ओझोन दिनाच्या निमित्ताने

ओझोन दिनाच्या निमित्ताने..

१९९५ सालापासून दरवर्षी १६ सप्टेंबरला संयुक्त राष्ट्र संघटनेच्या (UN) पर्यावरण कार्यक्रम विभागातर्फे “आंतरराष्ट्रीय ओझोन दिन” साजरा केला जातो. ओझोन थराच्या संरक्षणासाठी १९८७ साली ह्या दिवशी कॅनडातील मॉन्ट्रिएल शहरात जगभरातील प्रतिनिधींनी एका आंतरराष्ट्रीय करारावर सह्या केल्या. हा करार होता ओझोनच्या थरास हानीकारक ठरणार्‍या पदार्थांचा वापर कमी करण्यासाठी उपाययोजना करण्याचा. पृथ्वीला आणि पर्यायाने पृथ्वीवासीयांना घातक गोष्टींपासून वाचवणार्‍या ओझोन थराचे संरक्षण करण्याबाबत सजगता निर्माण करण्यासाठी संयुक्त राष्ट्र संघटना प्रयत्नशील असते. पृथ्वीच्या पर्यावरणाला हानी पोहोचवण्यामध्ये मानवी घटक सहभागी असल्याची जाणीवही हा दिवस आपल्याला करून देतो.

ओझोन हा वातावरणामध्ये नैसर्गिकरीत्या आढळणारा एक वायू आहे. ओझोनच्या एका रेणूमध्ये ऑक्सिजनचे तीन अणू असल्यामुळे ओझोनचे रासायनिक सूत्र O₃ असे लिहितात. क्रिस्टियन फ़्रेडरिक स्कोएनबेन ह्या जर्मन-स्विस रसायनशास्त्रज्ञाने १८४० साली ओझोनचा शोध लावला. ग्रीक भाषेतील वास घेणे ह्या अर्थी असलेल्या “ओझेइन” ह्या शब्दापासून ओझोन हा शब्द तयार झाला आहे.

ओझोन हा वातावरणाच्या मुख्यत: दोन थरांमध्ये आढळतो. वातावरण म्हणजे प्रत्येकी १ किमी उंचीच्या १४० मजल्यांची इमारत आहे असे मानले, तर १६ मजल्यांपर्यंतचा (जमिनीपासून १० ते १६ किमीपर्यंतचा) वातावरणाचा थर म्हणजे तपांबर (troposphere).१७ ते ५०व्या मजल्यांपर्यंतचा (तपांबराच्या वर ५० किमी ) थर म्हणजे स्थितांबर. ओझोनच्या वातारवणातील एकूण प्रमाणाच्या १० टक्के ओझोन तपांबरात तर उरलेला ९० टक्के ओझोन स्थितांबरामध्ये (stratosphere) आढळतो. स्थितांबरातील ओझोनच्या ह्या मोठ्या प्रमाणामुळे ह्या थराला “ओझोनचा थर” असेही म्हणतात. ओझोनचे वातावरणातील प्रमाण सर्वत्र सारखे नसते. ओझोनचे प्रमाण विषुववृत्तीय प्रदेशावर कमी तर ध्रुवीय प्रदेशांवर सर्वाधिक असते.

जैविक पदार्थांच्या दहनातून, तसेच काही वायू आणि प्रदूषकांतील नैसर्गिकरीत्या घडणार्‍या रासायनिक अभिक्रियांमधून निर्माण होणारा ओझोन हा तपांबरातील (troposphere) ओझोनचा मुख्य स्रोत. तपांबरातील ओझोन हा प्रदूषक आहे. तपांबरामध्ये ओझोनचे प्रमाण वाढल्यास ते शेत्योत्पादनास तसेच जंगलांच्या वाढीस मारक ठरू शकते. फुफ्फुसांची क्षमता खालावणे, खोकला, घशाचे विकार वगैरेंसारख्या विविध श्वसनविकारांना आमंत्रण देते. ओझोनच्या विषारी गुणधर्मांमुळे हे श्वसनविकार मृत्यूसही कारणीभूत ठरू शकतात. ओझोन हा हरितगृह वायू (greenhouse gas) असल्यामुळे तो तपांबराचे व पृथ्वीच्या पृष्ठभागाचे तापमान वाढविण्यासही कारणीभूत होऊ शकतो. त्यामुळे तपांबरातील ओझोन हा वाईट ओझोन असतो.

स्थितांबरातील (stratosphere) ओझोन हा नैसर्गिकरीत्या दोन टप्प्यांमध्ये तयार होतो. पहिल्या टप्प्यांत सौरप्रारणांमुळे ऑक्सिजनच्या रेणूंचे (O₂)विघटन होऊन ऑक्सिजनचे अणू (O+O) वेगळे होतात. दुसर्‍या टप्प्यामध्ये विघटित ऑक्सिजन अणूंचा (O) ऑक्सिजनच्या रेणूंशी (O₂) संयोग होऊन ओझोनचे रेणू (O₃) तयार होतात. नैसर्गिकरीत्या निर्माण झालेल्या ओझोनचा सौरप्रारणांमुळे व मानवनिर्मित रसायनांशी संयोग पावल्याने नाश होतो.

सूर्यकिरणांतील अतिनील (ultraviolet or UV) प्रारणांमुळे ओझोनच्या रेणूंचे विघटन होते आणि अशाप्रकारे ओझोनचा थर अतिनील किरणांना पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर येण्यापासून थोपवतो. अतिनील किरणे जमिनीपर्यंत पोहोचल्यास ती आपल्यासाठी हानीकारक असतात. त्यांच्यामुळे त्वचेची प्रतिकार शक्ती कमी होऊन त्वचेचा कर्करोग होणे,गुणसूत्रांचे (chromosomes) उत्परिवर्तन (mutation) होणे, पेशीच्या जिवंतपणाचे लक्षण असणार्‍या प्रथिने (protein) आणि केंद्रकाम्लासारख्या (nuclein acid) सूक्ष्म रेणूंना झळ पोहोचणे, अशासारखे दुष्परिणाम दिसून येतात. वनस्पती पेशींनाही त्यांमुळे झळ पोहोचते. पिकांच्या वाढीवर त्याचा परिणाम होऊन शेत्योत्पादन घसरते. अन्नसाखळीच्या तळाशी असणार्‍या फायटोप्लॅंक्टन (जलीय वनस्पती) अतिनील प्रारणांमुळे नष्ट होऊ शकतात. स्थितांबरातील (stratosphere) ओझोन आपल्याला ह्या सर्व दुष्परिणामांपासून वाचवत असल्यामुळे हा चांगला ओझोन असतो.

