UPPSC 2022 प्रारंभिक प्रश्नपत्र-I · प्रश्न 93 / 150

सही उत्तर — (c) दीर्घ तरंग स्थलीय विकिरण। वायुमण्डल नीचे से तप्त होता है, ऊपर से नहीं। आने वाला सूर्यप्रकाश लघु-तरंग विकिरण के रूप में पहुँचता है, और वायु इसके लिए बड़े पैमाने पर पारदर्शी है — वायुमण्डल आने वाली लघु-तरंग धारा का केवल लगभग तेईस प्रतिशत ही अवशोषित करता है, और शेष का अधिकांश या तो परावर्तित होकर लौट जाता है या सीधे धरातल तक पहुँच जाता है। स्थल व सागर सतह उस ऊर्जा को अवशोषित करती है, गर्म होती है, और उसे दीर्घ-तरंग अवरक्त के रूप में पुनः विकीर्णित करती है, और इसके प्रति वायुमण्डल लगभग अपारदर्शी है: यह सतह द्वारा उत्सर्जित दीर्घ-तरंग विकिरण का लगभग नब्बे प्रतिशत अवशोषित कर लेता है, क्योंकि जलवाष्प, कार्बन डाइऑक्साइड, मीथेन, नाइट्रस ऑक्साइड और ओज़ोन — सभी में कम्पन-विधाएँ हैं जो अवरक्त ऊर्जा को ग्रहण करती हैं। इस प्रकार वायु को अपनी ऊष्मा दूसरे हाथ से मिलती है, उस धरातल से जिसे सूर्य ने गर्म किया। इसका रोज़मर्रा का प्रमाण सामान्य ह्रास दर है। क्षोभमण्डल में ऊँचाई के साथ तापमान लगभग 6.5 डिग्री सेल्सियस प्रति किलोमीटर की दर से घटता है, और पर्वत-शिखर मैदान से ठंडा होता है यद्यपि वह सूर्य के अधिक निकट है। यदि सूर्यप्रकाश सीधे वायु को गर्म करता, तो इसका विपरीत सत्य होता।

• (a)प्रकीर्ण सौर विकिरण — प्रकीर्णन लघु-तरंग विकिरण को वायु में ऊष्मा में परिवर्तित किये बिना पुनर्दिशित करता है। अणु व सूक्ष्म कण सूर्यप्रकाश को सभी दिशाओं में विक्षेपित करते हैं — यही प्रक्रिया दिन के आकाश को नीला बनाती है और छाया में हमें विसरित दिवालोक देती है — किन्तु फोटॉन अपनी ऊर्जा अक्षुण्ण रखते हुए आगे बढ़ता रहता है जब तक कोई उसे अवशोषित न करे। पुनर्दिशित ऊर्जा अवशोषित ऊर्जा नहीं है, अतः प्रकीर्णन वायुमण्डल को गर्म करने में लगभग कुछ भी योगदान नहीं देता।
• (b)लघु तरंग सौर विकिरण — यही सहज-बोध वाला उत्तर है, और वही जिसे पकड़ने के लिए यह प्रश्न बनाया गया है। लघु-तरंग सौर विकिरण तंत्र की लगभग सम्पूर्ण ऊर्जा का मूल स्रोत तो है, परन्तु वह नहीं जिसे वायुमण्डल अवशोषित करता है। आने वाले सूर्यप्रकाश का प्रत्यक्ष अवशोषण लघु-तरंग धारा का केवल लगभग चौथाई भाग है, मुख्यतः समताप मण्डल में ओज़ोन द्वारा और नीचे जलवाष्प व मेघ-बूँदों द्वारा; वायुमण्डल सतह से लौटने वाले दीर्घ-तरंग विकिरण से कई गुना अधिक गर्म होता है। UPSC ने ठीक यही जाल 2024 में रखा था और सम्बन्धित कथन को असत्य माना था।
• (d)परावर्तित सौर विकिरण — परावर्तित सूर्यप्रकाश वह ऊर्जा है जिसे पृथ्वी खोती है, न कि जो वह प्राप्त करती है। आने वाले सौर विकिरण का लगभग तीस प्रतिशत बादलों, वायुविलयों, बर्फ, हिम व चमकीले भू-पृष्ठों द्वारा अन्तरिक्ष में लौटा दिया जाता है — यह अंश ग्रहीय एल्बीडो है। चूँकि यह बिना अवशोषित हुए ही निकल जाता है, यह वायु को गर्म करने में कोई भूमिका नहीं निभाता।

