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

AGRO PATH FINDER Digital Textbook
EDUCATION • RESEARCH • INNOVATION
विषय (Subject) Introduction to Agro-meteorology
विषय कोड (Subject Code) AGMET 311
सेमेस्टर एवं पाठ्यक्रम (Semester) B.Sc. (Hons.) Ag. | Sem V (SKNAU / ICAR 6th Dean)
व्याख्यान संख्या (Lecture No.) Lecture 02 of 16

व्याख्यान 02: पृथ्वी का वायुमंडल: संघटन, विस्तार एवं संरचना

Lecture 02: Earth’s Atmosphere: Its Composition, Extent and Structure

SECTION 02

अध्ययन के उद्देश्य (Learning Objectives)

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

1. वायुमंडल की अवधारणा एवं विस्तार: पृथ्वी के वायुमंडल (Earth’s Atmosphere) के भौतिक गुणधर्म, गुरुत्वाकर्षण बल की भूमिका तथा ऊँचाई के साथ वायुमंडलीय द्रव्यमान (Mass) के वितरण को समझना।
2. वायुमंडलीय संघटन (Composition): शुष्क वायु की स्थायी गैसों ($\text{N}_2, \text{O}_2, \text{Ar}$), परिवर्तनशील गैसों ($\text{CO}_2, \text{CH}_4, \text{O}_3$), जलवाष्प (Water Vapour) तथा एरोसोल/धूलकणों के प्रतिशत व कृषि महत्त्व को जानना।
3. ऊर्ध्वाधर तापीय संरचना (Thermal Structure): तापमान परिवर्तन के आधार पर वायुमंडल की चारों मुख्य परतों—क्षोभमंडल (Troposphere), समतापमंडल (Stratosphere), मध्यमंडल (Mesosphere) एवं तापमंडल (Thermosphere) की विशेषताओं का विश्लेषण करना।
4. संक्रमण सीमाएँ (Transition Zones): क्षोभसीमा (Tropopause), समतापसीमा (Stratopause) और मध्यसीमा (Mesopause) की ऊँचाई, तापमान तथा अक्षांशीय भिन्नता को समझना।
5. रासायनिक वर्गीकरण: सममंडल (Homosphere) और विषममंडल (Heterosphere) के बीच के वैज्ञानिक अंतर तथा आयनमंडल (Ionosphere) व ओजोनमंडल (Ozonosphere) की भूमिका को स्पष्ट करना।
6. कृषि एवं जैवमंडल में भूमिका: फसल प्रकाश संश्लेषण, श्वसन, नाइट्रोजन स्थिरीकरण, हरितगृह प्रभाव, पराबैंगनी विकिरण सुरक्षा तथा वर्षा निर्माण में वायुमंडलीय घटकों के व्यावहारिक अनुप्रयोग को समझना।
SECTION 03

प्रस्तावना (Introduction)

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।

वैज्ञानिक तथ्य (Scientific Fact): पृथ्वी के वायुमंडल का कुल द्रव्यमान लगभग $5.15 \times 10^{18}\text{ kg}$ ($5.15 \times 10^{15}\text{ metric tonnes}$) है। यद्यपि वायुमंडल का विस्तार पृथ्वी की सतह से लगभग $1000\text{ km}$ से $10,000\text{ km}$ तक माना जाता है, किंतु गुरुत्वाकर्षण बल (Gravitational Pull) और संपीडन के कारण इसके कुल द्रव्यमान का 50% भाग प्रथम $5.5–6\text{ km}$ की ऊँचाई तक और 99% भाग मात्र $30–32\text{ km}$ की ऊँचाई के भीतर ही केंद्रित है।
SECTION 04

संपूर्ण अध्ययन सामग्री (Complete Study Material)

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 वैज्ञानिक परिभाषा (Standard Definition of Atmosphere): “पृथ्वी के चारों ओर गुरुत्वाकर्षण बल (Gravitational Force) द्वारा बँधा हुआ विभिन्न गैसों, जलवाष्प तथा निलंबित सूक्ष्म ठोस एवं द्रव कणों (Aerosols) का वह रंगहीन (Colourless), गंधहीन (Odourless), स्वादहीन (Tasteless) और गतिशील यांत्रिक मिश्रण (Mechanical Mixture), जो पृथ्वी के साथ-साथ अपनी धुरी पर घूमता है, वायुमंडल (Atmosphere) कहलाता है।”

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।
ऊँचाई के साथ वायुमंडलीय द्रव्यमान (Atmospheric Mass) का संकेंद्रण (परीक्षा हेतु अत्यंत महत्त्वपूर्ण):
  • $5.5\text{ से } 6\text{ km}$ की ऊँचाई तक: संपूर्ण वायुमंडलीय द्रव्यमान का लगभग $50\%$ भाग स्थित है।
  • $16\text{ km}$ की ऊँचाई तक: संपूर्ण वायुमंडलीय द्रव्यमान का लगभग $90\%$ भाग स्थित है।
  • $30\text{ से } 32\text{ km}$ की ऊँचाई तक: संपूर्ण वायुमंडलीय द्रव्यमान का लगभग $99\%$ भाग समाहित है (केवल $1\%$ द्रव्यमान ही $32\text{ km}$ से ऊपर पाया जाता 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)।

1. स्थायी गैसें (Permanent Gases) नाइट्रोजन ($\text{N}_2$: $78.084\%$), ऑक्सीजन ($\text{O}_2$: $20.946\%$) एवं आर्गन ($\text{Ar}$: $0.934\%$)। इनका अनुपात निचले $80\text{ km}$ (सममंडल) तक लगभग स्थिर रहता है।
2. परिवर्तनशील गैसें (Variable Gases) कार्बन डाइऑक्साइड ($\text{CO}_2$: $\approx 0.04\%$ या $420+\text{ ppm}$), ओजोन ($\text{O}_3$), मीथेन ($\text{CH}_4$), नाइट्रस ऑक्साइड ($\text{N}_2\text{O}$)। इनका अनुपात स्थान, समय और मानवीय क्रियाओं से बदलता है।
3. जलवाष्प (Water Vapour) आयतन के अनुसार $0\%$ से $4\%$ तक। यह सभी प्रकार के संघनन (बादल, ओस, पाला, कोहरा) और वर्षण (वर्षा, ओला) का एकमात्र स्रोत है।
4. एरोसोल एवं धूलकण (Aerosols) धूल, राख, समुद्री नमक के कण, परागकण एवं धुआँ। ये जलवाष्प के संघनन के लिए आर्द्रताग्राही नाभिक (Hygroscopic Nuclei) का कार्य करते हैं।

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

क्र.सं. गैस का नाम (Gas Name) रासायनिक सूत्र आयतन प्रतिशत (% by Volume) भार प्रतिशत (% by Weight) भाग प्रति मिलियन (ppm) एवं श्रेणी
1. नाइट्रोजन (Nitrogen) $\text{N}_2$ 78.084% 75.52% $780,840\text{ ppm}$ (स्थायी / Permanent)
2. ऑक्सीजन (Oxygen) $\text{O}_2$ 20.946% 23.14% $209,460\text{ ppm}$ (स्थायी / Permanent)
3. आर्गन (Argon) $\text{Ar}$ 0.934% 1.28% $9,340\text{ ppm}$ (स्थायी निष्क्रिय गैस)
4. कार्बन डाइऑक्साइड (Carbon dioxide) $\text{CO}_2$ 0.036% – 0.042%
(परंपरागत पाठ्यपुस्तक मान: $0.03\%$)
0.05% $\approx 360–422\text{ ppm}$ (परिवर्तनशील / Variable)
5. नियॉन (Neon) $\text{Ne}$ 0.001818% — $18.18\text{ ppm}$ (स्थायी सूक्ष्म गैस)
6. हीलियम (Helium) $\text{He}$ 0.000524% — $5.24\text{ ppm}$ (स्थायी सूक्ष्म गैस)
7. मीथेन (Methane) $\text{CH}_4$ 0.00018% — $\approx 1.8–1.9\text{ ppm}$ (परिवर्तनशील हरितगृह गैस)
8. क्रिप्टॉन (Krypton) $\text{Kr}$ 0.000114% — $1.14\text{ ppm}$ (स्थायी सूक्ष्म गैस)
9. हाइड्रोजन (Hydrogen) $\text{H}_2$ 0.00005% — $0.50\text{ ppm}$ (स्थायी सूक्ष्म गैस)
10. नाइट्रस ऑक्साइड (Nitrous Oxide) $\text{N}_2\text{O}$ 0.000033% — $\approx 0.33\text{ ppm}$ (परिवर्तनशील हरितगृह गैस)
11. ओजोन (Ozone) $\text{O}_3$ 0.000004% – 0.000007% — $0.04–0.07\text{ ppm}$ (समतापमंडल में अधिक)
विशेष परीक्षा नोट (Exam Alert — Atmospheric vs Soil Air): खुले वायुमंडल में $\text{CO}_2$ की सांद्रता लगभग $0.03\%–0.04\%$ ($300–420\text{ ppm}$) होती है, जबकि मृदा वायु (Soil Air) में जड़ों और सूक्ष्मजीवों के श्वसन के कारण $\text{CO}_2$ की सांद्रता वायुमंडल की तुलना में 8 से 10 गुना अधिक (अर्थात् $0.25\%$ से $0.30\%$ या अधिक) होती है। यह प्रश्न कृषि प्रतियोगी परीक्षाओं में बार-बार पूछा जाता है।

(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 ($\text{H}$)।
SECTION 05

वैज्ञानिक आरेख एवं शैक्षिक चित्रण (Scientific Diagrams & Educational Images)

