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जेसन वेस्ट

द कन्वर्सेशन से

13 सितंबर, 2019

जलवायु की व्याख्या: पृथ्वी की जलवायु पर कार्बन डाइऑक्साइड का इतना बाहरी प्रभाव क्यों है

(नोट: शीर्षक लेख को एक कारण तर्क के रूप में फ्रेम करता है, यह दर्शाता है कि कार्बन डाइऑक्साइड जलवायु को कैसे प्रभावित करता है।)

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प्रश्न

मैंने सुना है कि कार्बन डाइऑक्साइड दुनिया के वायुमंडल का 0.04% हिस्सा बनाता है। 0.4% या 4% नहीं, बल्कि 0.04%! ग्लोबल वार्मिंग में यह इतना महत्वपूर्ण कैसे हो सकता है अगर यह इतना छोटा प्रतिशत है?

मुझसे अक्सर पूछा जाता है कि कार्बन डाइऑक्साइड का वैश्विक जलवायु पर महत्वपूर्ण प्रभाव कैसे हो सकता है जब इसकी सांद्रता इतनी छोटी होती है - पृथ्वी के वायुमंडल का सिर्फ 0.041%। और उस राशि के सिर्फ 32% के लिए मानवीय गतिविधियाँ जिम्मेदार हैं। (नोट: जेसन वेस्ट ने अपने लेख को प्रतिवाद के खंडन के रूप में प्रस्तुत किया है।)

मैं वायु प्रदूषण और जलवायु परिवर्तन के लिए वायुमंडलीय गैसों के महत्व का अध्ययन करता हूं। (नोट: पश्चिम इस विषय पर एक शोधकर्ता के रूप में अपनी विश्वसनीयता स्थापित करता है।) जलवायु पर कार्बन डाइऑक्साइड के मजबूत प्रभाव की कुंजी यह है कि यह हमारे ग्रह की सतह से निकलने वाली गर्मी को अवशोषित करने की क्षमता है, जो इसे अंतरिक्ष से बाहर निकलने से रोकती है। (नोट: पश्चिम एक तंत्र की व्याख्या करके अपने कारण तर्क को संक्षेप में प्रस्तुत करता है जो तापमान पर CO2 के आश्चर्यजनक प्रभाव के लिए जिम्मेदार हो सकता है।)

प्रारंभिक ग्रीनहाउस विज्ञान

जिन वैज्ञानिकों ने पहली बार 1850 के दशक में जलवायु के लिए कार्बन डाइऑक्साइड के महत्व की पहचान की, वे भी इसके प्रभाव से हैरान थे। (नोट: इतिहास का यह हिस्सा शुरुआती प्रश्न में व्यक्त आश्चर्य के लिए पश्चिम की सहानुभूति को रेखांकित करता है।) अलग से काम करते हुए, इंग्लैंड में जॉन टाइंडल और संयुक्त राज्य अमेरिका में यूनीस फूटे ने पाया कि कार्बन डाइऑक्साइड, जल वाष्प और मीथेन सभी गर्मी को अवशोषित करते हैं, जबकि अधिक प्रचुर गैसें नहीं होतीं।

वैज्ञानिकों ने पहले ही गणना कर ली थी कि सूर्य के प्रकाश की मात्रा इसकी सतह तक पहुंचने के कारण पृथ्वी लगभग 59 डिग्री फ़ारेनहाइट (33 डिग्री सेल्सियस) गर्म होनी चाहिए। उस विसंगति के लिए सबसे अच्छी व्याख्या यह थी कि ग्रह को गर्म करने के लिए वातावरण ने गर्मी बरकरार रखी।

टाइंडल और फूटे ने दिखाया कि नाइट्रोजन और ऑक्सीजन, जो एक साथ 99% वायुमंडल के लिए जिम्मेदार हैं, का पृथ्वी के तापमान पर अनिवार्य रूप से कोई प्रभाव नहीं था क्योंकि वे गर्मी को अवशोषित नहीं करते थे। (नोट: पश्चिम दिखाता है कि वैज्ञानिकों ने वार्मिंग प्रभाव के संभावित कारणों को कैसे समाप्त किया।) इसके बजाय, उन्होंने पाया कि बहुत छोटी सांद्रता में मौजूद गैसें प्राकृतिक ग्रीनहाउस प्रभाव पैदा करने के लिए गर्मी को फंसाकर पृथ्वी को रहने योग्य बनाने वाले तापमान को बनाए रखने के लिए पूरी तरह से जिम्मेदार थीं।

वातावरण में एक कंबल

(नोट: गर्मी-फँसाने वाली गैसों की तुलना एक कंबल से करने से पाठकों को कारण तर्क की कल्पना करने में मदद मिलती है।)