मानवनिर्मित रसायनांमुळे अंटार्क्टिक स्थितांबरात (stratosphere) ओझोनचे प्रमाण खूप कमी होण्याला ओझोन छिद्र असे म्हणतात. ओझोनच्या थराला पडलेले छिद्र म्हणजे छ्त्रीचे कापड एखाद्या ठिकाणी झिजून छत्रीला भोक पडण्यासारखे आहे. ह्या ओझोन छिद्राची पहिली नोंद १९८५ साली जे.सी. फार्मन, बी.जी. गार्डिनर आणि जे.डी. शांकलिन ह्यांनी नेचर मासिकात लिहिलेल्या एका शोधनिबंधामध्ये केली. १९७० सालापासून ब्रिटिश अंटार्क्टिक सर्व्हेसाठी त्यांनी त्यांच्या हॅली बे (७६ अंश दक्षिण) येथील संशोधन केंद्रामधून ओझोन थरावर बारीक लक्ष ठेवले होते.

धरणाच्या भिंतीला छिद्र पडल्यास जसे त्यातून पाणी बाहेर उसळावे तसे ओझोन थर विरळ झाल्याने त्यातून अतिनील किरणे पृथ्वीच्या दिशेने उसळतात. अतिनील किरणांमुळे जीवसृष्टीवर होणारे घातक परिणाम आपण आधी पाहिलेच. ओझोन छिद्रामुळे होणार्‍या घातक परिणामांची झालेली पहिली जाणीव भीतीने अंगावर काटा यावा अशीच होती, कारण ते परिणाम थेट आपल्या अस्तित्वालाच आह्वान देणारे आहेत. शास्त्रज्ञांच्या फळीने ओझोनच्या थराला छिद्र पडण्यासाठी कोणत्या गोष्टी कारणीभूत झाल्या असाव्यात हे शोधण्यासाठी कंबर कसली. त्यांच्या संशोधनांतून असे निष्पन्न झाले की ओझोन थराला छिद्र पाडणारे मुख्य गुन्हेगार आहेत ते ओझोननाशक पदार्थ (Ozone Depleting Substances, ODSs) ज्यांत प्रामुख्याने क्लोरोफ्लुरोकार्बने, अर्थात CFCs आणि इतर काही रसायनांचा समावेश होतो.

प्रचलित रसायनांना अविषारी व अज्वलनशील असा पर्याय शोधण्यातून जनरल मोटर्सच्या संशोधन केंद्रात १९३० साली क्लोरोफ्लुरोकार्बनांचा जन्म झाला. फ्रेय़ॉन (डु पॉन्ट, यू.एस.ए.) आणि आर्कटॉन (आयसीआय, यू.के.) ही सीएफसींची व्यापारी नावे आहेत. उत्पादन कमी खर्चिक असणे, साठवण्यास सोपे असणे, ज्वलनशील व स्फोटक नसणे, त्यांची इतर वायूंशी रासायनिक प्रक्रिया न होणे अशा फायदेशीर गुणधर्मांमुळे सीएफसी लोकप्रिय ठरले.सीफसी हे प्रामुख्याने स्प्रे कॅन्समध्ये प्रॉपेलण्ट म्हणून, मऊ फोममध्ये, फ्रिजमध्ये गारवा निर्माण करण्यासाठी म्हणून वापरले जातात. विशेषत: विकसनशील देशांत जसजसे सीएफसीच्या वापराचे प्रमाण वाढले तसतशी ओझोनच्या थराबद्दलची काळजी शास्त्रीय वर्तुळात वाढू लागली आणि शास्त्रज्ञांनी घातक परिणामांचे इशारे वेळोवेळी दिले.

ह्या ओझोननाशक पदार्थांमुळे (सीएफसी) ओझोनच्या थराला हानी कशी पोहोचते ते थोडक्यात पाहू. सीएफसी रेणूंचे हवेत उत्सर्जन (emission) झाले की वारे आणि वातावरणातील अभिसरणामुळे (Atmospheric Circulation) ते वातावरणातील खालच्या थरांत सर्वत्र मिसळतात. तापून वर जाणार्‍या हवेसोबत हे रेणू स्थितांबरात (stratosphere) पोहोचतात. सूर्यकिरणांतील अतिनील प्रारणांमुळे (Ultraviolet (UV) Radiation) त्यांचे अभिक्रियाशील (reactive) सीएफसींमध्ये रुपांतर होते आणि ते ओझोनच्या रेणूंचा नाश आरंभतात. आता प्रश्न असा पडतो की ओझोननाशक वायूंची निर्मिती अंटार्क्टिकावर होत नसूनही ओझोन छिद्र अंटार्क्टिकावर कसे? तर ह्याचे उत्तर दडले आहे ते वातावरणाच्या अभिसरणात आणि अंटार्क्टिकाच्या वैशिष्ट्यपूर्ण हवामानात.

तापमानातील फरकामुळे ध्रुवीय (Polar) प्रदेश आणि विषुववृत्तीय (Tropical) प्रदेशांदरम्यान वातावरणाचे अभिसरण होत असते. विषुववृतीय प्रदेशात तापून हलकी झालेली हवा वर जाऊन ती वातावरणाच्या वरच्या थरांत ध्रुवांच्या दिशेने जाते व धृवीय प्रदेशांत थंड होऊन खाली उतरून वातावरणाच्या खालच्या थरांमध्ये विषुववृत्ताच्या दिशेने वाहते. प्रक्रियाशील सीएफसी ह्या वातलहरींवर स्वार होऊन धृवांच्या दिशेने प्रवासाला निघतात.