आरेख 5.1: पृथ्वी के वायुमंडल की ऊर्ध्वाधर संरचना एवं ऊँचाई-तापमान प्रोफाइल (Vertical Structure & Temperature Profile)

ओजोन परत (Ozone Layer: 15–35 km | UV अवशोषण) मध्यसीमा (Mesopause: ~80 km, -90°C) समतापसीमा (Stratopause: ~50 km, 0°C) क्षोभसीमा (Tropopause: 8–18 km, -50°C से -80°C) 4. तापमंडल / आयनमंडल (Thermosphere: >80 km) • रेडियो तरंग परावर्तन एवं ऑरोरा 3. मध्यमंडल (Mesosphere) (50 से 80 km | सबसे ठंडी परत) • उल्कापिंड (Meteors) जलकर नष्ट 2. समतापमंडल (Stratosphere) (12–18 से 50 km | शांत मंडल) 1. क्षोभमंडल (Troposphere) (0 से 8–18 km | समस्त मौसम घटनाएँ) • ताप ह्रास दर (Lapse Rate): 6.5°C / km • कृषि के लिए सर्वाधिक महत्त्वपूर्ण परत ऊँचाई (km) 120 km 80 km 50 km 25 km 12–18 km 0 km -100°C -60°C -20°C 0°C +15°C +60°C+ तापमान प्रोफाइल वक्र (Temperature Profile in °C — लाल रेखा) विषममंडल (Heterosphere: >80 km) • गैसों का अनुपात असमान • अणुभार के अनुसार परतें (N₂ → O → He → H) • तापमान में तीव्र वृद्धि (सौर X-किरणें) सममंडल (Homosphere: 0 से 80 km) • स्थायी गैसों (N₂, O₂, Ar) का अनुपात समान • कुल द्रव्यमान का 99.99% भाग इसी में तापीय प्रवृत्ति (Thermal Trend): 1. क्षोभमंडल: ऊँचाई के साथ तापमान घटता है (+15°C से घटकर -60°C/-80°C तक) 2. समतापमंडल: तापमान बढ़ता है (ओजोन) (-60°C से बढ़कर समतापसीमा पर ~0°C) 3. मध्यमंडल: तापमान पुनः तेजी से घटता है (0°C से गिरकर मध्यसीमा पर -90°C तक) 4. तापमंडल: तापमान निरंतर बढ़ता है द्रव्यमान संकेंद्रण: • 5.5 km तक = 50% वायुमंडलीय भार • 32 km तक = 99% वायुमंडलीय भार
शैक्षिक व्याख्या (Academic Explanation): यह वैज्ञानिक आरेख वायुमंडल की ऊर्ध्वाधर परतों और तापमान परिवर्तन वक्र (लाल रेखा) को एक साथ प्रदर्शित करता है। ध्यान दें कि तापमान की दिशा प्रत्येक ‘सीमा’ (Pause — Tropopause, Stratopause, Mesopause) पर उलट जाती है: क्षोभमंडल में तापमान घटता है ($\downarrow$), समतापमंडल में बढ़ता है ($\uparrow$), मध्यमंडल में पुनः घटता है ($\downarrow$) और तापमंडल में पुनः बढ़ता है ($\uparrow$)।

आरेख 5.2: शुष्क वायुमंडल का गैसीय संघटन एवं कृषि-महत्त्वपूर्ण परिवर्तनशील घटक

शुष्क वायु का आयतन के अनुसार प्रतिशत संघटन (Proportional Bar & Breakdown) नाइट्रोजन (N₂) — 78.084% O₂ — 20.946% नाइट्रोजन (N₂: 78.08%) • सर्वाधिक मात्रा वाली गैस • रासायनिक रूप से निष्क्रिय • राइजोबियम व तड़ित द्वारा फसलों हेतु स्थिरीकरण ऑक्सीजन (O₂: 20.95%) • जीवनदायिनी सक्रिय गैस • फसलों, जड़ों एवं जीवों के श्वसन हेतु अनिवार्य • स्रोत: प्रकाश संश्लेषण आर्गन व CO₂ (0.97%) • आर्गन (Ar): 0.934% (अक्रिय) • CO₂: 0.036%–0.042% • प्रकाश संश्लेषण व हरितगृह प्रभाव का मुख्य आधार जलवाष्प एवं एरोसोल • जलवाष्प: 0 से 4% (आयतन) • बादल, वर्षा व ओस का स्रोत • एरोसोल: संघनन नाभिक व सौर किरण प्रकीर्णन
शैक्षिक व्याख्या (Academic Explanation): केवल दो गैसें—नाइट्रोजन ($78.084\%$) और ऑक्सीजन ($20.946\%$)—मिलकर शुष्क वायुमंडल का $99.03\%$ भाग बनाती हैं। आर्गन ($0.934\%$) को जोड़ने पर यह $99.96\%$ हो जाता है। शेष $0.04\%$ में कार्बन डाइऑक्साइड और अन्य सूक्ष्म गैसें आती हैं, किंतु यही अल्प मात्रा वाली $\text{CO}_2$, ओजोन और जलवाष्प पृथ्वी के मौसम और कृषि उत्पादन को नियंत्रित करती हैं।

आरेख 5.3: भूमध्य रेखा एवं ध्रुवों पर क्षोभमंडल (Troposphere) तथा क्षोभसीमा (Tropopause) की ऊँचाई में अंतर

उत्तरी ध्रुव (North Pole: 90°N) भूमध्य रेखा (Equator: 0°) दक्षिणी ध्रुव (South Pole: 90°S) भूमध्य रेखीय क्षोभसीमा: ऊँचाई 16–18 km (तापमान: -80°C) तीव्र सौर तापन एवं प्रबल संवहनीय धाराएँ (Strong Convection) ध्रुवीय क्षोभसीमा: 8–10 km (तापमान: -45°C से -50°C) ध्रुवीय क्षोभसीमा: 8–10 km (ठंडी एवं भारी वायु का अवतलन)
शैक्षिक व्याख्या (Academic Explanation): भूमध्य रेखा पर वर्ष भर सूर्य की किरणें सीधी पड़ती हैं, जिससे गर्म होकर वायु तेजी से $16–18\text{ km}$ की ऊँचाई तक उठती है। अधिक ऊँचाई तक जाने और $6.5^\circ\text{C/km}$ की दर से ठंडा होने के कारण भूमध्य रेखा के ऊपर ट्रोपोपॉज का तापमान ध्रुवों ($-45^\circ\text{C}$) की तुलना में बहुत कम ($-80^\circ\text{C}$) हो जाता है।
SECTION 06

विजुअल माइंड मैप (Compulsory Visual Mind Map)

माइंड मैप 6.1: पृथ्वी का वायुमंडल — संघटन, विस्तार एवं ऊर्ध्वाधर संरचना

पृथ्वी का वायुमंडल (Earth’s Atmosphere) AGMET 311 • Lecture 02 1. विस्तार एवं द्रव्यमान • ग्रीक: Atmos (वाष्प) + Sphaira • कुल भार: 5.15 × 10¹⁸ kg • 50% द्रव्यमान: 5.5–6 km तक • 99% द्रव्यमान: 30–32 km तक 2. वायुमंडलीय संघटन • स्थायी: N₂ (78.08%), O₂ (20.95%) • आर्गन (0.93%), CO₂ (0.036-0.04%) • जलवाष्प: 0–4% (90% भाग <6 km) • एरोसोल: संघनन नाभिक व प्रकीर्णन 3. क्षोभमंडल (Troposphere) • ऊँचाई: ध्रुव 8–10 km, विषुवत 16–18 km • ताप ह्रास दर (ELR): 6.5°C / km • समस्त मौसम एवं कृषि घटनाएँ • ऊपरी सीमा: क्षोभसीमा (Tropopause) 4. समतापमंडल (Stratosphere) • ऊँचाई: 12–18 km से 50 km तक • ओजोन परत (15–35 km): UV अवशोषण • ऊँचाई के साथ तापमान में वृद्धि (0°C तक) • शांत मंडल (जेट विमान उड़ान हेतु आदर्श) 5. मध्यमंडल एवं तापमंडल • मध्यमंडल (50–80 km): सबसे ठंडी परत • Mesopause तापमान: -90°C से -100°C • तापमंडल (>80 km): अत्यधिक गर्म • आयनमंडल: रेडियो तरंग परावर्तन 6. रासायनिक स्तरण एवं कृषि • सममंडल (0–80 km): समान गैसीय अनुपात • विषममंडल (>80 km): अणुभार अनुसार परतें • मृदा वायु में CO₂: 0.25–0.30% (8-10x) • हरितगृह प्रभाव: औसत ताप +15°C
माइंड मैप सारांश: यह माइंड मैप वायुमंडल के द्रव्यमान वितरण, गैसीय संघटन, चारों तापीय परतों (Troposphere, Stratosphere, Mesosphere, Thermosphere) और रासायनिक वर्गीकरण (Homosphere व Heterosphere) के मुख्य परीक्षा बिंदुओं को एक ही दृष्टि में प्रस्तुत करता है।
SECTION 07

प्रवाह चार्ट एवं इन्फोग्राफिक्स (Flowcharts and Infographics)

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:

परत 01 (0 से 8–18 km)

क्षोभमंडल → क्षोभसीमा

तापमान $6.5^\circ\text{C/km}$ की दर से घटता है। 75–80% द्रव्यमान एवं समस्त बादल, वर्षा व कृषि-मौसम घटनाएँ यहीं होती हैं। ऊपरी सीमा: Tropopause।

