पृथ्वी का वायुमंडल: संघटन, विस्तार एवं संरचना (Earth’s Atmosphere: Composition, Extent and Structure) | AGMET 311 Lecture 2 Notes

इस व्याख्यान के अध्ययन के पश्चात् विद्यार्थी निम्नलिखित वैज्ञानिक अवधारणाओं को पूर्ण रूप से समझने और परीक्षाओं में सटीक उत्तर लिखने में सक्षम होंगे:

पृथ्वी सौरमंडल का एकमात्र ऐसा ज्ञात ग्रह है जहाँ जीवन और कृषि का अस्तित्व संभव है, और इसका सबसे प्रमुख कारण पृथ्वी के चारों ओर लिपटा हुआ गैसों का विशाल सुरक्षात्मक आवरण है, जिसे वायुमंडल (Atmosphere) कहते हैं। यह वायुमंडल न केवल सभी जीवधारियों और फसलों को श्वसन के लिए ऑक्सीजन ($\text{O}_2$) तथा प्रकाश संश्लेषण (Photosynthesis) के लिए कार्बन डाइऑक्साइड ($\text{CO}_2$) प्रदान करता है, बल्कि सूर्य से आने वाली घातक पराबैंगनी किरणों (Ultraviolet Rays) को रोककर पृथ्वी को झुलसने से भी बचाता है।

यदि पृथ्वी पर वायुमंडल न होता, तो चंद्रमा की भाँति यहाँ भी दिन का तापमान $+100^\circ\text{C}$ से अधिक और रात्रि का तापमान $-150^\circ\text{C}$ से नीचे चला जाता। वायुमंडल का प्राकृतिक हरितगृह प्रभाव (Natural Greenhouse Effect) पृथ्वी के औसत सतही तापमान को लगभग $+15^\circ\text{C}$ ($288\text{ K}$) पर बनाए रखता है, जो फसलों की वृद्धि और जलीय चक्र (Hydrological Cycle) के संचालन के लिए अनिवार्य है।

4.1 वायुमंडल का अर्थ, व्युत्पत्ति एवं भौतिक विशेषताएँ (Meaning, Etymology and Physical Properties)

अंग्रेजी शब्द ‘Atmosphere’ की उत्पत्ति ग्रीक भाषा के दो शब्दों से हुई है:

• Atmos (एटमॉस): जिसका अर्थ है “वाष्प, भाप या गैस” (Vapour or Gas)।
• Sphaira (स्फायरा): जिसका अर्थ है “गोला या आवरण” (Sphere or Envelope)।

वायुमंडल की प्रमुख भौतिक विशेषताएँ (Key Physical Properties of Atmosphere):

1. यांत्रिक मिश्रण (Mechanical Mixture, Not a Chemical Compound): वायुमंडल की गैसें आपस में रासायनिक रूप से जुड़ी नहीं हैं, बल्कि एक भौतिक मिश्रण के रूप में रहती हैं।
2. गतिशीलता (Mobility): वायु में क्षैतिज (पवन — Wind) और ऊर्ध्वाधर (वायु धारा — Air Current) दोनों प्रकार की गति करने का गुण होता है, जिससे ग्लोब पर ऊष्मा और नमी का पुनर्वितरण होता है।
3. संपीड्यता एवं प्रसारणशीलता (Compressibility and Expansibility): वायु संपीड्य (Compressible) होती है। ऊपरी परतों के भार के कारण पृथ्वी की सतह के पास वायु का घनत्व (Density — समुद्र तल पर लगभग $1.225\text{ kg m}^{-3}$) और वायुदाब सर्वाधिक होता है। जब वायु ऊपर उठती है, तो कम दाब के कारण वह फैलती (Expand) है और ठंडी होती है (रुद्धोष्म शीतलन — Adiabatic Cooling)।
4. पारदर्शिता (Transparency to Shortwave Radiation): वायुमंडल सूर्य से आने वाली लघु-तरंग विकिरणों (Shortwave Solar Radiation) के लिए अधिकांशतः पारदर्शी होता है, किंतु पृथ्वी से लौटने वाली दीर्घ-तरंग पार्थिव विकिरणों (Longwave Terrestrial Radiation) को अवशोषित कर लेता है।