ध्रुवीय प्रदेशात सहा महिने दिवस आणि सहा महिने रात्र असते. ध्रुवीय प्रदेशांमध्ये, विशेषत: अंटार्क्टिकातील हिवाळ्यात स्थितांबरातील (Stratosphere) तापमान खूपच कमी असते. तिथे बर्फकणांचे ढग तयार होतात ज्यांना ध्रुवीय स्थैतांबरिक ढग (Polar Stratospheric Clouds) असे म्हणतात. तिथवर पोहोचलेले सीएफसी ह्या ढगांमध्ये गोठतात. अंटार्क्टिकावर वसंत ऋतूचे आगमन झाले की सूर्याच्या उष्णतेने स्थैतांबरिक ढगांतील बर्फ वितळतो. त्यावेळी मुक्त झालेले अभिक्रियाशील सीएफसी तेथील ओझोनचा प्रचंड प्रमाणात नाश करतात. अशाप्रकारे अंटार्क्टिकावर ओझोन थराला छिद्र पडले आहे.

आर्क्टिक प्रदेशातही हिवाळ्यात कमी तापमान असले, तरी दर हिवाळ्यात ते ध्रुवीय स्थैतांबरिक ढग निर्माण होण्याएवढे खाली जातेच असे नाही. मात्र, गेल्या काही वर्षात अंटार्क्टिक प्रदेशाप्रमाणेच आर्क्टिक प्रदेशावरील ओझोनचा थरही विरळ होऊ लागल्याचे लक्षात आले आहे. हिवाळ्याच्या शेवटच्या महिन्यांमध्ये आणि वसंत ऋतूच्या सुरुवातीला अंटार्क्टिक प्रदेशावर ओझोन छिद्र मोठे होते.

ओझोन छिद्रामुळे होणारे घातक परिणाम सुदैवाने आंतरराष्ट्रीय संघटनांच्या लक्षात येऊन त्यांनी ओझोन थराच्या संरक्षणार्थ योग्य ती पावले उचलली. त्याचाच परिणाम म्हणून १९८७ साली मॉंट्रियल करार झाला. क्लोरोफ्लुरोकार्बन, अर्थात सीएफसीच्या उत्पादनावर बंदी आणणे, त्यांना पर्यायी रसायने शोधणे वगैरे उपाय आधी विकसित देशांनी आणि कालांतराने विकसनशील देशांनी करून सीएफसींची निर्मिती आणि वापर पूर्णपणे थांबवावा अशी योजना ह्या कराराद्वारे आखली गेली. ह्या करारातील अटी १९८९ पासून लागू झाल्या. त्यानुसार सीफसीचा वापर कमी करण्यासाठीच्या उपाययोजनांची पद्धतशीरपणे अंमलबजावणी विकसित आणि विकसनशील देशांत सुरू झाली. ह्या अटींची काटेकोर अंमलबजावणी झाल्यास २०५० पर्यंत ओझोनचा थर पूर्ववत व्हावा असा अंदाज आहे. ह्या अटी जगभरातील अनेक देशांनी मान्य करून त्यांच्या पालनास सुरुवात केली असल्यामुळे आंतरराष्ट्रीय सहकाराचे ते उत्कृष्ट उदाहरण ठरले आहे. संयुक्त राष्ट्र संघटनेचे माजी सचिव कोफी अन्नान ह्यांनी म्हटल्याप्रमाणे “हे आजवरच्या यशस्वी जागतिक सहकाराचे एकमेव उदाहरण असावे.” १९९१ साली ओझोन थराच्या संरक्षणासाठी भरलेल्या विएन्ना परिषदेमध्ये भारताने ह्या कार्यक्रमास पाठिंबा जाहीर करून १९९२ साली मॉंट्रिएल करारातील उपाययोजनांची अंमलबजावणी सुरू केली.

ओझोनच्या थराला घातक असणार्‍या रसायनांचा वापर बंद करण्याच्या बाबतीत हा करार एक मैलाचा दगड ठरला आहे. उदाहरणार्थ, २०१० साल हे जगभरात सीफसींचे उत्पादन पूर्णपणे थांबवण्यासाठीचे शेवटचे वर्ष होते. आता सीफसींची जागा इतर रयायनांनी (उदाहरणार्थ हायड्रोक्लोरोफ्लुरोकार्बने (HCFC) व हायड्रोप्लुरोकार्बने (HFC) ) घेतली आहे. ही रसायनेही ओझोन थराला काही प्रमाणात घातक असली तरी ती सीफसींएवढी घातक नाहीत. ह्या नव्या रसायनांचा वापरही २०३० सालापर्यंत हळूहळू बंद होणे अपेक्षित आहे. हा वापर बंद करणे हे सर्व विकसित आणि विकसनशील देशांचे कर्तव्य आहे. सध्या जगाचे लक्ष वेधलेला हरितगृह वायूंच्या उत्सारणावर नियंत्रण आणणारा क्य़ोटो करार मॉंट्रिएल कराराप्रमाणे यशस्वी ठरेल अशी आशा करूया. तथास्तु!

-डॉ. निनाद शेवडे,
अनुवाद : वरदा व. वैद्य

डॉ. निनाद शेवडे सध्या ‘फाउंडेशन फॉर लिबरल ऍण्ड मॅनेजमेंट एज्युकेशन (FLAME)’ ह्या पुणे येथील संस्थेत वातावरणशास्त्राचे प्राध्यापक आहेत. त्यांनी हवामान व वातावरण शास्त्रात ब्रेमेन विद्यापीठ, जर्मनी येथून पीएचडी मिळवली आहे. इंग्रजी लेख त्यांच्या ब्लॉगवर http://nsheode.blogspot.in/2012/09/what-is-ozone-hole.html इथे वाचता येईल.

भविष्य

ह्यापूर्वी – भाग १- चंद्र नसता तर..
भाग २- मिलॅंकोविच सिद्धांत
भाग ३- ऊर्जा संकल्प आणि पृथ्वीप्रकाश
भाग ४- भरती-ओहोटी आणि इतर चांद्रगोष्टी

चंद्राचे महत्त्व
भाग ५ – भविष्य

भविष्यात होणार्‍या हवामान बदलाचा विचार करताना आपण केवळ आणखी काहीशे वर्षांपर्यंतच्या हवामानाबद्दल बोलतो. एकतर खूप पुढचा हवामानअंदाज वर्तविणे अवघड, आणि जरी वर्तवलाच तरी त्याचा फारसा उपयोग नाही. मात्र काहीशे वर्षांमध्ये हवामानात होणार्‍या बदलाची मुळे सध्याच्या हवामानात, हवामानाच्या नैसर्गिक चक्रामध्ये तर असतीलच, पण शिवाय ती असतील मानवानिर्मित गोष्टींमधे. ह्या काहीशे वर्षामधे चंद्र-पृथ्वीच्या परस्पर संबंधामधे लक्षणीय फरक पडणार नाही. त्यामुळे चंद्र पृथ्वीपासून दूर जात असल्याने होऊ शकणार्‍या हवामानीय परिणामांची आपल्याला काळजी करण्याची मुळीच गरज नाही. मात्र गरज नसली तरीही कुतुहल शमविण्यासाठी दूर भविष्यकाळाचा थोडा वेध घेऊ.