परत 02 (18 से 50 km)

समतापमंडल → समतापसीमा

ओजोन परत ($15–35\text{ km}$) द्वारा UV किरणों के अवशोषण से तापमान बढ़कर $0^\circ\text{C}$ तक पहुँचता है। ऊपरी सीमा: Stratopause।

परत 03 (50 से 80 km)

मध्यमंडल → मध्यसीमा

तापमान पुनः तेजी से गिरकर $-90^\circ\text{C}$ से $-100^\circ\text{C}$ (सबसे ठंडी परत) हो जाता है। उल्कापिंड यहीं जलते हैं। ऊपरी सीमा: Mesopause।

परत 04 (> 80 km)

तापमंडल / आयनमंडल → बहिर्मंडल

आयनित परतें ($D, E, F$) रेडियो तरंगें परावर्तित करती हैं। $400–500\text{ km}$ के ऊपर Exosphere अंतरिक्ष में मिल जाता है।

SECTION 08

तुलनात्मक सारणियाँ (Scientific Comparison Tables)

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

क्र.सं. तुलना का आधार (Basis) क्षोभमंडल (Troposphere) समतापमंडल (Stratosphere)
1. स्थिति एवं ऊँचाई (Altitude) यह सबसे निचली परत है जो भूसतह से $8–10\text{ km}$ (ध्रुव) तथा $16–18\text{ km}$ (भूमध्य रेखा) तक फैली है। यह दूसरी परत है जो क्षोभसीमा (Tropopause) से ऊपर $50\text{ km}$ की ऊँचाई तक फैली है।
2. तापमान की प्रवृत्ति (Temperature Trend) ऊँचाई बढ़ने के साथ तापमान $6.5^\circ\text{C/km}$ की सामान्य ह्रास दर (Lapse Rate) से घटता है। प्रारंभ में तापमान स्थिर रहता है, फिर ओजोन द्वारा UV अवशोषण से बढ़कर $0^\circ\text{C}$ तक हो जाता है (तापीय व्युत्क्रमण)।
3. जलवाष्प एवं मेघ (Water Vapour & Clouds) इसमें वायुमंडल की लगभग $99\%$ जलवाष्प और धूलकण पाए जाते हैं तथा सभी प्रकार के वर्षा-मेघ यहीं बनते हैं। इसमें जलवाष्प और धूलकण लगभग नगण्य होते हैं तथा सामान्य वर्षा वाले बादल नहीं बनते।
4. वायु की गति (Air Movement) इसमें तीव्र ऊर्ध्वाधर संवहनीय धाराएँ (Vertical Convection) और भँवर मिश्रण (Turbulence) पाया जाता है। इसमें ऊर्ध्वाधर संवहन नहीं होता; वायु का प्रवाह मुख्यतः क्षैतिज एवं शांत होता है।
5. ओजोन की भूमिका (Role of Ozone) यहाँ ओजोन अत्यंत अल्प मात्रा में होती है और यदि बढ़े तो फसलों के लिए प्रदूषक (Pollutant) का कार्य करती है। यहाँ $15–35\text{ km}$ के बीच सघन ‘ओजोन परत’ पाई जाती है जो पृथ्वी की जीवन-रक्षक छतरी (Protective Shield) है।
6. ऊपरी सीमा (Upper Boundary) इसकी ऊपरी सीमा को क्षोभसीमा (Tropopause) कहते हैं। इसकी ऊपरी सीमा को समतापसीमा (Stratopause) कहते हैं।

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

क्र.सं. तुलना का आधार (Basis) सममंडल (Homosphere) विषममंडल (Heterosphere)
1. ऊँचाई विस्तार (Extent) पृथ्वी की सतह से लेकर $80–90\text{ km}$ की ऊँचाई तक। $80–90\text{ km}$ की ऊँचाई से लेकर वायुमंडल की बाहरी सीमा तक।
2. सम्मिलित तापीय परतें (Included Layers) क्षोभमंडल, समतापमंडल एवं मध्यमंडल। तापमंडल (आयनमंडल) एवं बहिर्मंडल।
3. गैसीय संघटन (Gaseous Composition) निरंतर मिश्रण के कारण प्रमुख गैसों ($\text{N}_2, \text{O}_2, \text{Ar}$) का आयतन अनुपात सर्वत्र एक समान रहता है। मिश्रण के अभाव में गैसें अपने अणुभार के अनुसार अलग-अलग परतों ($\text{N}_2, \text{O}, \text{He}, \text{H}$) में बँट जाती हैं।
4. वायुमंडलीय द्रव्यमान (Mass Share) इसमें कुल वायुमंडलीय द्रव्यमान का $99.99\%$ से अधिक भाग समाहित है। इसमें कुल वायुमंडलीय द्रव्यमान का $0.01\%$ से भी कम भाग पाया जाता है।

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

क्र.सं. गैस घटक (Gas Component) वायुमंडलीय वायु (Atmospheric Air — % by Volume) मृदा वायु (Soil Air — % by Volume) कृषि-वैज्ञानिक कारण (Scientific Reason)
1. नाइट्रोजन ($\text{N}_2$) $78.08\%$ $\approx 78.5\% – 79.2\%$ दोनों में लगभग समान।
2. ऑक्सीजन ($\text{O}_2$) $20.95\%$ $\approx 20.0\% – 20.6\%$ (जलभराव में बहुत कम) जड़ों व मृदा सूक्ष्मजीवों द्वारा $\text{O}_2$ के निरंतर उपभोग के कारण मृदा में थोड़ा कम।
3. कार्बन डाइऑक्साइड ($\text{CO}_2$) $0.036\% – 0.042\%$ $0.25\% – 0.30\%$ (8 से 10 गुना अधिक) जड़ों के श्वसन और कार्बनिक पदार्थों के सूक्ष्मजीवी विघटन से मृदा में $\text{CO}_2$ अधिक बनती है।
4. सापेक्ष आर्द्रता (Relative Humidity) अत्यधिक परिवर्तनशील ($10\%–100\%$) प्रायः $98\%–100\%$ के निकट संतृप्त अत्यधिक शुष्क ऊपरी परत को छोड़कर मृदा रंध्रों की वायु जलवाष्प से लगभग संतृप्त रहती है।
SECTION 09

व्यावहारिक कृषि अनुप्रयोग एवं भारतीय/राजस्थान के उदाहरण (Practical Applications)

  • 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।
SECTION 10

प्रमुख परिभाषाएँ एवं सूत्र (Important Definitions & Formulas)

शब्दावली / सूत्र (Term / Formula) वैज्ञानिक परिभाषा / मानक समीकरण (Scientific Definition / Standard Equation)
सामान्य ताप ह्रास दर (Normal Lapse Rate — ELR) क्षोभमंडल में ऊँचाई बढ़ने के साथ तापमान घटने की औसत दर: $$\Gamma = -\frac{dT}{dz} = 6.5^\circ\text{C km}^{-1} \text{ (या } 1^\circ\text{C प्रति } 165\text{ m)}$$
ऊँचाई पर तापमान गणना सूत्र (Temperature at Altitude $h$) $$T_h = T_0 – (\Gamma \times h)$$ जहाँ $T_0$ = भूसतह का तापमान ($^\circ\text{C}$), $\Gamma = 6.5^\circ\text{C km}^{-1}$, तथा $h$ = ऊँचाई ($\text{km}$ में)।
उदाहरण: यदि भूसतह पर तापमान $30^\circ\text{C}$ है, तो $2\text{ km}$ ऊँचाई पर तापमान $= 30 – (6.5 \times 2) = 17^\circ\text{C}$ होगा।
आर्द्रताग्राही नाभिक (Hygroscopic Nuclei) वायुमंडल में निलंबित वे सूक्ष्म कण (जैसे समुद्री नमक $\text{NaCl}$, सल्फेट व धूलकण) जो जल के प्रति उच्च आकर्षण रखते हैं और जिन पर जलवाष्प संघनित होकर बादल की सूक्ष्म बूंदों का निर्माण करती है।
डॉब्सन इकाई (Dobson Unit — DU) वायुमंडलीय स्तंभ में कुल ओजोन ($\text{O}_3$) की मात्रा मापने की मानक इकाई। $1\text{ DU}$ मानक ताप व दाब ($0^\circ\text{C}, 1\text{ atm}$) पर $0.01\text{ mm}$ मोटी शुद्ध ओजोन परत के बराबर होता है। पृथ्वी की औसत ओजोन मोटाई लगभग $300\text{ DU}$ ($3\text{ mm}$) है।
कार्मन रेखा (Kármán Line) समुद्र तल से $100\text{ km}$ की ऊँचाई पर स्थित वह काल्पनिक सीमा जिसे पृथ्वी के वायुमंडल और बाह्य अंतरिक्ष (Outer Space) के बीच की सीमा माना जाता है।
SECTION 11

त्वरित पुनरावलोकन (Quick Revision Points)