विकिरण लघु-तरंग या दीर्घ-तरंग होता है, यह उसे उत्सर्जित करने वाले पिंड के तापमान पर निर्भर करता है। सूर्य, लगभग 6,000 केल्विन पर, मुख्यतः दृश्य व निकट-अवरक्त परास में — लघु तरंगदैर्घ्य में — उत्सर्जित करता है। पृथ्वी की सतह, लगभग 288 केल्विन पर, तापीय अवरक्त — दीर्घ तरंगदैर्घ्य — में उत्सर्जित करती है। वायुमण्डल की अवशोषक गैसें चयनात्मक हैं: वे लघु तरंगों को गुज़र जाने देती हैं परन्तु दीर्घ तरंगों को रोक लेती हैं। यही असमानता ग्रीनहाउस प्रभाव है। वायुमण्डल के शीर्ष तक पहुँचने वाले सूर्यप्रकाश में से, लगभग तीस प्रतिशत सीधे परावर्तित हो जाता है (एल्बीडो), लगभग तेईस प्रतिशत वायुमण्डल के भीतर ही अवशोषित हो जाता है, और शेष लगभग आधा सतह तक पहुँचकर उसके द्वारा अवशोषित होता है। इसके बाद सतह उस ऊष्मा को तीन तरीकों से ऊपर पहुँचाती है — दीर्घ-तरंग विकिरण, उसके सम्पर्क में आने वाली वायु में संचालन, तथा संवहन, जो गर्म व नम वायु को ऊपर उठाता है — जिसमें दीर्घ-तरंग विकिरण प्रमुख पद है।

अधिकांश अभ्यर्थी यह तर्क करके यह प्रश्न गँवाते हैं कि सूर्य सब कुछ गर्म करता है, इसलिए सूर्यप्रकाश को वायु भी गर्म करनी ही चाहिए। परीक्षक बीच की कड़ी चाहता है। इसके बजाय पूछें: वायुमण्डल वास्तव में क्या अवशोषित करता है? चार विकल्पों में से दो — प्रकीर्ण व परावर्तित विकिरण — ऐसी ऊर्जा का वर्णन करते हैं जो ग्रहण किये जाने के बजाय पुनर्दिशित होती है, अतः इन्हें बिना किसी आँकड़े की आवश्यकता के, सिद्धान्ततः ही हटाया जा सकता है। इससे लघु-तरंग व दीर्घ-तरंग धाराएँ बचती हैं, और निर्णायक प्रमाण यह है कि क्षोभमण्डल में वायु का तापमान ऊँचाई के साथ घटता है। धरातल के निकटतम परत सबसे गर्म होती है क्योंकि धरातल ही ऊष्मा-स्रोत है। ध्यान दें कि यह तर्क कहाँ रुकता है: समताप मण्डल में तापमान ऊँचाई के साथ बढ़ता है, क्योंकि वहाँ ओज़ोन सीधे पराबैंगनी को अवशोषित करता है, जो वायुमण्डल के सौर विकिरण द्वारा गर्म होने का एक वास्तविक उदाहरण है और ठीक इसी कारण समताप मण्डल स्थिर व मेघ-रहित रहता है।

• वायुमण्डल आने वाले लघु-तरंग सौर विकिरण का केवल लगभग तेईस प्रतिशत अवशोषित करता है, परन्तु पृथ्वी की सतह द्वारा उत्सर्जित दीर्घ-तरंग अवरक्त विकिरण का लगभग नब्बे प्रतिशत।
• पृथ्वी का ग्रहीय एल्बीडो लगभग 0.30 है — आने वाले सौर विकिरण का लगभग तीस प्रतिशत बादलों, वायुविलयों, बर्फ, हिम व चमकीले पृष्ठों द्वारा अन्तरिक्ष में परावर्तित हो जाता है।
• चूँकि वायुमण्डल नीचे से तप्त होता है, क्षोभमण्डल में तापमान ऊँचाई के साथ सामान्य ह्रास दर लगभग 6.5 डिग्री सेल्सियस प्रति किलोमीटर से घटता है।
• अवरक्त-अवशोषक गैसें जलवाष्प, कार्बन डाइऑक्साइड, मीथेन, नाइट्रस ऑक्साइड व ओज़ोन हैं; नाइट्रोजन, ऑक्सीजन व आर्गन अवरक्त के लिए पारदर्शी हैं और ग्रीनहाउस गैसें नहीं हैं।
• समताप मण्डल में यह प्रतिरूप उलट जाता है और तापमान ऊँचाई के साथ बढ़ता है, क्योंकि वहाँ ओज़ोन सूर्य से आने वाले पराबैंगनी विकिरण को सीधे अवशोषित करता है।

