ग्रीनहाउस प्रभाव और वायुमंडलीय अवशोषण

कैसे जल वाष्प, कार्बन डाइऑक्साइड और अन्य गैसें तापीय विकिरण को अवशोषित और पुनः उत्सर्जित करती हैं, जिससे सतह का तापमान उसके विकिरण संतुलन तापमान से ऊपर बढ़ जाता है।

Definition

ग्रीनहाउस प्रभाव किसी ग्रह की सतह का गर्म होना है जो वायुमंडलीय गैसों के कारण होता है जो आने वाली सूर्य के प्रकाश के लिए पारदर्शी होती हैं लेकिन बाहर जाने वाले तापीय विकिरण को अवशोषित और पुनः उत्सर्जित करती हैं, जिससे सतह का तापमान केवल सौर तापन द्वारा निर्धारित मान से ऊपर बढ़ जाता है।

Scope

यह विषय ग्रीनहाउस प्रभाव के भौतिक आधार को शामिल करता है: आणविक गैसों द्वारा लंबी-तरंग विकिरण का अवशोषण और उत्सर्जन, वे वर्णक्रमीय बैंड जिनमें वे कार्य करते हैं, और जिस तरह से वायुमंडल का प्रभावी विकिरण स्तर सतह के तापमान को नियंत्रित करता है। यह जल वाष्प, कार्बन डाइऑक्साइड, मीथेन, नाइट्रस ऑक्साइड और ओजोन की भूमिकाओं, उनकी सांद्रता में परिवर्तन से विकिरणकारी बल (radiative forcing) की अवधारणा, और संतृप्ति तथा बैंड-अतिव्यापी प्रभावों पर विचार करता है जो यह नियंत्रित करते हैं कि बल सांद्रता के साथ कैसे बढ़ता है।

Core questions

• कुछ गैसें तापीय विकिरण की प्रभावी अवशोषक क्यों होती हैं जबकि अन्य नहीं?
• ग्रीनहाउस प्रभाव सतह के तापमान को विकिरण संतुलन से ऊपर कैसे बढ़ाता है?
• ग्रीनहाउस गैस की सांद्रता बढ़ने पर विकिरणकारी बल कैसे बदलता है?
• जल वाष्प और कार्बन डाइऑक्साइड का सापेक्ष योगदान क्या है?

Key theories

प्रभावी उत्सर्जन स्तर

ग्रीनहाउस गैसें उस ऊंचाई को बढ़ाती हैं जहाँ से ग्रह प्रभावी रूप से अंतरिक्ष में विकिरण करता है, और क्योंकि वह स्तर सतह से ठंडा होता है, सतह को आने वाली सूर्य के प्रकाश को संतुलित करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा उत्सर्जित करने हेतु गर्म होना चाहिए।

कार्बन डाइऑक्साइड का लघुगणकीय बल

क्योंकि कार्बन डाइऑक्साइड के केंद्रीय अवशोषण बैंड लगभग संतृप्त होते हैं, इसका विकिरणकारी बल सांद्रता के लघुगणक के साथ लगभग बढ़ता है, इसलिए प्रत्येक दोगुना होने पर समान मात्रा में बल जुड़ता है।

Mechanisms

सही कंपन और घूर्णी संक्रमण वाले अणु बाहर जाने वाले अवरक्त विकिरण को अवशोषित करते हैं और इसे सभी दिशाओं में पुनः उत्सर्जित करते हैं, जिसमें सतह की ओर वापस भी शामिल है; यह उस ऊंचाई को बढ़ाता है जिस पर विकिरण अंततः अंतरिक्ष में बच निकलता है, और चूंकि क्षोभमंडल में ऊंचाई के साथ तापमान गिरता है, सतह तब तक गर्म होती है जब तक कि ठंडा उत्सर्जन स्तर अवशोषित सूर्य के प्रकाश को संतुलित करने के लिए पर्याप्त विकिरण नहीं करता। अधिक गैस जोड़ने से अवशोषित परत मोटी हो जाती है और उत्सर्जन स्तर को ऊंचा और ठंडा कर देती है, जिससे बल बढ़ जाता है।

Clinical relevance

बढ़ते कार्बन डाइऑक्साइड, मीथेन और अन्य ग्रीनहाउस गैसों से उत्पन्न विकिरणकारी बल मानव-जनित जलवायु परिवर्तन का प्रत्यक्ष भौतिक चालक है, जिससे यह तंत्र वैश्विक तापन को समझने और उसका अनुमान लगाने के लिए केंद्रीय बन जाता है।

Evidence & guidelines

आईपीसीसी की छठी आकलन रिपोर्ट प्रत्येक प्रमुख ग्रीनहाउस गैस के प्रभावी विकिरणकारी बल को निर्धारित करती है और पूर्व-औद्योगिक युग के बाद से देखे गए तापन के प्रमुख हिस्से को इन गैसों के लिए जिम्मेदार ठहराती है।

History

टिन्डल ने उन्नीसवीं शताब्दी में प्रदर्शित किया कि जल वाष्प और कार्बन डाइऑक्साइड तापीय विकिरण को अवशोषित करते हैं, और आर्हेनियस ने कार्बन डाइऑक्साइड के दोगुना होने से होने वाले तापन का पहला मात्रात्मक अनुमान लगाया; बीसवीं सदी के स्पेक्ट्रोस्कोपी और विकिरण-संवहनी मॉडलिंग ने इन विचारों को विकिरणकारी बल के आधुनिक मात्रात्मक सिद्धांत में परिष्कृत किया।

Debates

बैंड संतृप्ति के ऐतिहासिक दावे

प्रारंभिक आपत्तियाँ कि कार्बन डाइऑक्साइड अवशोषण पहले से ही संतृप्त था, इस बात को पहचान कर हल की गईं कि गैस जोड़ने से ठंडा उत्सर्जन स्तर बढ़ जाता है, इसलिए बल पठार पर पहुंचने के बजाय बढ़ता रहता है।

Key figures

• Svante Arrhenius
• John Tyndall
• Raymond Pierrehumbert
• Syukuro Manabe

Seminal works

• arrhenius1896
• pierrehumbert2010

Frequently asked questions

ग्रीनहाउस प्रभाव में कौन सी गैस सबसे अधिक योगदान करती है?

जल वाष्प कुल मिलाकर सबसे बड़ा योगदानकर्ता है, लेकिन यह एक प्रतिपुष्टि (feedback) के रूप में कार्य करता है जो तापमान पर प्रतिक्रिया करता है, जबकि कार्बन डाइऑक्साइड मुख्य दीर्घकालिक गैस है जिसे मनुष्य बढ़ा रहे हैं।

यदि कार्बन डाइऑक्साइड के बैंड लगभग संतृप्त हैं तो भी यह क्यों मायने रखता है?

कार्बन डाइऑक्साइड जोड़ने से उस ऊंचाई को बढ़ा देता है जहाँ से ग्रह अंतरिक्ष में एक ठंडे स्तर पर विकिरण करता है, इसलिए तापन प्रभाव सांद्रता के प्रत्येक दोगुना होने के साथ बढ़ता रहता है।