4.2 वायुमंडल का विस्तार एवं ऊँचाई के साथ द्रव्यमान वितरण (Extent of the Atmosphere)

पृथ्वी की सतह पर वायुमंडल की निचली सीमा तो पूर्णतः स्पष्ट है (थल एवं जल सतह), किंतु इसकी ऊपरी सीमा कोई निश्चित रेखा नहीं है, बल्कि यह धीरे-धीरे विरल होते हुए अंतरिक्ष (Outer Space) में विलीन हो जाती है।

• भौतिक एवं चुंबकीय दृष्टि से वायुमंडल के अवशेष $1,000\text{ km}$ से लेकर $10,000\text{ km}$ (बहिर्मंडल / Exosphere) की ऊँचाई तक पाए जाते हैं।
• किंतु मौसम विज्ञान और कृषि मौसम विज्ञान की दृष्टि से वायुमंडल का सक्रिय विस्तार सतह से मात्र $80\text{ km}$ से $100\text{ km}$ (कार्मन रेखा — Kármán Line) तक और विशेष रूप से निचले $16–18\text{ km}$ (क्षोभमंडल) तक ही सर्वाधिक महत्त्वपूर्ण है।

4.3 वायुमंडल का संघटन (Composition of the Earth’s Atmosphere)

पृथ्वी का वायुमंडल मुख्य रूप से तीन घटकों से मिलकर बना है: (1) गैसें (Gases — स्थायी एवं परिवर्तनशील), (2) जलवाष्प (Water Vapour), तथा (3) एरोसोल या धूलकण (Aerosols / Particulate Matter)।

(A) शुष्क वायु का मानक गैसीय संघटन (Gaseous Composition of Dry Air):

(B) प्रमुख वायुमंडलीय घटकों की वैज्ञानिक एवं कृषि भूमिका:

1. नाइट्रोजन ($\text{N}_2$ — $78.08\%$): यह वायुमंडल की सबसे प्रचुर गैस है। यह रासायनिक रूप से निष्क्रिय (Chemically Inert) होने के कारण ऑक्सीजन की ज्वलनशीलता को नियंत्रित करती है (अन्यथा पृथ्वी पर आग बुझाना असंभव हो जाता)। पौधे वायुमंडलीय $\text{N}_2$ को सीधे पत्तियों से ग्रहण नहीं कर सकते, किंतु दलहनी फसलों (Legumes — जैसे चना, मूँग, मोठ, ग्वार, सोयाबीन) की जड़ों में पाए जाने वाले Rhizobium जीवाणु, मुक्तजीवी जीवाणु (Azotobacter, Azospirillum), नील-हरित शैवाल (BGA) और तड़ित झंझा (Lightning) इसे नाइट्रेट ($\text{NO}_3^-$) व अमोनियम ($\text{NH}_4^+$) में बदलकर फसलों को उपलब्ध कराते हैं, जो प्रोटीन और क्लोरोफिल निर्माण का आधार है।
2. ऑक्सीजन ($\text{O}_2$ — $20.95\%$): यह रासायनिक रूप से सक्रिय गैस है जो सभी फसलों, पौधों की जड़ों, मृदा सूक्ष्मजीवों और पशुधन के वायुवीय श्वसन (Aerobic Respiration) तथा कार्बनिक पदार्थों के ऑक्सीकरण के लिए अनिवार्य है। हरे पौधे प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया में जल के प्रकाशीय अपघटन (Photolysis of Water) द्वारा वायुमंडल में $\text{O}_2$ मुक्त करते हैं।
3. कार्बन डाइऑक्साइड ($\text{CO}_2$ — $0.036\%–0.042\%$): मात्रा में कम होने के बावजूद यह कृषि और मौसम विज्ञान दोनों के लिए अत्यंत महत्त्वपूर्ण है:
   • जैविक महत्त्व: हरे पौधे सूर्य के प्रकाश की उपस्थिति में $\text{CO}_2$ और जल से कार्बोहाइड्रेट (भोजन) का निर्माण करते हैं। पौधे के शुष्क भार (Dry Matter) का लगभग $40–45\%$ भाग कार्बन से बना होता है जो इसी वायुमंडलीय $\text{CO}_2$ से प्राप्त होता है।
   • तापीय महत्त्व: यह एक प्रमुख हरितगृह गैस (Greenhouse Gas) है जो पार्थिव विकिरण (Longwave Radiation) को अवशोषित कर वायुमंडल को गर्म रखती है। औद्योगीकरण से पूर्व इसकी सांद्रता लगभग $280\text{ ppm}$ थी, जो वर्तमान में बढ़कर $420\text{ ppm}$ से अधिक हो चुकी है।
4. ओजोन ($\text{O}_3$): ऑक्सीजन के तीन परमाणुओं से बनी यह गैस समतापमंडल (Stratosphere) में $15\text{ से } 35\text{ km}$ (सर्वाधिक सघनता $20–25\text{ km}$ पर) की ऊँचाई पर ‘ओजोन परत’ बनाती है। यह सूर्य से आने वाली हानिकारक पराबैंगनी विकिरणों (UV-B एवं UV-C rays, तरंगदैर्घ्य $< 290\text{ nm}$) को अवशोषित कर फसलों के DNA, क्लोरोफिल और मानव त्वचा की रक्षा करती है। (किंतु यदि ओजोन भूसतह के पास क्षोभमंडल में बने, तो यह फसलों के लिए एक विषैला प्रदूषक — Phytotoxic Pollutant है)। ओजोन परत की मोटाई डॉब्सन इकाई (Dobson Unit — DU) में मापी जाती है ($1\text{ DU} = 0.01\text{ mm}$ शुद्ध ओजोन परत STP पर)।
5. जलवाष्प (Water Vapour — $0\text{ से } 4\%$ आयतन द्वारा): यह वायुमंडल की सबसे परिवर्तनशील गैस है। अति-शुष्क मरुस्थलों (जैसे पश्चिमी राजस्थान या सहारा) और ध्रुवीय क्षेत्रों में यह $0.1\%–0.5\%$ से भी कम हो सकती है, जबकि आर्द्र उष्णकटिबंधीय तटीय क्षेत्रों में यह वायु के आयतन का $4\%$ तक हो सकती है। कुल जलवाष्प का $90\%$ से अधिक भाग सतह से $5–6\text{ km}$ की ऊँचाई के भीतर ही पाया जाता है। यह संघनन की गुप्त ऊष्मा (Latent Heat of Condensation) के माध्यम से वायुमंडलीय तूफानों व चक्रवातों को ऊर्जा देती है और पृथ्वी की सबसे प्रमुख प्राकृतिक हरितगृह गैस भी है।
6. एरोसोल एवं धूलकण (Aerosols and Dust Particles): वायुमंडल में निलंबित सूक्ष्म ठोस व तरल कणों को एरोसोल कहते हैं। इसके दो मुख्य कार्य हैं:
   • संघनन नाभिक (Condensation Nuclei): समुद्री नमक के कण, धूल और सल्फेट कण जलवाष्प को आकर्षित कर बादल और वर्षा की बूंदें बनाने के लिए आर्द्रताग्राही नाभिक (Hygroscopic Nuclei) प्रदान करते हैं।
   • विकिरण प्रकीर्णन (Scattering of Radiation): धूलकण और गैस के अणु सूर्य के प्रकाश का प्रकीर्णन (Scattering) करते हैं, जिससे आकाश का रंग नीला दिखाई देता है तथा सूर्योदय व सूर्यास्त के समय लालिमा छा जाती है।

4.4 वायुमंडल की ऊर्ध्वाधर संरचना एवं स्तरण (Vertical Structure of the Atmosphere)

ऊँचाई के साथ तापमान में होने वाले परिवर्तन (Vertical Temperature Profile) के आधार पर अंतर्राष्ट्रीय स्तर पर (WMO द्वारा) पृथ्वी के वायुमंडल को चार मुख्य संकेंद्रित परतों (Four Major Concentric Layers) और उनके बीच की तीन संक्रमण सीमाओं (Pauses) में विभाजित किया गया है:

1. क्षोभमंडल (Troposphere — ‘परिवर्तन एवं मौसम का मंडल’)

• शब्द की उत्पत्ति: ग्रीक शब्द ‘Tropos’ से बना है जिसका अर्थ है “मिश्रण या विक्षोभ” (Mixing or Turbulence)। इस शब्द का प्रयोग सर्वप्रथम 1902 में फ्रांसीसी वैज्ञानिक टीसरेंस डी बोर (Teisserenc de Bort) ने किया था।
• ऊँचाई एवं विस्तार: यह वायुमंडल की सबसे निचली परत है। इसकी ऊँचाई ध्रुवों (Poles) पर $8\text{ से } 10\text{ km}$ तथा भूमध्य रेखा (Equator) पर $16\text{ से } 18\text{ km}$ होती है। इसकी औसत ऊँचाई $12–13\text{ km}$ मानी जाती है। भूमध्य रेखा पर प्रबल सौर तापन और तीव्र संवहनीय धाराओं (Strong Convection Currents) के कारण इसकी ऊँचाई ध्रुवों की तुलना में दोगुनी होती है। इसी कारण इसकी ऊँचाई ग्रीष्म ऋतु में बढ़ जाती है और शीत ऋतु में घट जाती है।
• द्रव्यमान एवं जलवाष्प: इस परत में संपूर्ण वायुमंडल के कुल द्रव्यमान का $75\%–80\%$ भाग तथा लगभग $99\%$ जलवाष्प और धूलकण पाए जाते हैं।
• तापमान में गिरावट (Normal Lapse Rate): क्षोभमंडल में ऊँचाई बढ़ने के साथ तापमान नियमित रूप से घटता है, क्योंकि यह परत सूर्य की सीधी किरणों से नहीं, बल्कि नीचे से पृथ्वी की सतह द्वारा विकिरित ऊष्मा (चालन, संवहन एवं पार्थिव विकिरण) से गर्म होती है। तापमान घटने की इस औसत दर को सामान्य ताप ह्रास दर (Normal / Environmental Lapse Rate — ELR) कहते हैं, जिसका मान $6.5^\circ\text{C प्रति किलोमीटर}$ (या $1^\circ\text{C प्रति } 165\text{ मीटर}$ या $3.6^\circ\text{F प्रति } 1000\text{ फीट}$) होता है।
• कृषि एवं मौसम महत्त्व: सभी मौसमी घटनाएँ—जैसे बादल बनना, वर्षा, कोहरा, ओस, पाला, आंधी-तूफान, चक्रवात, बिजली चमकना और मानसून—इसी परत में घटित होती हैं। इसलिए यह कृषि मौसम विज्ञान के लिए सबसे महत्त्वपूर्ण परत है।
• क्षोभसीमा (Tropopause): क्षोभमंडल के ऊपरी भाग में लगभग $1.5–2\text{ km}$ मोटी एक संक्रमण पट्टी होती है जहाँ ऊँचाई के साथ तापमान गिरना रुक जाता है, इसे क्षोभसीमा (Tropopause) कहते हैं (खोजकर्ता: नेपियर शॉ — Sir Napier Shaw)। चूँकि भूमध्य रेखा पर क्षोभमंडल अधिक ऊँचाई ($16–18\text{ km}$) तक जाता है, इसलिए भूमध्य रेखा के ऊपर ट्रोपोपॉज का तापमान लगभग $-80^\circ\text{C}$ होता है, जबकि ध्रुवों के ऊपर ($8–10\text{ km}$) इसका तापमान लगभग $-45^\circ\text{C}\text{ से }-50^\circ\text{C}$ होता है (अर्थात् भूमध्य रेखीय ट्रोपोपॉज ध्रुवीय ट्रोपोपॉज से अधिक ठंडा होता है!)।

2. समतापमंडल (Stratosphere — ‘शांत एवं ओजोन मंडल’)