पृथ्वीसापेक्ष सूर्य आणि चंद्राची स्थिती बदलल्याने भरती-ओहोटीच्या जोरावर होणार्‍या परिणामाबद्दल आपण आधीच्या भागात वाचले. मात्र, तेव्हा आपण केवळ समुद्राच्या पाण्याला येणार्‍या भरती-ओहोटीचाच विचार केला. समुद्राची भरती-ओहोटी सहजदृश्य आणि मोठ्याप्रमाणात असते. चंद्राकर्षणाने वातावरणाला आणि जमिनीला येणारी भरती-ओहोटी मात्र अगदीच अल्प आणि जाणवण्याएवढी नसली तरी ती अस्तित्वात असते हे खरेच.

वातावरण हा एक वहनशील पदार्थ (fluid) असल्याने चंद्राकर्षणाने ते चंद्राच्या दिशेने खेचले जाते. त्यामुळे वातावरणामध्ये जमिनीपासून आकाशाच्या दिशेने लहरी निर्माण होतात. अशा लहरी भूपृष्ठालगतची हवा तापल्यामुळेही वातावरणामध्ये निर्माण होतात आणि ह्या लहरींची वारंवारिता (frequency) आणि परिमाण (magnitude) हे वातावरणीय भरती-ओहोटीमुळे निर्माण होणार्‍या लहरींच्या तुलनेत खूपच मोठे असते.

चंद्राच्या पृथ्वीभोवती फिरण्यामुळे त्याची पृथ्वी व सूर्यसापेक्ष स्थिती सतत बदलत रहाते. चंद्राकर्षण व सूर्याकर्षण अशी दोन भिन्न बले भिन्न दिशांनी (torque) पृथ्वीवर कार्य करतात. ह्या बलांमुळे, समुद्राला येणार्‍या भरती-ओहोटीच्या लाटांमुळे आणि पृथ्वीभोवतीच्या वहनशील वातावरणामुळे निर्माण होणार्‍या घर्षणाचा (tidal breaking) परिणाम होऊन पृथ्वीचा वेग मंदावत आहे. वेग मंदावण्याचा दर शतकाला १.५ ते २ मिलिसेकंद असा फारच मंद आहे. संवेग अक्षय्यतेच्या नियमानुसार (conservation of momentum) पृथ्वी व चंद्र मिळून तयार होणार्‍या संयुक्त संस्थेचा कोनीय संवेग (angular momentum) कायम रहावा म्हणून पृथ्वीचा वेग मंदावल्याने होणारा संवेगबदल हा चंद्राच्या पृथ्वीभोवती फिरण्याच्या कक्षेच्या त्रिज्येत वाढ होऊन भरून काढला जातो. म्हणजे पृथ्वीचा वेग जसजसा मंदावेल तसतसा चंद्र पृथ्वीपासून अधिकाधिक दूर जाईल. चंद्राच्या कक्षेची त्रिज्या दरवर्षी ३ सेंटीमीटरने वाढत आहे.

चंद्र पृथ्वीपासून दूर जात असला तरी तो पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणावर मात करू शकणार नाही आणि पृथ्वीला सोडून जाणार नाही. सध्या चंद्राचा स्वतःभोवती फिरण्याचा वेग आणि पृथ्वीभोवती फिरण्याचा वेग सारखाच आहे. त्यामुळे पृथ्वीवरून चंद्राची कायम एकच बाजू दिसते. मात्र चंद्राच्या पृथ्वीच्या दिशेने तोंड असलेल्या भागावरून पृथ्वीच्या सर्व बाजू दिसतात. पृथ्वीचा वेग मंदावत जाऊन आणि चंद्राच्या कक्षेची त्रिज्या वाढत जाऊन एक स्थिती (tidal locking, synchronous orbit) अशी येईल की त्यावेळी पृथ्वीवरून चंद्राची एकच बाजू तर दिसेलच, पण चंद्रावरूनही पृथ्वीची एकच बाजू सतत दिसेल. ह्याचा अर्थ पृथ्वीच्या अर्ध्या भागाला सतत चंद्रदर्शन घडेल तर अर्ध्या भागाला कधीच चंद्रदर्शन घडणार नाही. म्हणजेच चंद्राचा पृथ्वीभोवती फिरण्याचा वेग आणि पृथ्वीचा स्वतःभोवती फिरण्याचा वेग सारखाच असेल. त्यावेळी पृथ्वीवरचा महिना ५० दिवसांचा असेल आणि चंद्राच्या कक्षेची त्रिज्या ५० टक्यांनी वाढलेली असेल. त्यावेळच्या हवामानाची कल्पना करणे केवळ अशक्य.

ह्या सर्व गोष्टी घडण्यासाठी अब्जावधी वर्षांचा कालावधी जावा लागेल आणि म्हणूनच आज आपल्याला त्यावेळच्या पृथ्वीय हवामानाची काळजी करण्याचे कारण नाही. मात्र चंद्रावरची पृथ्वीय हवामानातील दीर्घकालीन बदलांची जबाबदारी कायम राहील.

समाप्त.

वरदा व. वैद्य, एप्रिल २००५ ।  Varada V. Vaidya, April 2005

भरती ओहोटी आणि इतर चांद्रगोष्टी

ह्यापूर्वी – भाग १- चंद्र नसता तर..
भाग २- मिलॅंकोविच सिद्धांत
भाग ३- ऊर्जासंकल्प आणि पृथ्वीप्रकाश

चंद्राचे महत्त्व
भाग ४ – भरती-ओहोटी आणि इतर चांद्रगोष्टी

चंद्र आणि सूर्याच्या आकर्षणाचा परिणाम म्हणून समुद्राच्या पाण्याला भरती व ओहोटी लागते हे सर्वज्ञात आहे. ह्या भरती ओहोटीचा स्थानिक हवामानावर फारसा परिणाम होत नाही. मात्र भरती-ओहोटी मुळे निर्माण होणार्‍या लाटांनी निर्माण झालेल्या ऊर्जेमुळे हवामानावर काही परिणाम होतात. भरती-ओहोटी होण्यामुळे होणारे हे परिणाम अप्रत्यक्षपणे चंद्रामुळे होतात असे म्हटल्यास चुकीचे ठरणार नाही.

