ऑर्बिटिंग कार्बन ऑब्जर्वेटरी उपग्रह अंतरिक्ष से पृथ्वी के कार्बन डाइऑक्साइड के स्तर का सटीक माप करता है। NASA / JPL

मुझसे अक्सर पूछा जाता है कि कार्बन डाइऑक्साइड वैश्विक जलवायु पर एक महत्वपूर्ण प्रभाव कैसे डाल सकता है जब इसकी एकाग्रता इतनी छोटी हो - बस पृथ्वी के वायुमंडल का 0.041%। और मानव गतिविधियों के लिए जिम्मेदार हैं उस राशि का केवल 32%.

मैं वायुमंडलीय गैसों के महत्व का अध्ययन करता हूं वायु प्रदूषण और जलवायु परिवर्तन। 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 स्क्रिप्स इंस्टीट्यूशन, सीसी द्वारा

प्रारंभिक ग्रीनहाउस विज्ञान

जिन वैज्ञानिकों ने पहली बार 1850s में जलवायु के लिए कार्बन डाइऑक्साइड के महत्व की पहचान की, वे भी इसके प्रभाव से आश्चर्यचकित थे। अलग से काम करना, जॉन टेंन्डल इंग्लैंड में और यूनीस फूटे संयुक्त राज्य में पाया गया कि कार्बन डाइऑक्साइड, जल वाष्प और मीथेन सभी ने ऊष्मा को अवशोषित किया, जबकि अधिक प्रचुर मात्रा में गैसों ने नहीं पाया।

वैज्ञानिकों ने पहले ही गणना कर ली थी कि पृथ्वी 59 डिग्री फ़ारेनहाइट (33 डिग्री सेल्सियस) के बारे में थी इससे अधिक गर्म होना चाहिए, सूर्य के प्रकाश की मात्रा को उसकी सतह तक पहुँचा दिया। उस विसंगति के लिए सबसे अच्छा स्पष्टीकरण यह था कि ग्रह को गर्म करने के लिए वातावरण ने गर्मी बरकरार रखी।

टाइन्डल और फूटे ने दिखाया कि नाइट्रोजन और ऑक्सीजन, जो एक साथ वायुमंडल के 99% के लिए जिम्मेदार 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 तापमान को बनाए रखने के लिए पूरी तरह से जिम्मेदार थीं जो पृथ्वी को रहने योग्य बना रही थीं, जिससे गर्मी पैदा होती है एक प्राकृतिक ग्रीनहाउस प्रभाव.

वातावरण में एक कंबल

पृथ्वी लगातार सूर्य से ऊर्जा प्राप्त करती है और इसे वापस अंतरिक्ष में भेजती है। ग्रह के तापमान को स्थिर रखने 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 ईएम रेडिएशन की रेंज है - ऊर्जा जो यात्रा करती है और बाहर जाती है जैसे वह जाती 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

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 आवृत्तियाँ होती हैं पृथ्वी द्वारा उत्सर्जित अवरक्त विकिरण के अनुरूप। 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। विकिमीडिया के माध्यम से नासा

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 870 F (470 C) के बारे में है क्योंकि इसका घना वातावरण है 96.5% कार्बन डाइऑक्साइड.

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 है और इसमें जमीन के पास की तुलना में बहुत कम जल वाष्प होता है, जिसका अर्थ है कि अधिक कार्बन डाइऑक्साइड जोड़ने से काफी प्रभाव पड़ता है कितना अवरक्त विकिरण अंतरिक्ष में भाग जाता है।

कार्बन डाइऑक्साइड का स्तर दुनिया भर में बढ़ता है और गिरता है, पौधों की वृद्धि और क्षय के साथ मौसम बदलता 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 आइस कोर ने दिखाया है कि कार्बन डाइऑक्साइड की सांद्रता गर्म अवधि के दौरान अधिक थी - 0.028% के बारे में। हिम युग के दौरान, जब पृथ्वी लगभग 7 F के लिए 13 थी (4-7 C) 20th सदी की तुलना में ठंडा, कार्बन डाइऑक्साइड से बना है केवल 0.018% के बारे में वातावरण का।

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। जैसा कि पृथ्वी गर्म हो जाती है, इसकी वायुमंडल अधिक जलवाष्प धारण कर सकता है, जो प्रारंभिक वार्मिंग को बढ़ाता है एक प्रक्रिया में "जल वाष्प प्रतिक्रिया" कहा जाता है। कार्बन डाइऑक्साइड में परिवर्तन इसलिए किया गया है प्रभाव को नियंत्रित करना पिछले जलवायु परिवर्तन पर।

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 पृथ्वी का औसत सतह तापमान पहले से ही 2 F के बारे में बढ़ गया है (1 C) 1880s के बाद से, और कार्बन डाइऑक्साइड और अन्य हीट-ट्रेस गैसों में मानव-कारण वृद्धि होती है जिम्मेदार होने की बहुत संभावना है.

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

के बारे में लेखक

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

इस लेख से पुन: प्रकाशित किया गया है वार्तालाप क्रिएटिव कॉमन्स लाइसेंस के तहत। को पढ़िए मूल लेख.

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