनर्प्रकाशित है। मूल लेख पढ़ें।

निचला रेखा: एक पर्यावरण वैज्ञानिक बताते हैं कि कार्बन डाइऑक्साइड - CO2 - का पृथ्वी के वायुमंडल और ग्रीनहाउस प्रभाव पर इतना बड़ा प्रभाव क्यों है।