• विस्तार: यह परत क्षोभसीमा (Tropopause) से ऊपर लगभग $50\text{ km}$ की ऊँचाई तक फैली होती है।
• तापमान प्रोफाइल (Thermal Inversion Layer): इस परत के निचले भाग ($20\text{ km}$ तक) में तापमान लगभग स्थिर (समताप — Isothermal) रहता है, किंतु उसके ऊपर ऊँचाई बढ़ने के साथ तापमान तेजी से बढ़ता है और $50\text{ km}$ की ऊँचाई पर लगभग $0^\circ\text{C}$ ($273\text{ K}$) तक पहुँच जाता है। तापमान में यह वृद्धि इस परत में उपस्थित ओजोन गैस ($\text{O}_3$) द्वारा सूर्य की पराबैंगनी किरणों (UV Rays) के अवशोषण के कारण होती है।
• विशेषताएँ: इस परत में जलवाष्प, धूलकण और संवहनीय धाराओं का लगभग अभाव होता है तथा मौसम संबंधी विक्षोभ नहीं होते, इसलिए यह जेट विमानों की उड़ान (Jet Aircraft Navigation) के लिए आदर्श परत है। (कभी-कभी उच्च अक्षांशों में शीतकाल में यहाँ ‘मदर ऑफ पर्ल’ या नैक्रियस मेघ — Nacreous Clouds दिखाई देते हैं)।
• ओजोनमंडल (Ozonosphere): समतापमंडल के भीतर $15\text{ से } 35\text{ km}$ (अधिकतम घनत्व $20–25\text{ km}$) की पट्टी को ओजोनमंडल भी कहा जाता है।
• समतापसीमा (Stratopause): लगभग $50\text{ km}$ की ऊँचाई पर समतापमंडल और मध्यमंडल को अलग करने वाली सीमा को समतापसीमा कहते हैं।

3. मध्यमंडल (Mesosphere — ‘सबसे ठंडी परत’)

• विस्तार: यह समतापसीमा ($50\text{ km}$) से लेकर $80–85\text{ km}$ की ऊँचाई तक विस्तृत है।
• तापमान प्रोफाइल: इस परत में ओजोन की अनुपस्थिति के कारण ऊँचाई बढ़ने के साथ तापमान पुनः तेजी से गिरता है और $80\text{ km}$ की ऊँचाई पर वायुमंडल के न्यूनतम तापमान लगभग $-90^\circ\text{C}\text{ से }-100^\circ\text{C}$ तक पहुँच जाता है। इस प्रकार मध्यमंडल वायुमंडल की सबसे ठंडी परत (Coldest Layer of the Atmosphere) है।
• विशेषताएँ: अंतरिक्ष से पृथ्वी की ओर आने वाले अधिकांश उल्कापिंड (Meteors / Shooting Stars) इसी परत में वायु के घर्षण से जलकर नष्ट हो जाते हैं। ध्रुवीय क्षेत्रों में गर्मियों में $80\text{ km}$ के पास चमकदार ‘निशादीप्त मेघ’ (Noctilucent Clouds) देखे जाते हैं।
• मध्यसीमा (Mesopause): लगभग $80–85\text{ km}$ की ऊँचाई पर स्थित संक्रमण सीमा जो मध्यमंडल को तापमंडल से अलग करती है।

4. तापमंडल / आयनमंडल एवं बहिर्मंडल (Thermosphere / Ionosphere and Exosphere)