शुष्क वायु का संघटन (आयतन द्वारा):
  • नाइट्रोजन ($\text{N}_2$): $78.084\%$ (भार से $75.52\%$)।
  • ऑक्सीजन ($\text{O}_2$): $20.946\%$ (भार से $23.14\%$)।
  • आर्गन ($\text{Ar}$): $0.934\%$ (तीसरी सबसे बड़ी गैस)।
  • कार्बन डाइऑक्साइड ($\text{CO}_2$): $0.036\%–0.042\%$ (मृदा वायु में $0.25\%–0.30\%$)।
द्रव्यमान एवं जलवाष्प वितरण:
  • 50% वायुमंडलीय द्रव्यमान: नीचे के $5.5–6\text{ km}$ में।
  • 99% वायुमंडलीय द्रव्यमान: नीचे के $30–32\text{ km}$ में।
  • जलवाष्प का आयतन: $0\%$ से $4\%$ तक परिवर्तनशील।
  • 90% जलवाष्प: सतह से $5–6\text{ km}$ ऊँचाई के भीतर।
क्षोभमंडल एवं समतापमंडल तथ्य:
  • क्षोभमंडल ऊँचाई: ध्रुवों पर $8–10\text{ km}$, भूमध्य रेखा पर $16–18\text{ km}$।
  • Normal Lapse Rate: $6.5^\circ\text{C/km}$ ($1^\circ\text{C}$ प्रति $165\text{ m}$)।
  • समतापमंडल ($18–50\text{ km}$): ओजोन परत ($15–35\text{ km}$) व जेट उड़ान।
  • सर्वाधिक ओजोन सघनता: $20–25\text{ km}$ ऊँचाई पर।
मध्यमंडल, तापमंडल एवं सम/विषममंडल:
  • सबसे ठंडी परत: मध्यमंडल (Mesopause पर $-90^\circ\text{C}$ से $-100^\circ\text{C}$)।
  • उल्कापिंड जलने वाली परत: मध्यमंडल ($50–80\text{ km}$)।
  • रेडियो तरंग परावर्तन: आयनमंडल ($80–400\text{ km}$)।
  • सममंडल (Homosphere): $0–80\text{ km}$; विषममंडल: $>80\text{ km}$।
SECTION 12A

बहुविकल्पीय प्रश्न (Multiple Choice Questions — 20 MCQs)