समुद्राच्या पाण्याला येणारी भरती वा लागणारी ओहोटी हे मुख्यत: चंद्राच्या आणि सूर्याच्या गुरुत्वाकर्षणाचे होणारे एकत्रित परिणाम आहेत. भरती-ओहोटी ही केवळ समुद्राच्याच पाण्याला येते असे नाही, तर ती तलाव, नद्या वगैरेंमधील पाण्यालाही येते, मात्र तेवढी जाणवण्याएवढी नसते. समुद्रामध्ये पाण्याचा साठा मोठा असल्यामुळे व पाणी विस्थापित होण्यासाठी पुरेशी जागा उपलब्ध असल्यामुळे समुद्राच्या पाण्याला येणारी भरती-ओहोटी जाणवण्याएवढी असते.

भरती-ओहोटीच्या लाटा ह्या गुरुत्वाकर्षणजन्य लाटा आहेत आणि त्या वाराजन्य लाटांपेक्षा भिन्न आहेत. दिवसभरात (२४ तासात) समुद्राच्या पाण्याला सहसा दोनदा भरती येते आणि दोनदा ओहोटी लागते. चंद्राकडे तोंड असलेल्या पृथ्वीच्या भागावरील पाणी चंद्राकडे खेचले गेल्याने तिथे भरती येते, तर त्याचवेळी पृथ्वीही चंद्राकडे थोडी खेचली जात असल्याने पृथ्वीवरील चंद्राच्या विरूद्ध बाजूस असलेल्या भागावरही भरती येते. चंद्राला पृथ्वीभोवती एक फेरी पूर्ण करण्यासाठी सुमारे साडेएकोणतीस दिवस लागतात आणि पृथ्वीला स्वत:भोवती एक फेरी पूर्ण करण्यास सुमारे २४ तासांचा कालावधी लागतो.  त्यामुळे  चंद्र रोज आधीच्या दिवसापेक्षा सुमारे ५० मिनिटे उशीरा उगवतो. त्यामुळे दोन भरतींमधील कालावधी सुमारे १२ तास २५ मिनिटांचा असतो. पौर्णिमा व अमावस्येच्या दिवशी चंद्र, सूर्य व पृथ्वी हे एका रेषेत असल्यामुळे त्यादिवशी भरती (ओहोटी) सर्वाधिक असते व त्यास उधाणाची भरती (ओहोटी) असे म्हणातात. अष्टमीच्या दिवशी पृथ्वीच्या संदर्भात चंद्र व सूर्य एकमेकांशी ९० अंशांचा कोन करत असल्याने त्यांचे गुरुत्वीय बल एकमेकांच्या विरोधात आल्याने त्या दिवशी येणारी भरती-ओहोटी फार कमी प्रमाणात असते. अशा भरतीस (ओहोटीस) भांगाची भरती (ओहोटी) म्हणतात.

वार्‍यांमुळे निर्माण होणार्‍या लाटा ह्या समुद्राच्या पृष्ठभागालगतच्या पाण्याला एका ठिकाणाहून दुसर्‍या ठिकाणी घेऊन जातात. सतत विशिष्ट दिशेला वाहणार्‍या वार्‍यांमुळे समुद्राच्या काही भागातील पाणी सतत वार्‍याच्या दिशेने ढकलले जाऊन समुद्रातील प्रवाह तयार होतात. हे प्रवाह विषुववृत्ताच्या दिशेने वा ध्रुवांच्या दिशेने प्रवास करत असतील त्यानुसार अनुक्रमे शीत व ऊष्ण प्रवाह असतात. हे समुद्रप्रवाह एखाद्या किनार्‍यालगत वाहात असतील तर ते किनार्‍यालगतच्या प्रदेशांच्या हवामानावर आणि म्हणून लोकजीवनावर मोठाच परिणाम करतात. शालेय भूगोलात ह्याचा उल्लेख असतो. लाटांमुळे व समुद्रप्रवाहांमुळे समुद्राच्या पाण्याचे सतत अभिसरण होत रहाते. समुद्राच्या तळाजवळचे थंड व खनिजयुक्त पाणी त्यामुळे उपसले जाते. वातावरणातील उष्णताऊर्जेचा वापर हे थंड पाणी गरम करण्यासाठी होतो व वातावरणाचे तापमान खूप वाढण्यापासून रोखले जाते. लाटा जेवढ्या मोठ्या तेवढे अभिसरीत होणार्‍या पाण्याची खोली जास्त.

मात्र पाण्याचे अभिसरण पृष्ठभागाप्रमाणेच खोल समुद्रामधेही होणे गरजेचे असते. खोल समुद्रातील अभिसरणासाठी लागणार्‍या ऊर्जेचे विविध स्रोत आहेत. त्यापैकी एक म्हणजे चंद्राचे गुरुत्वाकर्षण. चंद्राच्या गुरुत्वाकर्षणाने समुद्राचे पाणी खेचले जाते. पृष्ठभागाजवळील लाटांमध्ये ह्या खेचण्यामुळे निर्माण झालेली ऊर्जा ही मुख्यत: ह्या लाटा किनार्‍याला आपटून फुटल्या की वातावरणामध्ये उत्सर्जित होते. मात्र खोल समुद्रामधील पाण्यात निर्माण झालेली ऊर्जा ही जलाभिसरणासाठी वापरली जाते.

भूपृष्ठाजवळील हवेच्या तापमानामधे सतत होणारी वाढ हा शास्त्रीय जगतामध्ये मोठ्या चर्चेचा विषय आहे. शास्त्रज्ञांना हवेच्या तापमानातील बदलाचे १,५०० ते १,८०० वर्षे आवर्तनाचे चक्र लक्षात आले आहे. १८०० वर्षे नैसर्गिक कारणांमुळे वातावरणीय तापमान वाढत रहाते व पुढील १८०० वर्षे कमी होत जाते. छोट्या हिमयुगानंतर (little ice age) तापमानवाढीचे चक्र सुरू झाले आहे. ह्या तापमानाच्या नैसर्गिक वाढीमधे अधिक वाढ करण्याचे काम मानवनिर्मित कारणे करत आहेतच. नैसर्गिक कारणांमुळे भविष्यामधे तापमान जेवढे वाढले असते त्यापेक्षा कितीतरी जास्त प्रमाणात ते वाढेल आणि त्याला जबाबदार असेल मानव.