पृथ्वी लगातार सूर्य से ऊर्जा प्राप्त करती है और इसे वापस अंतरिक्ष में ले जाती है। ग्रह का तापमान स्थिर रहने के लिए, सूर्य से प्राप्त होने वाली शुद्ध ऊष्मा को बाहर निकलने वाली गर्मी से संतुलित होना चाहिए जो वह बंद कर देता है। (नोट: पश्चिम इस बात पर पृष्ठभूमि देता है कि पृथ्वी के तापमान पर क्या प्रभाव पड़ता है।)

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

चित्र 2: इलेक्ट्रोमैग्नेटिक स्पेक्ट्रम सभी प्रकार के ईएम विकिरण की श्रेणी है - ऊर्जा जो यात्रा करती है और बाहर फैलती है। सूर्य पृथ्वी की तुलना में बहुत गर्म होता है, इसलिए यह उच्च ऊर्जा स्तर पर विकिरण का उत्सर्जन करता है, जिसमें तरंगदैर्ध्य कम होता है। नासा

कार्बन डाइऑक्साइड और अन्य हीट-ट्रैपिंग 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 कि पियानो स्ट्रिंग की पिच। जब एक फोटॉन की ऊर्जा अणु की आवृत्ति से मेल खाती है, तो यह अवशोषित हो जाती है और इसकी ऊर्जा अणु में स्थानांतरित हो जाती है। (नोट: यह खंड एजेंसी की स्थापना करता है, यह स्पष्टीकरण देता है कि CO2 गर्मी को कैसे फंसा सकता है।)

कार्बन डाइऑक्साइड और अन्य हीट-ट्रैपिंग गैसों में तीन या अधिक परमाणु और आवृत्तियाँ होती हैं जो पृथ्वी द्वारा उत्सर्जित अवरक्त विकिरण के अनुरूप होती हैं। ऑक्सीजन और नाइट्रोजन, उनके अणुओं में सिर्फ दो परमाणु होते हैं, अवरक्त विकिरण को अवशोषित नहीं करते हैं। (नोट: पश्चिम बताता है कि वार्मिंग, ऑक्सीजन और नाइट्रोजन के दो अन्य संभावित कारण गर्मी को क्यों नहीं फंसाते हैं।)

सूर्य से आने वाला अधिकांश शॉर्टवेव विकिरण बिना अवशोषित हुए वायुमंडल से होकर गुजरता है। लेकिन अधिकांश बाहर जाने वाले अवरक्त विकिरण वायुमंडल में गर्मी-फँसाने वाली गैसों द्वारा अवशोषित होते हैं। फिर वे उस गर्मी को छोड़ सकते हैं, या फिर से विकीर्ण कर सकते हैं। कुछ पृथ्वी की सतह पर लौटते हैं, इसे अन्यथा की तुलना में गर्म रखते हैं।

चित्र 3: पृथ्वी सूर्य (पीली) से सौर ऊर्जा प्राप्त करती है, और कुछ आने वाली रोशनी और विकिरणित गर्मी (लाल) को परावर्तित करके ऊर्जा को वापस अंतरिक्ष में लौटाती है। ग्रीनहाउस गैसें उस गर्मी में से कुछ को फंसाती हैं और इसे ग्रह की सतह पर लौटाती हैं। NASA विकिमीडिया के माध्यम से। (नोट: चित्र 3, पृथ्वी की ओर इशारा करते हुए दाहिनी लाल पट्टी के साथ, एक दृश्य तर्क देता है कि ग्रीनहाउस गैसें गर्मी को फंसाती हैं।)

ऊष्मा संचरण पर शोध

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

इस शोध ने वैज्ञानिकों को सौर मंडल के सभी ग्रहों की जलवायु और वायुमंडलीय संरचना को उनके अवरक्त हस्ताक्षरों का अवलोकन करके समझने में सक्षम बनाया। उदाहरण के लिए, शुक्र लगभग 870 F (470 C) है क्योंकि इसका मोटा वातावरण 96.5% कार्बन डाइऑक्साइड है। (नोट: शुक्र की तुलना से पता चलता है कि वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड की उच्च सांद्रता दूसरे ग्रह पर उच्च तापमान से संबंधित है।)

इसने मौसम पूर्वानुमान और जलवायु मॉडल को भी सूचित किया, जिससे उन्हें यह निर्धारित करने की अनुमति मिली कि वायुमंडल में कितना अवरक्त विकिरण बरकरार रहता है और पृथ्वी की सतह पर वापस आ जाता है।

लोग कभी-कभी मुझसे पूछते हैं कि जलवायु के लिए कार्बन डाइऑक्साइड महत्वपूर्ण क्यों है, यह देखते हुए कि जल वाष्प अधिक अवरक्त विकिरण को अवशोषित करता है और दोनों गैसें समान तरंग दैर्ध्य में से कई पर अवशोषित होती हैं। इसका कारण यह है कि पृथ्वी का ऊपरी वायुमंडल अंतरिक्ष से निकलने वाले विकिरण को नियंत्रित करता 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 अंतरिक्ष में कितना अवरक्त विकिरण बच जाता है, यह महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित होता है। (नोट: इस पैराग्राफ में, पश्चिम जलवायु परिवर्तन, गर्मी-फँसाने वाले जल वाष्प के एक अन्य संभावित चालक को हटा देता है।)