प्रश्न 1. शुष्क वायुमंडल में आयतन के अनुसार तीसरी सबसे अधिक मात्रा में पाई जाने वाली गैस कौन-सी है?
(A) कार्बन डाइऑक्साइड ($\text{CO}_2$)
(B) आर्गन ($\text{Ar}$)
(C) हाइड्रोजन ($\text{H}_2$)
(D) ओजोन ($\text{O}_3$)
उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें (Show Answer)
सही उत्तर: (B) आर्गन ($\text{Ar}$)
व्याख्या: शुष्क वायु में प्रथम स्थान पर नाइट्रोजन ($78.084\%$), द्वितीय स्थान पर ऑक्सीजन ($20.946\%$), तृतीय स्थान पर आर्गन ($0.934\%$) तथा चतुर्थ स्थान पर कार्बन डाइऑक्साइड ($\approx 0.04\%$) आती है। विद्यार्थी अक्सर गलती से $\text{CO}_2$ को तीसरी सबसे बड़ी गैस मान लेते हैं।
प्रश्न 2. पृथ्वी के संपूर्ण वायुमंडलीय द्रव्यमान (Total Atmospheric Mass) का लगभग 99% भाग सतह से कितनी ऊँचाई तक सीमित है?
(A) 5.5 km
(B) 16 km
(C) 30–32 km
(D) 80 km
उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें (Show Answer)
सही उत्तर: (C) 30–32 km
व्याख्या: गुरुत्वाकर्षण के कारण वायुमंडल का $50\%$ द्रव्यमान $5.5–6\text{ km}$ तक, $90\%$ द्रव्यमान $16\text{ km}$ तक और $99\%$ द्रव्यमान $30–32\text{ km}$ की ऊँचाई तक पाया जाता है।
प्रश्न 3. सभी मौसमी घटनाएँ (बादल, वर्षा, कोहरा, पाला, चक्रवात) एवं कृषि संबंधी प्रक्रियाएँ वायुमंडल की किस परत में घटित होती हैं?
(A) समतापमंडल (Stratosphere)
(B) क्षोभमंडल (Troposphere)
(C) मध्यमंडल (Mesosphere)
(D) तापमंडल (Thermosphere)
उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें (Show Answer)
सही उत्तर: (B) क्षोभमंडल (Troposphere)
व्याख्या: क्षोभमंडल में लगभग $99\%$ जलवाष्प और प्रबल संवहनीय धाराएँ पाई जाती हैं, इसलिए समस्त मौसमी घटनाएँ इसी परत में होती हैं।
प्रश्न 4. क्षोभमंडल (Troposphere) में ऊँचाई बढ़ने के साथ तापमान घटने की सामान्य ताप ह्रास दर (Normal Lapse Rate) क्या है?
(A) 3.5°C प्रति किलोमीटर
(B) 6.5°C प्रति किलोमीटर
(C) 9.8°C प्रति किलोमीटर
(D) 12.0°C प्रति किलोमीटर
उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें (Show Answer)
सही उत्तर: (B) 6.5°C प्रति किलोमीटर
व्याख्या: क्षोभमंडल में सामान्य ताप ह्रास दर (Normal / Environmental Lapse Rate) $6.5^\circ\text{C/km}$ (अथवा $1^\circ\text{C}$ प्रति $165\text{ मीटर}$) होती है। ($9.8^\circ\text{C/km}$ शुष्क रुद्धोष्म ताप ह्रास दर — DALR होती है)।
प्रश्न 5. ध्रुवों (Poles) और भूमध्य रेखा (Equator) पर क्षोभमंडल की औसत ऊँचाई क्रमशः कितनी होती है?
(A) ध्रुवों पर 16–18 km तथा भूमध्य रेखा पर 8–10 km
(B) ध्रुवों पर 8–10 km तथा भूमध्य रेखा पर 16–18 km
(C) दोनों स्थानों पर समान रूप से 12 km
(D) ध्रुवों पर 25 km तथा भूमध्य रेखा पर 50 km
उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें (Show Answer)
सही उत्तर: (B) ध्रुवों पर 8–10 km तथा भूमध्य रेखा पर 16–18 km
व्याख्या: भूमध्य रेखा पर तीव्र संवहनीय धाराओं के कारण क्षोभमंडल $16–18\text{ km}$ तक ऊँचा होता है, जबकि ठंडे ध्रुवों पर यह $8–10\text{ km}$ तक ही सीमित रहता है।
प्रश्न 6. सूर्य की हानिकारक पराबैंगनी किरणों (UV Rays) को अवशोषित करने वाली ओजोन परत मुख्यतः किस मंडल में पाई जाती है?
(A) क्षोभमंडल (Troposphere)
(B) समतापमंडल (Stratosphere)
(C) मध्यमंडल (Mesosphere)
(D) बहिर्मंडल (Exosphere)
उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें (Show Answer)
सही उत्तर: (B) समतापमंडल (Stratosphere)
व्याख्या: ओजोन परत समतापमंडल के निचले व मध्य भाग ($15\text{ से } 35\text{ km}$, सर्वाधिक सघनता $20–25\text{ km}$) में पाई जाती है।
प्रश्न 7. पृथ्वी के वायुमंडल की सबसे ठंडी परत (Coldest Layer) कौन-सी है जहाँ तापमान -90°C से -100°C तक गिर जाता है?
(A) क्षोभमंडल (Troposphere)
(B) समतापमंडल (Stratosphere)
(C) मध्यमंडल (Mesosphere)
(D) तापमंडल (Thermosphere)
उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें (Show Answer)
सही उत्तर: (C) मध्यमंडल (Mesosphere)
व्याख्या: मध्यमंडल ($50–80\text{ km}$) की ऊपरी सीमा (Mesopause) पर तापमान लगभग $-90^\circ\text{C}$ से $-100^\circ\text{C}$ तक गिर जाता है, जो वायुमंडल का न्यूनतम तापमान है।
प्रश्न 8. वायुमंडल में जलवाष्प (Water Vapour) की मात्रा आयतन के अनुसार अधिकतम कितने प्रतिशत तक हो सकती है?
(A) 0 से 0.04%
(B) 0 से 4%
(C) 10 से 20%
(D) 25 से 30%
उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें (Show Answer)
सही उत्तर: (B) 0 से 4%
व्याख्या: आर्द्र वायु में जलवाष्प की मात्रा आयतन के अनुसार $0\%$ (अति शुष्क/ध्रुवीय) से लेकर अधिकतम $4\%$ (उष्णकटिबंधीय आर्द्र क्षेत्र) तक होती है।
प्रश्न 9. मृदा वायु (Soil Air) में कार्बन डाइऑक्साइड ($\text{CO}_2$) की सांद्रता खुले वायुमंडल की तुलना में लगभग कितनी होती है?
(A) वायुमंडल के बराबर (0.03%)
(B) वायुमंडल से आधी (0.015%)
(C) वायुमंडल से 8–10 गुना अधिक (0.25% – 0.30%)
(D) 50% से अधिक
उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें (Show Answer)
सही उत्तर: (C) वायुमंडल से 8–10 गुना अधिक (0.25% – 0.30%)
व्याख्या: जड़ों के श्वसन और सूक्ष्मजीवों द्वारा कार्बनिक पदार्थों के अपघटन के कारण मृदा रंध्रों की वायु में $\text{CO}_2$ की सांद्रता $0.25\%–0.30\%$ तक रहती है।
प्रश्न 10. समतापमंडल (Stratosphere) में ऊँचाई बढ़ने के साथ तापमान बढ़ने का मुख्य वैज्ञानिक कारण क्या है?
(A) पृथ्वी की सतह से चालन
(B) ओजोन गैस द्वारा सौर पराबैंगनी (UV) विकिरण का अवशोषण
(C) जलवाष्प के संघनन की गुप्त ऊष्मा
(D) उल्कापिंडों का घर्षण
उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें (Show Answer)
सही उत्तर: (B) ओजोन गैस द्वारा सौर पराबैंगनी (UV) विकिरण का अवशोषण
व्याख्या: समतापमंडल में ओजोन ($\text{O}_3$) सूर्य की UV किरणों को अवशोषित कर उसे ऊष्मा में बदल देती है, जिससे तापमान $-60^\circ\text{C}$ से बढ़कर समतापसीमा पर $0^\circ\text{C}$ तक पहुँच जाता है।
प्रश्न 11. पृथ्वी से प्रसारित रेडियो तरंगों (Radio Waves) को वापस पृथ्वी पर परावर्तित करने वाली परत कौन-सी है?
(A) क्षोभमंडल (Troposphere)
(B) समतापमंडल (Stratosphere)
(C) आयनमंडल / तापमंडल (Ionosphere / Thermosphere)
(D) क्षोभसीमा (Tropopause)
उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें (Show Answer)
सही उत्तर: (C) आयनमंडल / तापमंडल (Ionosphere / Thermosphere)
व्याख्या: $80\text{ से } 400\text{ km}$ के बीच स्थित आयनमंडल की आयनित परतें ($D, E, F$) रेडियो तरंगों को परावर्तित कर बेतार संचार संभव बनाती हैं।
प्रश्न 12. भूसतह से 80 km की ऊँचाई तक का वह क्षेत्र जहाँ स्थायी गैसों ($\text{N}_2, \text{O}_2, \text{Ar}$) का अनुपात एक समान रहता है, क्या कहलाता है?
(A) विषममंडल (Heterosphere)
(B) सममंडल (Homosphere)
(C) चुंबकमंडल (Magnetosphere)
(D) बहिर्मंडल (Exosphere)
उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें (Show Answer)
सही उत्तर: (B) सममंडल (Homosphere)
व्याख्या: सतह से $80\text{ km}$ तक क्षोभमंडल, समतापमंडल और मध्यमंडल मिलकर सममंडल (Homosphere) बनाते हैं जहाँ गैसों का अनुपात समरूप रहता है।
प्रश्न 13. यदि किसी कृषि फार्म की सतह (समुद्र तल) पर वायु का तापमान 32°C है, तो सामान्य ताप ह्रास दर ($6.5^\circ\text{C/km}$) के अनुसार 2 km की ऊँचाई पर तापमान कितना होगा?
(A) 25.5°C
(B) 19.0°C
(C) 13.0°C
(D) 45.0°C
उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें (Show Answer)
सही उत्तर: (B) 19.0°C
व्याख्या: सूत्र: $T_h = T_0 – (\Gamma \times h) = 32^\circ\text{C} – (6.5^\circ\text{C/km} \times 2\text{ km}) = 32 – 13 = 19.0^\circ\text{C}$।
प्रश्न 14. वायुमंडलीय ओजोन ($\text{O}_3$) की कुल मोटाई मापने की मानक इकाई क्या है?
(A) मिलीबार (Millibar)
(B) डॉब्सन इकाई (Dobson Unit — DU)
(C) लैंगली (Langley)
(D) लक्स (Lux)
उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें (Show Answer)
सही उत्तर: (B) डॉब्सन इकाई (Dobson Unit — DU)
व्याख्या: जी.एम.बी. डॉब्सन के नाम पर ओजोन परत की मोटाई Dobson Unit (DU) में मापी जाती है ($100\text{ DU} = 1\text{ mm}$ शुद्ध ओजोन STP पर)।
प्रश्न 15. क्षोभसीमा (Tropopause) के तापमान के संबंध में निम्नलिखित में से कौन-सा कथन वैज्ञानिक रूप से सत्य है?
(A) ध्रुवों के ऊपर ट्रोपोपॉज भूमध्य रेखा की तुलना में अधिक ठंडा होता है।
(B) भूमध्य रेखा के ऊपर ट्रोपोपॉज (-80°C) ध्रुवों (-45°C से -50°C) की तुलना में अधिक ठंडा होता है।
(C) भूमध्य रेखा और ध्रुवों दोनों पर ट्रोपोपॉज का तापमान +15°C होता है।
(D) ट्रोपोपॉज की ऊँचाई का तापमान से कोई संबंध नहीं है।
उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें (Show Answer)
सही उत्तर: (B) भूमध्य रेखा के ऊपर ट्रोपोपॉज (-80°C) ध्रुवों (-45°C से -50°C) की तुलना में अधिक ठंडा होता है।
व्याख्या: भूमध्य रेखा पर क्षोभमंडल $16–18\text{ km}$ तक ऊँचा होने के कारण तापमान अधिक ऊँचाई तक घटता रहता है, जिससे वहाँ ट्रोपोपॉज का तापमान $-80^\circ\text{C}$ तक गिर जाता है।
प्रश्न 16. समतापमंडल और मध्यमंडल को अलग करने वाली संक्रमण सीमा को क्या कहते हैं?
(A) क्षोभसीमा (Tropopause)
(B) समतापसीमा (Stratopause)
(C) मध्यसीमा (Mesopause)
(D) आयनसीमा (Ionopause)
उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें (Show Answer)
सही उत्तर: (B) समतापसीमा (Stratopause)
व्याख्या: लगभग $50\text{ km}$ की ऊँचाई पर समतापमंडल के शीर्ष पर स्थित सीमा समतापसीमा (Stratopause) कहलाती है, जो इसे मध्यमंडल से अलग करती है।
प्रश्न 17. अंतरिक्ष से आने वाले उल्कापिंड (Meteors) वायुमंडल की किस परत में प्रवेश करने पर घर्षण के कारण जलकर नष्ट हो जाते हैं?
(A) क्षोभमंडल (Troposphere)
(B) समतापमंडल (Stratosphere)
(C) मध्यमंडल (Mesosphere)
(D) बहिर्मंडल (Exosphere)
उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें (Show Answer)
सही उत्तर: (C) मध्यमंडल (Mesosphere)
व्याख्या: मध्यमंडल ($50–80\text{ km}$) में पर्याप्त वायु कण मिलने से उल्कापिंड घर्षण द्वारा जल उठते हैं और पृथ्वी की सतह को टकराने से बचाते हैं।
प्रश्न 18. वायुमंडल में जलवाष्प के संघनन (Condensation) से बादल की बूंदें बनने के लिए एरोसोल व नमक के कण किस रूप में कार्य करते हैं?
(A) आर्द्रताग्राही नाभिक (Hygroscopic / Condensation Nuclei)
(B) हरितगृह अणु (Greenhouse Molecules)
(C) ओजोन अपघटक (Ozone Depleters)
(D) पराबैंगनी अवशोषक (UV Absorbers)
उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें (Show Answer)
सही उत्तर: (A) आर्द्रताग्राही नाभिक (Hygroscopic / Condensation Nuclei)
व्याख्या: बिना आर्द्रताग्राही नाभिकों (धूल, समुद्री नमक, धुएँ के कण) के वायुमंडल में सामान्य संतृप्ति पर जलवाष्प का बूंदों में संघनन नहीं हो सकता।
प्रश्न 19. बहिर्मंडल (Exosphere) में मुख्य रूप से कौन-सी सबसे हल्की गैसें पाई जाती हैं?
(A) नाइट्रोजन एवं ऑक्सीजन
(B) कार्बन डाइऑक्साइड एवं आर्गन
(C) हाइड्रोजन एवं हीलियम ($\text{H}_2$ & $\text{He}$)
(D) ओजोन एवं मीथेन
उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें (Show Answer)
सही उत्तर: (C) हाइड्रोजन एवं हीलियम ($\text{H}_2$ & $\text{He}$)
व्याख्या: सबसे कम अणुभार होने के कारण हाइड्रोजन और हीलियम गैसें वायुमंडल की सबसे बाहरी परत (Exosphere) में पाई जाती हैं।
प्रश्न 20. यदि पृथ्वी पर वायुमंडल (और उसका प्राकृतिक हरितगृह प्रभाव) न होता, तो पृथ्वी की सतह के तापमान पर क्या प्रभाव पड़ता?
(A) तापमान हमेशा +15°C पर स्थिर रहता।
(B) दिन अत्यंत गर्म (+100°C से अधिक) और रातें अत्यंत बर्फीली (-150°C से नीचे) हो जातीं तथा औसत तापमान लगभग -18°C हो जाता।
(C) केवल वर्षा बढ़ जाती, तापमान समान रहता।
(D) दिन में ठंड और रात में गर्मी होती।
उत्तर एवं वैज्ञानिक व्याख्या देखें (Show Answer)
सही उत्तर: (B) दिन अत्यंत गर्म (+100°C से अधिक) और रातें अत्यंत बर्फीली (-150°C से नीचे) हो जातीं तथा औसत तापमान लगभग -18°C हो जाता।
व्याख्या: जलवाष्प और $\text{CO}_2$ के प्राकृतिक हरितगृह प्रभाव के कारण पृथ्वी का औसत तापमान $-18^\circ\text{C}$ के बजाय $+15^\circ\text{C}$ ($33^\circ\text{C}$ अधिक गर्म) बना रहता है।
SECTION 12B

रिक्त स्थानों की पूर्ति कीजिए (Fill in the Blanks — 10 Questions)

  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।
रिक्त स्थानों की उत्तर कुंजी देखें (Show Fill in the Blanks Answer Key)
उत्तर कुंजी:
1. 78.084% तथा 20.946% | 2. 5.5 से 6 km | 3. 6.5°C | 4. क्षोभसीमा (Tropopause) | 5. 20 से 25 km (कुल विस्तार 15–35 km) | 6. मध्यमंडल (Mesosphere) | 7. 1.225 $\text{kg m}^{-3}$ | 8. विषममंडल | 9. समतापमंडल (Stratosphere) | 10. कार्मन (Kármán Line)
SECTION 12C & 12D

अति लघु एवं लघु उत्तरीय प्रश्न (Very Short & Short Answer Questions)

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

1. वायुमंडल (Atmosphere) को परिभाषित कीजिए।

उत्तर: पृथ्वी के चारों ओर गुरुत्वाकर्षण बल द्वारा बँधा हुआ गैसों, जलवाष्प और सूक्ष्म कणों का वह रंगहीन, गंधहीन एवं गतिशील भौतिक आवरण जो पृथ्वी के साथ घूमता है, वायुमंडल कहलाता है।

2. शुष्क वायु की चार प्रमुख गैसों के नाम और उनका आयतन प्रतिशत लिखिए।

उत्तर: 1. नाइट्रोजन ($\text{N}_2$: $78.084\%$), 2. ऑक्सीजन ($\text{O}_2$: $20.946\%$), 3. आर्गन ($\text{Ar}$: $0.934\%$), तथा 4. कार्बन डाइऑक्साइड ($\text{CO}_2$: $0.036\%–0.042\%$)।

3. सामान्य ताप ह्रास दर (Normal Lapse Rate) क्या है?