जागतिक तापमानवाढीचा एक परिणाम म्हणजे ध्रुवाकडील समुद्रात असणारे हिमनग फुटणे व वितळणे. फुटलेल्या हिमनगाचे तुकडे हे मोठ्या एकसंध हिमनगापेक्षा जास्त दराने वितळतात. असे हिमनग फुटून वितळल्याने समुद्रपातळीत वाढ होते. मात्र आता असे लक्षात आले आहे की हवामानबदल वा तापमानवाढ ह्याबरोबरच भरती-ओहोटीमुळे निर्माण झालेल्या लाटा ह्याही हिमनगांच्या फुटण्यास जबाबदार असतात. अशाप्रकारे चंद्रामुळे होणारी भरती-ओहोटीची क्रिया ही स्थनिक व जागतिक हवामानावर परिणाम करते.

फार पूर्वीपासून मानव हा अवकाशस्थ गोष्टींबाबतच्या निरीक्षणाचा विविध प्रकारे उपयोग करून घेत आहे. हवामानाचा अंदाज करून बियाणांची पेरणी तसेच हवामानाचा अंदाज बांधून कोळी मासेमारीसाठी आणि दर्यावर्दी दर्यारोहणासाठी कधी व कोणत्या दिशेने जायचे हे ठरवले जाते. हा हवामान अंदाज वर्तवण्यासाठी उपयोगी होते आणि आहेत ग्रह-तारे, चंद्र-सूर्य आणि ढग. अल्पकालावधीतील हवामान अंदाज वर्तवण्यासाठी सूर्य-चंद्राला पडलेले खळे, चांदण्यांची स्पष्टास्पष्टता, पहाटेच्या आणि संध्याकाळच्या आकाशाचा रंग अशा गोष्टींच्या निरीक्षणाचा फायदा होतो, जे आपल्या पूर्वजांनी ओळखले होते.

अल्प कालावधीसाठी हवामानाचा अंदाज करण्यासाठी चंद्र-सूर्याला पडलेले खळे उपयोगी पडू शकते. वातावरणात तंतूमेघ (Cirrus) व तंतूस्तरमेघ (cirrostratus) ~~ बर्‍याच उंचीवर असतात. त्यांच्यामधील पाणी हे हिमस्फटिकांच्या रूपात असते. हे हिमस्फटिक छोट्या त्रिकोणी लोलकाप्रमाणे कार्य करतात. ह्यामुळे दिवसा तंतूमेघांची दाटी असल्यास सूर्याला व रात्र असल्यास चंद्राला खळे पडलेले दिसते. हिमस्फटिकांच्या त्रिकोणी लोलकांमधून प्रकाशकिरण जात असल्याने काही वेळा हे खळे थोडे रंगीत दिसते. असे हे खळे पडलेले असल्यास उबदार हवामानाचा अंदाज वर्तवता येतो. पृष्ठीय दाब कमी होण्याचा व काही प्रमाणात पर्जन्य/हिमवर्षावाचा अंदाजही वर्तवता येतो. हे खळे जेवढे अधिक तेजस्वी तेवढा हा अंदाज खरा ठरण्याची शक्यता अधिक.

चंद्र लालसर रंगाचा दिसत असेल तर पुन्हा थोड्याच वेळात पर्जन्याची शक्यता अधिक. वातावरणात धुळीचे प्रमाण वाढल्यास चंद्रकिरणांचे विकिरण (dispersion) होऊन चंद्रप्रतिमा लालसर रंगाची दिसते. ह्या धुळीच्या कणांभोवती बाष्प जमा होऊन काळे ढग तयार होतात, ज्यांच्यामुळे पावसाची शक्यता वाढते.

चंद्रकला ही चंद्र व सूर्याची पृथ्वीसापेक्ष स्थिती दर्शवते. चंद्राचे पृथ्वीभोवती फिरण्याच्या कक्षेचे प्रतल पृथ्वीच्या सूर्याभोवती फिरण्याच्या कक्षेच्या प्रतलाशी ५ अंशाचा कोन करते. पौर्णिमेला (सूर्य व चंद्र यांच्या दरम्यान पृथ्वी अशी स्थिती) आणि अमावस्येला (सूर्य व पृथ्वी यांच्या दरम्यान चंद्र अशी स्थिती) सूर्य, पृथ्वी व चंद्र एकाच रेषेत असतात. मात्र इतर दिवशी सूर्य-पृथ्वी रेषा आणि पृथ्वी-चंद्र रेषा ह्या एकमेकांना छेदतात. ह्या दोन रेषांमधील कोन हा चंद्राच्या कक्षीय स्थानावर अवलंबून असतो.  चंद्र -सूर्याच्या पृथ्वीसापेक्ष स्थितीनुसार चंद्राच्या कोरीचा आकार अर्थात चंद्रकला बदलते. म्हणून चंद्रकला ही भरती-ओहोटीच्या जोराची निर्देशांक असते.

अशा ह्या चांद्रगोष्टींचा हवामानावर प्रत्यक्ष परिणाम होत नसला तरी ह्या चांद्रगोष्टींचा उपयोग पृथ्वीय हवामानाचा निर्देशांक म्हणून होऊ शकतो.