दुनिया भर में कार्बन डाइऑक्साइड का स्तर बढ़ता और गिरता है, जो पौधों की वृद्धि और क्षय के साथ मौसमी रूप से बदलता है।

ग्रीनहाउस प्रभाव का अवलोकन

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

जलवायु में पिछले बदलावों में कार्बन डाइऑक्साइड का प्रभाव देखा जा सकता है। पिछले मिलियन वर्षों से आइस कोर से पता चला है कि गर्म अवधि के दौरान कार्बन डाइऑक्साइड की सांद्रता अधिक थी — लगभग 0.028%। बर्फ के युग के दौरान, जब 20 वीं शताब्दी की तुलना में पृथ्वी लगभग 7 से 13 एफ (4-7 सी) ठंडी थी, तो कार्बन डाइऑक्साइड केवल 0.018% वायुमंडल बना था। (नोट: पश्चिम उच्च कार्बन डाइऑक्साइड सांद्रता और उच्च तापमान के बीच संबंध दिखाने के लिए पृथ्वी के इतिहास से अधिक प्रमाण देता है।)

भले ही प्राकृतिक ग्रीनहाउस प्रभाव के लिए जल वाष्प अधिक महत्वपूर्ण हो, लेकिन कार्बन डाइऑक्साइड में बदलाव ने पिछले तापमान परिवर्तनों को प्रेरित किया है। इसके विपरीत, वायुमंडल में जल वाष्प का स्तर तापमान पर प्रतिक्रिया करता है। जैसे-जैसे पृथ्वी गर्म होती जाती है, उसका वायुमंडल अधिक जल वाष्प धारण कर सकता है, जो “जल वाष्प प्रतिक्रिया” नामक प्रक्रिया में प्रारंभिक वार्मिंग को बढ़ाता है। (नोट: पश्चिम एक फीडबैक लूप या दुष्चक्र का वर्णन करता है जहां वार्मिंग से अधिक गर्म होता है।) इसलिए कार्बन डाइऑक्साइड में भिन्नताएं पिछले जलवायु परिवर्तनों पर नियंत्रण प्रभाव रही हैं।

छोटा बदलाव, बड़ा प्रभाव

यह आश्चर्य की बात नहीं होनी 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 सा हिस्सा हैं और उम्मीद करते हैं कि वे हमें प्रभावित करेंगे। (नोट: पश्चिम कुछ और परिचित, गोलियों की तुलना करके अपने कारण के दावे का समर्थन करता है।)

आज मानव इतिहास में कार्बन डाइऑक्साइड का स्तर किसी भी समय की तुलना में अधिक है। वैज्ञानिक व्यापक रूप से सहमत हैं कि 1880 के दशक के बाद से पृथ्वी की औसत सतह के तापमान में पहले से ही लगभग 2 एफ (1 सी) की वृद्धि हुई है, और कार्बन डाइऑक्साइड और अन्य गर्मी-फँसाने वाली गैसों में मानव-कारण वृद्धि जिम्मेदार होने की बहुत संभावना है। (नोट: पश्चिम CO2 और तापमान के बीच संबंध की ओर इशारा करता है। यहां वह कार्य-कारण के विचार का समर्थन करने के लिए विशेषज्ञों पर निर्भर हैं।)

उत्सर्जन को नियंत्रित करने के लिए कार्रवाई किए बिना, कार्बन डाइऑक्साइड 2100 तक वायुमंडल के 0.1% तक पहुंच सकता है, जो औद्योगिक क्रांति से पहले के स्तर को तिगुना करने से अधिक है। यह पृथ्वी के अतीत में होने वाले बदलावों की तुलना में तेजी से बदलाव होगा जिसके बहुत बड़े परिणाम हुए थे। कार्रवाई के बिना, वातावरण का यह छोटा टुकड़ा बड़ी समस्याओं का कारण बनेगा। (नोट: पश्चिम एक संक्षिप्त भविष्यवाणी के साथ समाप्त होता है। वह पिछले बदलावों के साथ कार्बन डाइऑक्साइड में संभावित वृद्धि की तुलना करता है, जिसका अर्थ है कि मानव-प्रेरित जलवायु परिवर्तन के परिणाम अतीत की तुलना में अधिक नाटकीय होंगे।)

 

एट्रिब्यूशन

इस लेख को क्रिएटिव कॉमन्स CC BY-ND 4.0 लाइसेंस के तहत द कन्वर्सेशन से पुनर्प्रकाशित किया गया है। एनोटेशन अन्ना मिल्स और लाइसेंस प्राप्त CC BY-NC 4.0 द्वारा किए गए हैं।