उत्तर: क्षोभमंडल में भूसतह से ऊपर जाने पर प्रति किलोमीटर की ऊँचाई पर तापमान में $6.5^\circ\text{C}$ (या प्रति $165\text{ m}$ पर $1^\circ\text{C}$) की दर से होने वाली गिरावट को सामान्य ताप ह्रास दर कहते हैं।

4. क्षोभसीमा (Tropopause) किसे कहते हैं?

उत्तर: क्षोभमंडल के ऊपरी सिरे पर स्थित वह संकरी संक्रमण परत जहाँ ऊँचाई के साथ तापमान का गिरना बंद हो जाता है और जो क्षोभमंडल को समतापमंडल से अलग करती है, क्षोभसीमा कहलाती है।

5. एरोसोल (Aerosols) क्या हैं?

उत्तर: वायुमंडल में निलंबित सूक्ष्म ठोस एवं द्रव कणों (जैसे धूल, राख, धुआँ, समुद्री नमक, परागकण) को सामूहिक रूप से एरोसोल कहते हैं।

6. ओजोन परत (Ozone Layer) का कृषि और जीव-जगत के लिए क्या महत्त्व है?

उत्तर: समतापमंडल में स्थित ओजोन परत सूर्य से आने वाली घातक पराबैंगनी किरणों (UV-B एवं UV-C) को अवशोषित कर फसलों के ऊतकों, क्लोरोफिल, DNA और मानव जीवन की रक्षा करती है।

7. भूमध्य रेखा पर क्षोभमंडल की ऊँचाई ध्रुवों की तुलना में अधिक क्यों होती है?

उत्तर: भूमध्य रेखा पर वर्ष भर उच्च सौर तापन के कारण हवा गर्म और हल्की होकर प्रबल संवहनीय धाराओं (Strong Convection Currents) के रूप में $16–18\text{ km}$ तक ऊपर उठती है, जबकि ध्रुवों पर ठंडी हवा नीचे बैठती है।

8. आयनमंडल (Ionosphere) का मुख्य उपयोग क्या है?

उत्तर: आयनमंडल ($80–400\text{ km}$) में उपस्थित विद्युत आवेशित आयन परतें पृथ्वी से प्रेषित रेडियो तरंगों को परावर्तित कर दूरसंचार एवं प्रसारण को संभव बनाती हैं।

9. वायुमंडल की तीन प्रमुख परिवर्तनशील हरितगृह गैसों (Variable Greenhouse Gases) के नाम लिखिए।

उत्तर: 1. जलवाष्प ($\text{H}_2\text{O}$), 2. कार्बन डाइऑक्साइड ($\text{CO}_2$), तथा 3. मीथेन ($\text{CH}_4$) एवं नाइट्रस ऑक्साइड ($\text{N}_2\text{O}$)।

10. ‘Troposphere’ और ‘Stratosphere’ शब्दों का नामकरण किस वैज्ञानिक ने किया था?

उत्तर: फ्रांसीसी मौसम वैज्ञानिक लियोन टीसरेंस डी बोर (Léon Teisserenc de Bort) ने वर्ष 1902 में इन दोनों परतों का नामकरण किया था।

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

प्रश्न 1. वायुमंडल में जलवाष्प (Water Vapour) की भूमिका एवं कृषि महत्त्व का वर्णन कीजिए।
आदर्श उत्तर देखें (Show Model Answer)
जलवाष्प वायुमंडल का सबसे परिवर्तनशील घटक है जो आयतन के अनुसार $0\%$ से $4\%$ तक होता है। इसका कृषि एवं मौसम में निम्नलिखित महत्त्व है:
1. यह संघनन (ओस, कोहरा, पाला, बादल) और वर्षण (वर्षा, हिमपात, ओला) का एकमात्र स्रोत है।
2. यह पार्थिव विकिरण को अवशोषित कर पृथ्वी के तापमान को संतुलित रखने वाली सबसे प्रमुख प्राकृतिक हरितगृह गैस है।
3. वाष्पन और संघनन के दौरान गुप्त ऊष्मा (Latent Heat — $\approx 540–600\text{ cal g}^{-1}$) के आदान-प्रदान द्वारा यह वायुमंडलीय ऊर्जा चक्र को चलाती है।
4. वायुमंडलीय सापेक्ष आर्द्रता फसलों की वाष्पोत्सर्जन दर (Transpiration) और कीट-रोगों के प्रकोप को नियंत्रित करती है।
प्रश्न 2. वायुमंडल में एरोसोल एवं धूलकणों (Dust Particles) के स्रोत और मौसम विज्ञान में उनके महत्व को स्पष्ट कीजिए।
आदर्श उत्तर देखें (Show Model Answer)
मरुस्थलीय आंधियों, ज्वालामुखी विस्फोट, वनाग्नि, समुद्री लहरों के झाग (नमक कण), परागकण और मानवीय प्रदूषण से सूक्ष्म कण वायुमंडल में पहुँचते हैं। इनका महत्व:
1. आर्द्रताग्राही नाभिक (Hygroscopic Nuclei): जलवाष्प इन्हीं कणों के चारों ओर संघनित होकर बादल और वर्षा की बूंदें बनाती है।
2. विकिरण प्रकीर्णन एवं अवशोषण: ये सौर विकिरण का प्रकीर्णन (Scattering) करते हैं जिससे विसरित प्रकाश (Diffuse Light) फसल वितान की निचली पत्तियों तक पहुँचता है तथा सूर्योदय/सूर्यास्त के समय आकाश लाल-नारंगी दिखाई देता है।
प्रश्न 3. क्षोभमंडल (Troposphere) को कृषि मौसम विज्ञान के लिए सबसे महत्त्वपूर्ण परत क्यों माना जाता है?
आदर्श उत्तर देखें (Show Model Answer)
1. संपूर्ण जैवमंडल और कृषि फसलें इसी परत के सबसे निचले भाग में उगती हैं।
2. इसमें वायुमंडल का $75–80\%$ गैसीय द्रव्यमान ($\text{CO}_2, \text{O}_2, \text{N}_2$) और $99\%$ जलवाष्प स्थित है।
3. मानसून, वर्षा, बादल, ओस, पाला, कोहरा, लू और पवन परिसंचरण जैसी समस्त मौसमी घटनाएँ इसी परत में घटित होती हैं जो सीधे तौर पर फसल उत्पादन को निर्धारित करती हैं।
प्रश्न 4. समतापमंडल (Stratosphere) की प्रमुख विशेषताओं का उल्लेख कीजिए।
आदर्श उत्तर देखें (Show Model Answer)
1. यह क्षोभसीमा ($8–18\text{ km}$) से ऊपर $50\text{ km}$ की ऊँचाई तक विस्तृत है।
2. इसमें $15–35\text{ km}$ के मध्य जीवन-रक्षक ‘ओजोन परत’ ($\text{O}_3$) पाई जाती है।
3. ओजोन द्वारा सौर UV किरणों के अवशोषण के कारण इसमें ऊँचाई बढ़ने के साथ तापमान बढ़ता है (तापीय व्युत्क्रमण) और समतापसीमा पर $0^\circ\text{C}$ तक पहुँच जाता है।
4. संवहनीय धाराओं, जलवाष्प और मेघों के अभाव के कारण यह परत अत्यंत शांत रहती है और जेट विमानों के संचालन के लिए उत्तम है।
प्रश्न 5. फसल उत्पादन में कार्बन डाइऑक्साइड ($\text{CO}_2$) और नाइट्रोजन ($\text{N}_2$) की भूमिका स्पष्ट कीजिए।
आदर्श उत्तर देखें (Show Model Answer)
• कार्बन डाइऑक्साइड ($\text{CO}_2$): हरे पौधे प्रकाश संश्लेषण द्वारा $\text{CO}_2$ का स्थिरीकरण कर शर्करा व स्टार्च बनाते हैं। साथ ही यह हरितगृह प्रभाव द्वारा रात्रि में फसलों को अत्यधिक ठंड से बचाती है।
• नाइट्रोजन ($\text{N}_2$): यह दहन को नियंत्रित करती है और जैविक नाइट्रोजन स्थिरीकरण (Rhizobium, Azotobacter) तथा रासायनिक उर्वरकों (यूरिया, DAP) के कच्चे माल के रूप में पौधों में अमीनो अम्ल, प्रोटीन और पर्णहरित (Chlorophyll) का निर्माण करती है।
प्रश्न 6. मध्यमंडल (Mesosphere) और तापमंडल (Thermosphere) पर संक्षिप्त टिप्पणी लिखिए।
आदर्श उत्तर देखें (Show Model Answer)
• मध्यमंडल ($50–80\text{ km}$): समतापसीमा के ऊपर स्थित इस परत में तापमान पुनः घटता है और $80\text{ km}$ (Mesopause) पर $-90^\circ\text{C}$ से $-100^\circ\text{C}$ तक गिर जाता है। यह सबसे ठंडी परत है और उल्कापिंडों को जलाकर नष्ट करती है।
• तापमंडल ($80–500\text{ km}$): इसमें सौर X-rays व UV विकिरण के अवशोषण से तापमान $1000^\circ\text{C}$ से ऊपर चला जाता है। इसके निचले भाग (आयनमंडल) से रेडियो तरंगें परावर्तित होती हैं।
प्रश्न 7. पृथ्वी के वायुमंडल का विस्तार और ऊँचाई के साथ इसके घनत्व व द्रव्यमान में परिवर्तन को समझाइए।
आदर्श उत्तर देखें (Show Model Answer)
वायुमंडल की बाहरी सीमा लगभग $10,000\text{ km}$ तक मानी जाती है, किंतु गुरुत्वाकर्षण बल और ऊपरी वायु के दबाव के कारण वायु समुद्र तल के पास सबसे घनी ($1.225\text{ kg m}^{-3}$) होती है। ऊँचाई बढ़ने के साथ घनत्व घातांकीय रूप से (Exponentially) घटता है—कुल द्रव्यमान का $50\%$ भाग $5.5–6\text{ km}$ तक, $90\%$ भाग $16\text{ km}$ तक और $99\%$ भाग $30–32\text{ km}$ के भीतर केंद्रित है।
प्रश्न 8. समतापमंडलीय ओजोन (Stratospheric Ozone) और क्षोभमंडलीय ओजोन (Tropospheric Ozone) के प्रभावों में क्या अंतर है?
आदर्श उत्तर देखें (Show Model Answer)
कहावत है—“Ozone is good up high, bad nearby”।
• समतापमंडलीय ओजोन (Good Ozone): $15–35\text{ km}$ की ऊँचाई पर यह सूर्य की घातक UV किरणों को रोककर फसलों और जीवों की रक्षा करती है।
• क्षोभमंडलीय/सतही ओजोन (Bad Ozone): भूसतह के पास वाहनों व उद्योगों के धुएँ ($\text{NO}_x + \text{VOCs}$) पर धूप की क्रिया से बनने वाली ओजोन एक प्रबल ऑक्सीकारक प्रदूषक है जो फसलों की पत्तियों के रंध्रों से प्रवेश कर ऊतक क्षय (Necrotic flecks) करती है और प्रकाश संश्लेषण घटाती है।
SECTION 12E, 12F & 12G