• तापमंडल (Thermosphere — $80\text{ km से } 400–600\text{ km}$): मध्यसीमा से ऊपर जाने पर ऑक्सीजन और नाइट्रोजन के परमाणुओं द्वारा अत्यधिक लघु-तरंग सौर एक्स-किरणों (X-rays) एवं गामा किरणों के अवशोषण के कारण गतिज तापमान (Kinetic Temperature) तेजी से बढ़ता है और $1000^\circ\text{C}\text{ से } 1500^\circ\text{C}$ से अधिक हो जाता है। किंतु यहाँ वायु के अणु इतने विरल (अत्यधिक कम घनत्व) होते हैं कि यदि कोई व्यक्ति वहाँ हाथ निकाले तो उसे गर्मी का अनुभव नहीं होगा (क्योंकि ऊष्मा स्थानांतरण के लिए अणुओं की संख्या नगण्य है)।
• आयनमंडल (Ionosphere — $80\text{ km से } 400\text{ km}$): तापमंडल के निचले भाग में सौर विकिरण के कारण गैस के परमाणु आयनित (Ionized — धनायन एवं मुक्त इलेक्ट्रॉन) हो जाते हैं। इसमें $D, E, F_1, F_2$ परतें होती हैं जो पृथ्वी से भेजी जाने वाली रेडियो तरंगों (Radio Waves) को परावर्तित कर दूरसंचार संभव बनाती हैं तथा ध्रुवीय ज्योति (Aurora Borealis एवं Aurora Australis) उत्पन्न करती हैं।
• बहिर्मंडल (Exosphere — $> 400–500\text{ km}$ से अंतरिक्ष तक): यह वायुमंडल की सबसे बाहरी परत है जहाँ अत्यंत हल्की गैसें—हाइड्रोजन ($\text{H}_2$) और हीलियम ($\text{He}$) अत्यधिक विरल अवस्था में पाई जाती हैं और धीरे-धीरे अंतरिक्ष में विलीन हो जाती हैं।

4.5 रासायनिक संघटन के आधार पर वर्गीकरण: सममंडल एवं विषममंडल (Homosphere and Heterosphere)

1. सममंडल (Homosphere — सतह से $80–90\text{ km}$ तक): इसमें क्षोभमंडल, समतापमंडल और मध्यमंडल सम्मिलित हैं। turbulent mixing (भँवर मिश्रण) के कारण इस पूरे क्षेत्र में प्रमुख स्थायी गैसों ($\text{N}_2 = 78.08\%, \text{O}_2 = 20.95\%, \text{Ar} = 0.93\%$) का आपसी अनुपात एक समान बना रहता है (केवल जलवाष्प और ओजोन को छोड़कर)।
2. विषममंडल (Heterosphere — $80–90\text{ km}$ से ऊपर): इसमें तापमंडल और बहिर्मंडल आते हैं। यहाँ मिश्रण न होने के कारण गैसें अपने अणुभार (Molecular Weight) के अनुसार अलग-अलग परतों में व्यवस्थित हो जाती हैं—सबसे नीचे आणविक नाइट्रोजन ($\text{N}_2$), फिर परमाण्विक ऑक्सीजन ($\text{O}$), फिर हीलियम ($\text{He}$) और सबसे ऊपर सबसे हल्की गैस हाइड्रोजन ($\text{H}$)।

पृथ्वी की सतह से अंतरिक्ष की ओर जाने पर वायुमंडलीय परतों और उनकी संक्रमण सीमाओं (Pauses) का ऊर्ध्वाधर अनुक्रम (Bottom-to-Top Sequence) नीचे चरणबद्ध रूप में दर्शाया गया है:

8.1 क्षोभमंडल (Troposphere) एवं समतापमंडल (Stratosphere) में अंतर

8.2 सममंडल (Homosphere) एवं विषममंडल (Heterosphere) में अंतर

8.3 वायुमंडलीय वायु (Atmospheric Air) एवं मृदा वायु (Soil Air) के संघटन की तुलना

• 1. पश्चिमी राजस्थान में धूल भरी आंधियाँ (Dust Storms / Aerosols) और विकिरण संतुलन: ग्रीष्म ऋतु (अप्रैल–जून) में थार मरुस्थल (बीकानेर, जैसलमेर, बाड़मेर, जोधपुर व जोबनेर क्षेत्र) में क्षोभमंडल में धूल के कणों (Mineral Dust Aerosols) की सांद्रता बहुत बढ़ जाती है। ये धूलकण एक ओर तीव्र सौर विकिरण को प्रकीर्णित (Scatter) व अवशोषित करते हैं, तो दूसरी ओर मानसून पूर्व की वर्षा (Pre-monsoon showers) के लिए आर्द्रताग्राही संघनन नाभिक (Hygroscopic Nuclei) उपलब्ध कराते हैं।
• 2. मृदा वातन (Soil Aeration) और होइंग/निराई-गुड़ाई का वैज्ञानिक आधार: जैसा कि सारणी 8.3 में देखा गया, मृदा वायु में $\text{CO}_2$ की मात्रा वायुमंडल से 8–10 गुना अधिक होती है। भारी वर्षा या सिंचाई के बाद जब मृदा की ऊपरी पपड़ी (Soil Crust) बन जाती है, तो मृदा और वायुमंडल के बीच गैसों का विनिमय (Diffusion) रुक जाता है जिससे जड़ों का श्वसन बाधित होता है। बाजरा, ग्वार और कपास में निराई-गुड़ाई (Intercultivation / Hoeing) करने से मृदा से अतिरिक्त $\text{CO}_2$ बाहर निकलती है और वायुमंडलीय $\text{O}_2$ जड़ों तक पहुँचती है।
• 3. हरितगृह खेती (Greenhouse / Polyhouse Cultivation) में $\text{CO}_2$ संवर्धन: संरक्षित खेती (Protected Cultivation) में खीरा, शिमला मिर्च और टमाटर की उपज बढ़ाने के लिए पॉलीहाउस के भीतर वायुमंडलीय $\text{CO}_2$ स्तर को $400\text{ ppm}$ से बढ़ाकर $800–1000\text{ ppm}$ ($\text{CO}_2$ Enrichment) किया जाता है, जिससे प्रकाश संश्लेषण की दर और फसल उपज में $25–30\%$ तक वृद्धि होती है।
• 4. पर्वतीय कृषि में ऊँचाई और तापमान ह्रास दर का प्रभाव: क्षोभमंडल की सामान्य ताप ह्रास दर ($6.5^\circ\text{C/km}$) के कारण ही मैदानी इलाकों (जैसे जयपुर/कोटा) में जब गर्मियाँ होती हैं, तब हिमालयी राज्यों या माउंट आबू जैसे ऊँचे स्थानों पर तापमान कम रहता है, जिससे वहाँ सेब, नाशपाती तथा बेमौसमी सब्जियों (Off-season Vegetables) की खेती संभव हो पाती है।

1. शुष्क वायुमंडल में आयतन के अनुसार नाइट्रोजन ($\text{N}_2$) का प्रतिशत ____________ तथा ऑक्सीजन ($\text{O}_2$) का प्रतिशत ____________ होता है।
2. संपूर्ण वायुमंडलीय द्रव्यमान का 50% भाग भूसतह से लगभग ____________ किलोमीटर की ऊँचाई तक पाया जाता है।
3. क्षोभमंडल में प्रति 1 किलोमीटर की ऊँचाई बढ़ने पर तापमान में औसतन ____________ डिग्री सेल्सियस की कमी आती है।
4. क्षोभमंडल और समतापमंडल के बीच की संक्रमण पट्टी को ________________ कहते हैं।
5. समतापमंडल में ओजोन परत की सर्वाधिक सघनता ____________ से ____________ किलोमीटर की ऊँचाई के मध्य पाई जाती है।
6. वायुमंडल की सबसे ठंडी परत ________________ है जहाँ तापमान $-90^\circ\text{C}$ से नीचे गिर जाता है।
7. समुद्र तल पर मानक शुष्क वायु का घनत्व लगभग ____________ $\text{kg m}^{-3}$ होता है।
8. भूसतह से $80\text{ km}$ से ऊपर के वायुमंडल को रासायनिक संरचना के आधार पर ________________ (Heterosphere) कहा जाता है।
9. जेट विमानों की सुरक्षित उड़ान के लिए वायुमंडल की ________________ परत सबसे आदर्श मानी जाती है।
10. पृथ्वी के वायुमंडल और बाह्य अंतरिक्ष के बीच $100\text{ km}$ की ऊँचाई पर स्थित सीमा को ________________ रेखा कहते हैं।