• 'लघु तरंग सौर विकिरण' उत्तर देना क्योंकि सूर्य मूल ऊर्जा-स्रोत है — प्रश्न यह पूछता है कि वायुमण्डल क्या अवशोषित करता है, ऊर्जा कहाँ से उत्पन्न होती है यह नहीं
• प्रकीर्ण या परावर्तित विकिरण को तापन-कारक मान लेना; दोनों ऊर्जा को पुनर्दिशित करते हैं बिना उसे वायु द्वारा ग्रहण कराए
• 'वायुमण्डल नीचे से तप्त होता है' को सम्पूर्ण वायुमण्डल पर सामान्यीकृत कर देना — समताप मण्डल में ओज़ोन सीधे पराबैंगनी अवशोषित करता है और तापमान ऊँचाई के साथ बढ़ता है

UPPSC इसे ऊष्मा-बजट के विषय में एक-पंक्ति स्मरण प्रश्न के रूप में पूछता है — वायुमण्डल को क्या गर्म करता है, एल्बीडो का क्या अर्थ है, कौन-सी परत में ओज़ोन है — जबकि UPSC इसे दो-कथन या कथन-व-व्याख्या प्रारूपों में बनाता है जो तापन-प्रक्रिया को ग्रीनहाउस गैसों के अवरक्त-अवशोषण गुण के साथ जोड़ते हैं।

• अभ्यास — वास्तविक PYQ नहीं

  क्षोभमण्डल में, तापमान सामान्यतः ऊँचाई बढ़ने के साथ घटता है। इसका प्रमुख कारण यह है कि

  • (a)वायुमण्डल के शीर्ष पर वायु पतली हो जाती है और इसलिए कम ग्रीनहाउस गैसें धारण करती है
  • (b)वायुमण्डल मुख्यतः पृथ्वी की सतह से आने वाले दीर्घ-तरंग विकिरण द्वारा तप्त होता है, इसलिए धरातल के निकटतम परतें सबसे गर्म होती हैं
  • (c)पराबैंगनी विकिरण केवल उच्च ऊँचाई पर ही अवशोषित होता है
  • (d)संवहन धाराएँ क्षोभसीमा से ऊष्मा को नीचे की ओर ले जाती हैं

  उत्तर(b) वायुमण्डल मुख्यतः पृथ्वी की सतह से आने वाले दीर्घ-तरंग विकिरण द्वारा तप्त होता है, इसलिए धरातल के निकटतम परतें सबसे गर्म होती हैं — लगभग 6.5 डिग्री सेल्सियस प्रति किलोमीटर की सामान्य ह्रास दर नीचे से तापन का प्रत्यक्ष प्रमाण है।

• अभ्यास — वास्तविक PYQ नहीं

  पृथ्वी का 'एल्बीडो' किसे कहते हैं ?

  • (a)आने वाले सौर विकिरण का वह अंश जो बिना अवशोषित हुए अन्तरिक्ष में वापस परावर्तित हो जाता है
  • (b)एक वर्ष में पृथ्वी की सतह द्वारा उत्सर्जित कुल दीर्घ-तरंग विकिरण
  • (c)क्षोभमण्डल में ऊँचाई के साथ तापमान घटने की दर
  • (d)समताप मण्डल में ओज़ोन द्वारा अवशोषित सौर विकिरण का अनुपात

  उत्तर(a) आने वाले सौर विकिरण का वह अंश जो बिना अवशोषित हुए अन्तरिक्ष में वापस परावर्तित हो जाता है — सम्पूर्ण पृथ्वी के लिए लगभग 0.30, ताज़ी बर्फ व मेघों पर अधिक और गहरे सागर व वन पर कम।