अंतर स्पष्ट कीजिए, व्याख्यात्मक एवं दीर्घ उत्तरीय प्रश्न

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)

1. कारण बताइए: क्षोभमंडल में ऊँचाई बढ़ने के साथ तापमान क्यों घटता है, जबकि सूर्य तो ऊपर स्थित है?
संरचित उत्तर देखें (Show Structured Answer)
क्षोभमंडल की वायु सूर्य से आने वाली लघु-तरंग विकिरणों (Shortwave Solar Radiation) के लिए लगभग पारदर्शी होती है, इसलिए सीधी धूप से हवा बहुत कम गर्म होती है। सूर्य की किरणें पहले पृथ्वी की सतह (मृदा व जल) को गर्म करती हैं, और फिर गर्म पृथ्वी चालन (Conduction), संवहन (Convection) और दीर्घ-तरंग पार्थिव विकिरण (Longwave Terrestrial Radiation) द्वारा वायुमंडल को नीचे से ऊपर की ओर गर्म करती है। इसके अतिरिक्त, ऊपर जाने पर वायुदाब घटने से हवा फैलती है और ठंडी होती है। इसीलिए भूसतह (ऊष्मा के स्रोत) से दूर ऊपर जाने पर तापमान $6.5^\circ\text{C/km}$ की दर से घटता है।
2. कारण बताइए: भूमध्य रेखा के ऊपर क्षोभसीमा (Tropopause) का तापमान (-80°C) ध्रुवों के ऊपर की क्षोभसीमा (-45°C से -50°C) से कम क्यों होता है?
संरचित उत्तर देखें (Show Structured Answer)
यद्यपि भूसतह पर भूमध्य रेखा ($+27^\circ\text{C}$) ध्रुवों ($-20^\circ\text{C}$) से बहुत गर्म होती है, किंतु भूमध्य रेखा पर प्रबल संवहन के कारण क्षोभमंडल की ऊँचाई $16–18\text{ km}$ तक होती है। $17\text{ km}$ तक $6.5^\circ\text{C/km}$ की दर से तापमान गिरने पर: $27 – (6.5 \times 17) \approx -83^\circ\text{C}$ हो जाता है। इसके विपरीत ध्रुवों पर क्षोभमंडल मात्र $8\text{ km}$ ऊँचा होता है, जहाँ तापमान गिरना $8\text{ km}$ पर ही रुक जाता है ($-45^\circ\text{C}$ से $-50^\circ\text{C}$)।
3. कारण बताइए: तापमंडल (Thermosphere) में तापमान 1000°C से अधिक होने पर भी वहाँ गर्मी महसूस क्यों नहीं होती?
संरचित उत्तर देखें (Show Structured Answer)
तापमान (Kinetic Temperature) गैस के अणुओं की औसत गतिज ऊर्जा (Average Kinetic Speed) की माप है, जबकि ऊष्मा (Heat) अणुओं की कुल तापीय ऊर्जा है। तापमंडल ($>80\text{ km}$) में वायु अत्यंत विरल (निर्वात के समान) होती है। वहाँ व्यक्तिगत गैस के अणु बहुत तेज गति से चलते हैं (जिससे थर्मामीटर का सैद्धांतिक गतिज तापमान $1000^\circ\text{C}+$ होता है), किंतु अणुओं की संख्या इतनी नगण्य होती है कि वे किसी वस्तु से टकराकर उसे ऊष्मा स्थानांतरित नहीं कर पाते।
4. सिंचाई या भारी वर्षा के बाद खेत में निराई-गुड़ाई (Hoeing) करने से फसलों की बढ़वार तुरंत क्यों सुधरती है?
संरचित उत्तर देखें (Show Structured Answer)
सिंचाई या वर्षा के बाद मृदा की ऊपरी सतह पर पपड़ी (Crust) जम जाती है जिससे मृदा रंध्र बंद हो जाते हैं और जड़ों के पास विषैली मात्रा में $\text{CO}_2$ जमा हो जाती है तथा $\text{O}_2$ की कमी हो जाती है। गुड़ाई करने से पपड़ी टूटती है और मृदा वायु तथा वायुमंडलीय वायु के बीच गैसीय विनिमय (Gaseous Exchange) सुचारु हो जाता है, जिससे जड़ों को श्वसन व पोषक तत्व अवशोषण के लिए ताजी ऑक्सीजन मिलती है।
5. समतापमंडल को जेट विमानों की उड़ान के लिए आदर्श क्यों माना जाता है?
संरचित उत्तर देखें (Show Structured Answer)
समतापमंडल के निचले भाग में जलवाष्प की अनुपस्थिति के कारण बादल, वर्षा, ओलावृष्टि और तड़ित-झंझा (Thunderstorms) नहीं होते। साथ ही, यहाँ तापमान के ऊर्ध्वाधर व्युत्क्रमण के कारण ऊर्ध्वाधर संवहनीय धाराएँ और वायुमंडलीय हिचकोले (Air Pockets / Turbulence) नहीं होते तथा दृश्यता (Visibility) उत्कृष्ट रहती है।
6. वायुमंडल में नाइट्रोजन गैस का 78% होना पृथ्वी पर जीवन और कृषि के लिए किस प्रकार सुरक्षात्मक है?
संरचित उत्तर देखें (Show Structured Answer)
ऑक्सीजन दहन की पोषक है। यदि वायुमंडल में नाइट्रोजन की जगह केवल ऑक्सीजन होती, तो एक छोटी-सी चिंगारी से संपूर्ण पृथ्वी की वनस्पतियाँ और जंगल जलकर भस्म हो जाते तथा श्वसन व ऑक्सीकरण की दर अनियंत्रित हो जाती। नाइट्रोजन ऑक्सीजन को तनु (Dilute) कर दहन को नियंत्रित रखती है और साथ ही जैविक व औद्योगिक स्थिरीकरण के माध्यम से फसलों को प्राथमिक पोषक तत्व ($N$) का असीमित भंडार देती है।

