धडा 13: पृथ्वी : एक प्रणाली – ऊर्जा, द्रव्य आणि जीवन

पृथ्वी ही परस्परक्रिया करणाऱ्या आवरणांची एक प्रणाली आहे : शिलावरण (खडक, माती, भूरूपे, अंतरंग), जलावरण (द्रवरूप पाणी), हिमावरण (बर्फ आणि हिम), वातावरण (हवा) आणि जीवावरण (सर्व सजीव आणि त्यांचे अधिवास). सूर्य हा ऊर्जेचा मुख्य स्रोत आहे, त्याला पृथ्वीच्या उष्ण अंतरंगाची साथ आहे. आवरणांमध्ये ऊर्जा आणि द्रव्य वाहते, म्हणून एकातील बदल इतरांवर परिणाम करतो.

सौर प्रारण पृथ्वीपर्यंत विद्युतचुंबकीय लहरींच्या रूपात पोहोचते; या लहरी निर्वातातून प्रकाशाच्या वेगाने, 3 × 10⁸ m/s ने जातात (ध्वनीला माध्यम लागते). सूर्याच्या सुमारे 99 टक्के ऊर्जा जंबुपार, दृश्य आणि अवरक्त क्षेत्रात असते. ओझोन थर जंबुपार किरण शोषतो, दृश्य प्रकाश प्रकाशसंश्लेषण चालवतो आणि अवरक्त पृष्ठभाग तापवते. जमिनीपर्यंत पोहोचणारे प्रारण म्हणजे इन्सोलेशन. सौर स्थिरांक वातावरणाच्या वरच्या सीमेवर सुमारे 1.4 kW प्रति चौरस मीटर आहे, आणि निरभ्र आकाशात पृष्ठभागावर सुमारे 1 kW प्रति चौरस मीटर मिळते.

अल्बेडो म्हणजे पृष्ठभाग परावर्तित करत असलेल्या सौर प्रारणाचा अंश (लॅटिनमध्ये शुभ्रता). बर्फाचा 0.80 ते 0.90, हिमाचा 0.50 ते 0.70 आणि ठेचलेल्या खडकाचा 0.25 ते 0.30 असतो, तर काळी माती आणि समुद्राच्या पाण्याचा अल्बेडो कमी असतो. जास्त अल्बेडो थंड राहतो आणि कमी अल्बेडो जास्त शोषून तापतो. प्रत्येक वस्तू उष्णता पुन्हा प्रारित करते; काँक्रीट रात्री साठलेली उष्णता सोडते, म्हणून शहरे शहरी उष्णता बेट बनतात, तर वनस्पती सावली आणि बाष्पोत्सर्जनाने थंडावा देतात.

पृथ्वी गोलाकार असल्याने सूर्यप्रकाश विषुववृत्ताजवळ जवळजवळ डोक्यावरून आणि ध्रुवांजवळ तिरपा पडतो. थेट किरण ऊर्जा लहान क्षेत्रावर देतात, तर तिरपे किरण ती मोठ्या क्षेत्रावर पसरवतात. म्हणून विषुववृत्त उबदार आणि ध्रुव थंड राहतात. अक्षाचा कल आणि पृथ्वीची परिक्रमा यांमुळे ऋतू आणि दिवसाची बदलती लांबी मिळते. हे असमान तापन वारे आणि सागरी प्रवाह चालवते.

वातावरण 78 टक्के नायट्रोजन आणि 21 टक्के ऑक्सिजनने बनलेले असून गुरुत्वाकर्षणाने धरून ठेवलेले आहे. तपांबर (0 ते 12 km) मध्ये जवळजवळ सर्व हवामान असते आणि प्रति km सुमारे 6.5 °C तापमान घटते. स्थितांबर (12 ते 50 km) मध्ये ओझोन थर आहे, तो जंबुपार किरण शोषतो, म्हणून उंचीबरोबर तापमान वाढते आणि हवा शांत राहते. अवकाश सुमारे 100 किमीवर सुरू होतो. वातावरण येणाऱ्या प्रारणाचा काही भाग शोषते आणि हरितगृह वायूंनी (CO₂, CH₄, बाष्प) बाहेर जाणारे अवरक्त अडवते. हा हरितगृह परिणाम पृथ्वीला उबदार ठेवतो, पण जादा CO₂ मुळे तापमानवाढ होते.

वारा म्हणजे उच्च दाबाकडून कमी दाबाकडे जाणारी हवा, आणि दाबातील फरक असमान तापनातून येतो. दिवसा सूर्याने तापलेले उतार दरी वारा देतात आणि रात्री थंड घन हवा पर्वतीय वारा देते. जागतिक पातळीवर उष्ण हवा विषुववृत्तीय कमी दाब पट्ट्यात वर जाते, 30° जवळ खाली येते (उपोष्ण उच्च दाब), 60° जवळ पुन्हा वर जाते (उपध्रुवीय कमी दाब) आणि ध्रुवांवर खाली येते. परिभ्रमण उत्तरेत वाऱ्यांना उजवीकडे आणि दक्षिणेत डावीकडे वळवते. वारे पृष्ठावरील पाणी ओढून सागरी प्रवाह बनवतात; तापमान, क्षारता आणि खंड त्यांना आकार देतात आणि परिभ्रमणामुळे वर्तुळाकार गायर तयार होतात. प्रवाह उष्णता आणि पोषकद्रव्ये वाहून नेतात.

द्रव्य सजीव आणि निर्जीव भागांत जैवभूरासायनिक चक्रांत सतत फिरत असते. जलचक्रात पाणी बाष्पीभवनाने उडते, संघनन पावते, वर्षण म्हणून पडते आणि जमिनीत मुरते. कार्बन चक्रात वनस्पती प्रकाशसंश्लेषणाने CO₂ घेतात, श्वसन आणि कुजण्याने तो परत येतो (जलद चक्र, दिवस ते वर्षे), गाडलेल्या अवशेषांपासून जीवाश्म इंधने बनतात (मंद चक्र, लाखो वर्षे) आणि महासागर CO₂ शोषतात. नायट्रोजन चक्रात जीवाणू N₂ स्थिर करतात, नायट्रीकरण करणारे नायट्रेट बनवतात, वनस्पती ते आत्मसात करतात, विघटक अमोनीकरण करतात आणि विनायट्रीकरण करणारे N₂ परत देतात. ऑक्सिजन चक्रात श्वसन आणि ज्वलन O₂ वापरतात आणि प्रकाशसंश्लेषण तो पुन्हा भरते.

जीवाश्म इंधने जाळणे आणि जंगलतोड यांमुळे 1960 पासून CO₂ 315 वरून 420 ppm झाला आणि हरितगृह परिणाम वाढला. जादा CO₂ मुळे समुद्राचे पाणी अधिक आम्लधर्मी होते, प्लवक आणि प्रवाळांना हानी होते, आणि तापलेले महासागर कमी CO₂ शोषतात. जादा खतांमुळे सुपोषण होते, म्हणजे शैवाल फुलोरा जो ऑक्सिजन संपवतो. जंगलतोडीने प्रकाशसंश्लेषण आणि बाष्पोत्सर्जन घटते, स्थानिक पाऊस कमी होतो, अल्बेडो बदलतो, मातीची धूप होते आणि अधिवास नष्ट होतात. वाहनांच्या धुराने जमिनीलगत स्मॉग आणि ओझोन तयार होतो. मॉन्ट्रियल प्रोटोकॉल सारखे सहकार्य, सौर व पवन ऊर्जा, वृक्षारोपण, पाण्याची बचत आणि मिशन लाईफ संतुलन पुन्हा साधण्यास मदत करतात.