C. अति लघु उत्तरीय प्रश्न (Very Short Answer Questions — 10 Questions)

D. लघु उत्तरीय प्रश्न (Short Answer Questions — 8 Questions, 2–5 अंकों हेतु आदर्श उत्तर)

E. अंतर स्पष्ट कीजिए (Differentiate Between — 4 Questions)

1. क्षोभमंडल (Troposphere) एवं समतापमंडल (Stratosphere) में अंतर स्पष्ट कीजिए। (देखें विस्तृत सारणी 8.1 — 6 बिंदु: ऊँचाई, तापमान प्रवृत्ति, जलवाष्प व मेघ, वायु गति, ओजोन तथा ऊपरी सीमा)।
2. सममंडल (Homosphere) एवं विषममंडल (Heterosphere) में अंतर लिखिए। (देखें विस्तृत सारणी 8.2 — 4 बिंदु: ऊँचाई विस्तार, सम्मिलित परतें, गैसीय अनुपात एवं द्रव्यमान अंश)।
3. वायुमंडलीय वायु (Atmospheric Air) एवं मृदा वायु (Soil Air) में अंतर स्पष्ट कीजिए। (देखें विस्तृत सारणी 8.3 — $\text{N}_2, \text{O}_2, \text{CO}_2$ सांद्रता एवं सापेक्ष आर्द्रता)।
4. स्थायी गैसें (Permanent Gases) एवं परिवर्तनशील गैसें (Variable Gases) में अंतर बताइए:
   • स्थायी गैसें: इनका आयतन प्रतिशत निचले $80\text{ km}$ (सममंडल) में समय और स्थान के साथ लगभग स्थिर रहता है। उदाहरण: नाइट्रोजन ($78.084\%$), ऑक्सीजन ($20.946\%$), आर्गन ($0.934\%$), नियॉन, हीलियम।
   • परिवर्तनशील गैसें: इनकी सांद्रता स्थान (मरुस्थल बनाम समुद्र तट, ग्रामीण बनाम औद्योगिक क्षेत्र), ऋतु और ऊँचाई के अनुसार बदलती रहती है तथा ये मौसम व विकिरण संतुलन को सर्वाधिक प्रभावित करती हैं। उदाहरण: जलवाष्प ($0–4\%$), कार्बन डाइऑक्साइड ($\approx 0.04\%$), ओजोन ($\text{O}_3$), मीथेन ($\text{CH}_4$)।

F. वैज्ञानिक कारण स्पष्ट कीजिए / व्याख्या कीजिए (Explain Why — 6 Questions)

G. दीर्घ उत्तरीय प्रश्न (Long Answer Questions — 5 Questions, 8–15 अंकों हेतु विस्तृत रूपरेखा)

1. [PYQ-Pattern — परिभाषा / 1 अंक]: क्षोभसीमा (Tropopause) को परिभाषित कीजिए।
2. [PYQ-Pattern — परिभाषा / 1 अंक]: सामान्य ताप ह्रास दर (Normal Lapse Rate) का मान लिखिए।
3. [PYQ-Pattern — अति लघु / 2 अंक]: शुष्क वायुमंडल और मृदा वायु में $\text{N}_2, \text{O}_2$ तथा $\text{CO}_2$ का प्रतिशत लिखिए।
4. [PYQ-Pattern — अंतर / 3 अंक]: क्षोभमंडल (Troposphere) एवं समतापमंडल (Stratosphere) में कोई चार अंतर लिखिए।
5. [PYQ-Pattern — लघु उत्तरीय / 5 अंक]: कृषि एवं मौसम निर्माण में जलवाष्प तथा धूलकणों (Aerosols) की भूमिका समझाइए।
6. [PYQ-Pattern — दीर्घ उत्तरीय / 10 अंक]: पृथ्वी के वायुमंडल के संघटन एवं ऊर्ध्वाधर तापीय संरचना (Vertical Structure) का स्वच्छ नामांकित चित्र बनाते हुए सविस्तार वर्णन कीजिए।

A. बहुविकल्पीय प्रश्न (MCQs 1 to 20) — त्वरित उत्तर तालिका

(नोट: सभी प्रश्नों की विस्तृत वैज्ञानिक व्याख्याएँ एवं मॉडल उत्तर ऊपर संबंधित प्रश्नों के साथ Collapsible बॉक्स में पूर्ण रूप से दिए गए हैं।)