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

दीर्घ प्रश्न 1. पृथ्वी के वायुमंडल से आप क्या समझते हैं? ऊँचाई के साथ तापमान परिवर्तन के आधार पर वायुमंडल की ऊर्ध्वाधर संरचना (विभिन्न परतों) का नामांकित आरेख सहित विस्तृत वर्णन कीजिए।
विस्तृत आदर्श उत्तर संरचना देखें (Show Detailed Model Answer Framework)
1. प्रस्तावना एवं परिभाषा: Atmos + Sphaira की व्युत्पत्ति, परिभाषा तथा द्रव्यमान विस्तार ($50\%$ भाग $5.5\text{ km}$ तक, $99\%$ भाग $32\text{ km}$ तक)।
2. नामांकित वैज्ञानिक आरेख: आरेख 5.1 (ऊँचाई बनाम तापमान प्रोफाइल वक्र एवं चारों परतें) बनाना।
3. चारों मुख्य परतों का विस्तृत वर्णन:
• क्षोभमंडल (Troposphere): ऊँचाई ($8–18\text{ km}$), सामान्य ताप ह्रास दर ($6.5^\circ\text{C/km}$), मौसमी घटनाएँ, कृषि महत्त्व एवं क्षोभसीमा (Tropopause)।
• समतापमंडल (Stratosphere): ऊँचाई ($18–50\text{ km}$), ओजोन परत ($15–35\text{ km}$), तापमान में वृद्धि ($0^\circ\text{C}$ तक), जेट उड़ान एवं समतापसीमा (Stratopause)।
• मध्यमंडल (Mesosphere): ऊँचाई ($50–80\text{ km}$), सबसे ठंडी परत ($-90^\circ\text{C}$), उल्कापिंड दहन एवं मध्यसीमा (Mesopause)।
• तापमंडल / आयनमंडल एवं बहिर्मंडल (Thermosphere & Exosphere): ऊँचाई ($>80\text{ km}$), आयन परतें, रेडियो तरंग परावर्तन एवं हल्की गैसें ($\text{H}_2, \text{He}$)।
दीर्घ प्रश्न 2. पृथ्वी के वायुमंडल के संघटन (स्थायी गैसें, परिवर्तनशील गैसें, जलवाष्प एवं एरोसोल) का विस्तृत वर्णन कीजिए तथा कृषि उत्पादन में प्रत्येक घटक के महत्त्व की व्याख्या कीजिए।
विस्तृत आदर्श उत्तर संरचना देखें (Show Detailed Model Answer Framework)
1. परिचय: वायुमंडल के तीन मुख्य आधार स्तंभ—गैसें, जलवाष्प एवं एरोसोल।
2. गैसीय संघटन की तालिका: Section 4.3 की तालिका (नाइट्रोजन $78.084\%$, ऑक्सीजन $20.946\%$, आर्गन $0.934\%$, कार्बन डाइऑक्साइड $\approx 0.04\%$ आदि का आयतन व भार प्रतिशत)।
3. स्थायी एवं परिवर्तनशील गैसों की कृषि भूमिका: $\text{N}_2$ (राइजोबियम स्थिरीकरण व प्रोटीन निर्माण), $\text{O}_2$ (जड़ व पादप श्वसन), $\text{CO}_2$ (प्रकाश संश्लेषण व हरितगृह प्रभाव), $\text{O}_3$ (UV विकिरण से फसल सुरक्षा)।
4. जलवाष्प एवं एरोसोल का महत्त्व: वर्षण चक्र, गुप्त ऊष्मा, आर्द्रताग्राही संघनन नाभिक (Hygroscopic Nuclei) एवं सौर प्रकीर्णन।
5. वायुमंडलीय वायु बनाम मृदा वायु की तुलना: सारणी 8.3 का समावेश।
दीर्घ प्रश्न 3. क्षोभमंडल (Troposphere) की प्रमुख विशेषताओं, अक्षांश व ऋतु के अनुसार इसकी ऊँचाई में होने वाले परिवर्तन, सामान्य ताप ह्रास दर तथा कृषि एवं मौसम निर्माण में इसकी केंद्रीय भूमिका की विवेचना कीजिए।
विस्तृत आदर्श उत्तर संरचना देखें (Show Detailed Model Answer Framework)
1. क्षोभमंडल का अर्थ एवं विस्तार: ग्रीक शब्द Tropos (मिश्रण), ध्रुवों ($8–10\text{ km}$) व भूमध्य रेखा ($16–18\text{ km}$) पर ऊँचाई (आरेख 5.3 सहित)।
2. अक्षांशीय एवं मौसमी परिवर्तन के कारण: संवहनीय धाराओं की तीव्रता तथा ग्रीष्म व शीत ऋतु में ऊँचाई में अंतर।
3. सामान्य ताप ह्रास दर (ELR): $6.5^\circ\text{C/km}$ का वैज्ञानिक कारण एवं संख्यात्मक उदाहरण।
4. क्षोभसीमा (Tropopause): तापमान अवरोधक छत (Lid) के रूप में भूमिका, जिससे जलवाष्प ऊपर समतापमंडल में नहीं जा पाती।
5. कृषि में केंद्रीय महत्त्व: जलचक्र, मानसून, पाला, ओस, कोहरा व फसल सूक्ष्म-जलवायु का आधार।
दीर्घ प्रश्न 4. रासायनिक संघटन के आधार पर वायुमंडल को किन मंडलों (सममंडल एवं विषममंडल) में बाँटा गया है? दोनों का तुलनात्मक वर्णन करते हुए ओजोनमंडल (Ozonosphere) एवं आयनमंडल (Ionosphere) का महत्त्व स्पष्ट कीजिए।
विस्तृत आदर्श उत्तर संरचना देखें (Show Detailed Model Answer Framework)
1. रासायनिक स्तरण का आधार: भँवर मिश्रण (Turbulent mixing) बनाम आणविक विसरण (Molecular diffusion)।
2. सममंडल (Homosphere: 0–80 km): समान गैसीय अनुपात, क्षोभमंडल, समतापमंडल व मध्यमंडल का समावेश।
3. विषममंडल (Heterosphere: >80 km): अणुभार के अनुसार चार परतें—आणविक नाइट्रोजन ($\text{N}_2$), परमाण्विक ऑक्सीजन ($\text{O}$), हीलियम ($\text{He}$) और परमाण्विक हाइड्रोजन ($\text{H}$)।
4. सारणी 8.2 द्वारा तुलना।
5. ओजोनमंडल एवं आयनमंडल का विशिष्ट महत्त्व: डॉब्सन इकाई, UV अवशोषण तथा रेडियो संचार।
दीर्घ प्रश्न 5. वायुमंडल के परिवर्तनशील घटकों ($\text{CO}_2$, जलवाष्प, ओजोन एवं एरोसोल) में मानवीय एवं कृषि गतिविधियों से क्या बदलाव आ रहे हैं और उनका राजस्थान एवं भारतीय कृषि पर क्या प्रभाव पड़ रहा है?
विस्तृत आदर्श उत्तर संरचना देखें (Show Detailed Model Answer Framework)
1. परिवर्तनशील घटकों का परिचय: कम मात्रा किंतु सर्वाधिक जलवायु नियंत्रण क्षमता।
2. $\text{CO}_2$ एवं हरितगृह गैसों में वृद्धि: $280\text{ ppm}$ से बढ़कर $420+\text{ ppm}$ होना; $C_3$ फसलों (गेहूँ, सरसों, चना) पर $\text{CO}_2$ फर्टिलाइजेशन प्रभाव बनाम रात्रि तापमान बढ़ने से दाना भरने की अवधि (Grain filling period) घटना।
3. जलवाष्प एवं वर्षा पैटर्न में बदलाव: गर्म वायुमंडल की जल-धारण क्षमता बढ़ने से अतिवृष्टि और लंबे सूखे अंतराल (Dry spells)।
4. एरोसोल एवं धूलकण: पश्चिमी राजस्थान की आंधियों और पराली दहन से सौर विकिरण ह्रास (Solar Dimming) एवं कोहरे (Smog) में वृद्धि।
SECTION 12H

विश्वविद्यालयी परीक्षा पैटर्न अभ्यास प्रश्न (PYQ-Pattern Practice Questions)

पारदर्शिता सूचना (Verification Disclosure): चूँकि आपके द्वारा इस विषय के सत्यापित पुराने प्रश्न-पत्र संलग्न नहीं किए गए हैं, अतः किसी भी विश्वविद्यालय या वर्ष का काल्पनिक लेबल नहीं लगाया गया है। नीचे दिए गए प्रश्न SKNAU जोबनेर एवं ICAR Sixth Deans’ Committee के मानक सेमेस्टर परीक्षा पैटर्न पर आधारित उच्च-संभाव्यता वाले अभ्यास प्रश्न (PYQ-Pattern Practice Questions) हैं:
  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।
SECTION 13

समेकित उत्तर कुंजी (Consolidated Quick Answer Key)

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

प्रश्न सं. उत्तर प्रश्न सं. उत्तर प्रश्न सं. उत्तर प्रश्न सं. उत्तर
1.(B) आर्गन (Ar) 6.(B) समतापमंडल 11.(C) आयनमंडल 16.(B) समतापसीमा
2.(C) 30–32 km 7.(C) मध्यमंडल 12.(B) सममंडल 17.(C) मध्यमंडल
3.(B) क्षोभमंडल 8.(B) 0 से 4% 13.(B) 19.0°C 18.(A) आर्द्रताग्राही नाभिक
4.(B) 6.5°C / km 9.(C) 0.25% – 0.30% 14.(B) डॉब्सन इकाई (DU) 19.(C) H₂ एवं He
5.(B) 8–10 व 16–18 km 10.(B) ओजोन द्वारा UV अवशोषण 15.(B) भूमध्य रेखा पर -80°C 20.(B) औसत ताप -18°C

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

AGRO PATH FINDER — Premium Interactive Digital Textbook

EDUCATION • RESEARCH • INNOVATION | B.Sc. (Hons.) Agriculture — AGMET 311 (Semester V)

Curriculum Reference: SKNAU Jobner & ICAR Sixth Deans’ Committee | Official Platform: https://agropathfinder.com/

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