~~ ढगांचे ढोबळमानाने चार प्रकार आहेत. १) राशीमेघ वा क्युम्युलस (ढिगाप्रमाणे दिसणारे) ढग. ह्या ढगांमधे पाणी बाष्प व द्रव रूपात असून पाण्याचे प्रमाण कमी असते. ह्या ढगांची भूपृष्ठापासूनची उंची जास्त नसते. हे सहसा चमकदार पांढर्‍या रंगाचे असतात (‘कापूस पिंजून ठेवलाय जसा’ वाला ढग). २) वर्षामेघ वा निंबस (पावसाळी) ढग. हे ढगही ढिगाप्रमाणे दिसतात आणि त्यांच्यातील पाण्याचे प्रमाण खूप अधिक असल्याने काळे दिसतात व जास्त उंचावर नसतात. हे ढग पाऊस देतात. ३) तंतूमेघ वा सिरस (पिंजलेल्या दोर्‍याप्रमाणे वा पिंजारलेल्या केसांप्रमाणे दिसणारे) ढग. हे राशीमेघ वा वर्षामेघांपेक्षा अधिक उंचीवर असतात. ४) स्तरीमेघ वा स्ट्रॅटस ढग. हे पांढरे असून विरळ चादरीप्रमाणे दिसतात. ह्यातील पाणी हे हिमकणांच्या रूपात असते. हे वातावरणामध्ये बर्‍याच उंचीवर असतात. ह्या चार प्रकारातील काही प्रकार मिळून तयार होणारे ढग उपप्रकारात मोडतात. तंतूस्तरमेघ वा सिरोस्ट्रॅटस हा उपप्रकार तंतू व स्तरी प्रकारचे ढग मिळून तयार झालेला असतो.

ह्यानंतर – भाग ५ – भविष्य

चंद्रसंभवाची कहाणी

मनोगताच्या २०११ दिवाळी अंकात पूर्वप्रकाशित.

चंद्रसंभवाची कहाणी

ऐका चंद्रदेवा तुमची कहाणी. आटपाट सूर्यमाला होती. केंद्रस्थानी सूर्य होता. सूर्याभोवती ग्रह फिरत होते. ग्रह लहान होते, मोठे होते. अवाढव्य होते, बारके होते. दगडाधोंड्यांचे होते, वातवायूंचे होते. त्यातच पृथ्वी फिरत होती.

एकदा एक गोल अवकाशातून फिरताफिरता पृथ्वीपाशी आला. दोघांची टक्कर झाली. टकरीमुळे उत्पात उसळला. त्यातून उडालेल्या धुळीने पृथ्वीभोवती फेर धरला. यथावकाश त्या धुळीचा गोळा झाला आणि पृथ्वीला प्रदक्षिणा घालू लागला. त्याचे नाव चंद्र ठेवले.

अशाप्रकारे निर्माण झालेला चंद्र तुम्हा-आम्हा सर्वांवर प्रसन्न होऊन तुम्हा-आम्हांत खगोलशास्त्राची आवड निर्माण करो. ही चंद्रसंभवाची साठा उत्तरांची कहाणी पाचा उत्तरी सुफळ संपूर्ण.

जगभरातील विविध संस्कृतींमध्ये चंद्राच्या निर्मितीबाबत अनेक कपोलकल्पित कथा पूर्वापार प्रचलित आहेत. चंद्राच्या शास्त्रीय अभ्यासाला सुरुवात झाली ती मात्र सतराव्या शतकामध्ये (१६१०) गॅलिलिओने त्याची दुर्बीण चंद्राकडे रोखली तेव्हा. त्यानंतर चंद्रसंभवाचे वेगवेगळे शास्त्रीय तर्क लोकांनी वेळोवेळी मांडले. ते तर्क कोणते, त्यातील प्रचलित तर्क कोणता, वगैरे गोष्टींकडे वळण्याआधी आपण चंद्राच्या भौगोलिक आणि रासायनिक जडणघडणीची थोडक्यात माहिती करून घेऊ.

चंद्र हा पृथ्वीचा एकुलता एक नैसर्गिक उपग्रह. सौरमालेतील उपग्रहांच्या आकाराचे बाबतीत चंद्राचा पाचवा क्रमांक लागतो. पृथ्वीचा व्यास चंद्राच्या व्यासाच्या चौपट तर पृथ्वीचे वस्तुमान चंद्राच्या एक्क्याऐंशी पट आहे. इतर ग्रहांचे नैसर्गिक उपग्रह त्या ग्रहांच्या तुलनेत खूपच छोटे आहेत. मात्र पृथ्वीला मिळालेला मोठा उपग्रह हा सौरमालेत वेगळा ठरतो.

आकृती १. चंद्राचे अंतरंग

पृथ्वीप्रमाणेच चंद्रही दगडाधोंड्यांचा बनलेला आहे. (चंद्राच्या अंतरंगासाठी आकृती १. पाहा.) पृथ्वीप्रमाणेच चंद्राच्या अंतरंगाचे तीन भाग आहेत – कवच (crust), प्रावरण (mantle) आणि गाभा (core). चंद्राच्या केंद्रस्थानीचा गाभा छोटा आहे. हा गाभा चंद्राच्या वस्तुमानाच्या सुमारे १ ते २ टक्के वस्तुमान असलेला आणि चंद्राच्या एकूण व्यासाच्या केवळ २०% व्यासाचा आहे. सौरमालेतील दगडाधोंड्यांनी तयार झालेल्या (terrestrial) बाकी ग्रह-उपग्रहांमध्ये गाभ्याचा भाग त्या-त्या ग्रह-उपग्रहाच्या आकारमानाच्या सुमारे ५०% आकारमानाचा आहे असे आढळते. चंद्राचा घन अंतर्गाभा २४० किलोमीटर (किमी) त्रिज्येचा असून लोहयुक्त आहे तर द्रव बाह्यगाभा सुमारे ३०० किमी त्रिज्येचा असून तो प्रामुख्याने वितळलेल्या लोहापासून तयार झालेला आहे.

गाभ्याभोवती सुमारे ५०० किमी त्रिज्येचा सीमाभाग असून तो अर्धवट वितळलेल्या स्वरूपात आहे. चंद्राचे प्रावरण सिलिकेट खनिजांनी युक्त असून त्यात मॅग्नेशियम आणि लोहाचे प्रमाण मोठे आहे. कवच ऍनोर्थोसाइटचे (अग्निजन्य खडकाचा प्रकार, ज्यात फेल्स्पारचे प्रमाण ९०टक्क्यांहून जास्त तर सिलिकेट खनिजांचे प्रमाण नगण्य असते) बनलेले आहे.

चंद्राला पृथ्वीभोवती एक फेरी मारण्यासाठी लागणारा वेळ (परिभ्रमण काळ) आणि स्वत:भोवती एक गिरकी घेण्यास लागणारा वेळ (परिवलन काळ) सुमारे सारखाच असल्यामुळे चंद्राची एकच बाजू कायम पृथ्वीकडे तोंड करून असते. चंद्राच्या ह्या दर्शनीभागावर अनेक विवरे, खाच-खळगे आहेत. चंद्रावरचे डाग म्हणजेच गडद रंगाचे भाग हे प्रत्यक्षात गोठलेल्या शिलारसाची (magma) पठारे आहेत, ज्यांना “मरिया” (मरिया म्हणजे लॅटिनमध्ये समुद्र) नावाने संबोधले जाते. मरिया चंद्राच्या दर्शनी भागापैकी सुमारे ३१% भाग व्यापतात. चंद्राच्या मागच्या बाजूवर मात्र फारच कमी मरिया आढळतात (एकूण भागाच्या सुमारे २%).

पृथ्वीच्या प्रावरणाच्या आणि चंद्राच्या वजनापैकी सुमारे अर्धे वजन हे ऑक्सिजनच्या समस्थानिकांचे (isotopes) आहे. ऑक्सिजनची ^१६O, ^१७O, ^१८O अशी तीन समस्थानिके असतात. पृथ्वीवरील बेसाल्ट (basalt) खडकांमधील आणि चंद्रावरील ऑक्सिजनच्या समस्थानिकांची घडण तंतोतंत सारखी आहे. अशनींमधील ऑक्सिजनच्या समस्थानिकांची घडण मात्र बेसाल्ट/चंद्राच्या तुलनेत फारच वेगळी आढळते.

चंद्राची निर्मिती सुमारे साडेचार अब्ज (billion) वर्षांपूर्वी वा सौरमालेच्या निर्मितीनंतर सुमारे ३० ते ५० दशलक्ष (million) वर्षांनी झाली असे मानले जाते. चंद्राची निर्मिती कशी झाली असावी ह्याबाबत पूर्वीपासून अनेकांनी अनेक तर्क लढवले. त्यातील प्रमुख तर्क खालीलप्रमाणे –

० विखंडन (fission) – चंद्र हा पूर्वी पृथ्वीचाच एक भाग होता. काही कारणाने तो पृथ्वीपासून दुरावला व तिच्या गुरुत्वाकर्षणात अडकून तिच्याभोवती फिरू लागला.
० प्रग्रहण (capture) – चंद्र सूर्यमालेत इतरत्र तयार झाला. फिरता फिरता यथावकाश पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणात अडकून तिच्याभोवती फिरू लागला.
० सहनिर्मिती (conformation/ coaccretion/ condensation) – चंद्र आणि पृथ्वी हे दोघेही (सौरमाला ज्यापासून तयार झाली त्या) मूळ तेजोमेघापासून तयार झाले. तेजोमेघातील घटकपदार्थ एकत्र येऊन पृथ्वी आणि चंद्र तयार झाले व एकमेकांभोवती फिरू लागले.
० महा-आघात (giant impact) -सौरमालेच्या सुरुवातीच्या इतिहासात सुमारे मंगळाएवढ्या आकाराची एक ख-वस्तू पृथ्वीवर आदळली आणि त्या टकरीतून बाहेर अवकाशात फेकल्या गेलेल्या पदार्थांचे कडे पृथ्वीभोवती फिरू लागले. कालांतराने ह्या कड्यातील द्रव्ये एकत्र येऊन त्याचा चंद्र झाला.

आता ह्या तर्कांविषयी अधिक माहिती पाहू.

विखंडन –
विखंडन तर्कानुसार चंद्र हा पृथ्वीचाच भाग होता आणि तो काही कारणाने पृथ्वीपासून दुरावला वा सुटून निघाला. १८७८ मध्ये (सजीवांच्या उत्क्रांतीचा सिद्धांत मांडणार्‍या सुप्रसिद्ध चार्ल्स डार्विनचा मुलगा) जॉर्ज हॉवर्ड डार्विनने चंद्रसंभवाचा विखंडन तर्क मांडला. डार्विनच्या तर्कानुसार पृथ्वीनिर्मितीच्या सुरुवातीच्या काळात मूळ पृथ्वीचाच असलेला आणि वितळलेला भाग सूर्याच्या गुरुत्वाकर्षणाने व अपसारी वा अपकेंद्री बलामुळे (centrifugal force) पृथ्वीपासून दूर फेकला गेला. तो पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे तिच्याभोवती फिरत राहिला. डार्विनने न्यूटनप्रणित (Newtonian) स्थितिगतीशास्त्राचा (mechanics) वापर करून विखंडित चंद्राच्या कक्षेचे मोजमाप व स्पष्टीकरण मांडले. त्यानुसार, चंद्राची कक्षा पूर्वी पृथ्वीच्या बरीच जवळ होती व हळूहळू ती रुंदावत गेली. चंद्राच्या रुंदावलेल्या कक्षेबाबतचा निष्कर्ष आधुनिक विज्ञानही मान्य करते. चंद्र अजूनही पृथ्वीपासून हळूहळू दूर जात आहे. विखंडन सिद्धांत त्याकाळी अतिशय लोकप्रिय आणि मान्यताप्राप्त ठरला.

आता असा प्रश्न निर्माण झाला की पृथ्वीचा नेमका कोणता भाग सुटून दुरावला? डार्विनने विखंडन तर्क मांडल्यानंतर सुमारे चार वर्षांनी प्रसिद्ध भूगर्भशात्रज्ञ ऑस्मंड फिशर यांनी डार्विनच्या तर्काला अशी पुस्ती जोडली की चंद्र पृथ्वीपासून सुटून निघाल्यामुळे निर्माण झालेल्या खळग्यामध्ये पाणी भरून आताचा प्रशांत महासागर तयार झाला आहे. चंद्राची रासायनिक जडणघडण पाहता पृथ्वीच्या प्रावरणाची आणि चंद्राची रासायनिक घडण ढोबळमानाने सारखी असल्याचे आढळत असल्यामुळे हा तर्क लोकप्रिय ठरला. पृथ्वीच्या प्रावरणामध्ये लोहाचे प्रमाण फार मोठे नसल्यामुळे चंद्राचा गाभा छोटा असावा असे स्पष्टीकरण विखंडन तर्काने दिले.

विखंडन तर्क खरा मानायचा झाल्यास (चंद्र निर्माण होण्यापूर्वी) पृथ्वीचा कोनीय संवेग (angular momentum) सध्याच्या सुमारे चौपटीएवढा जास्त असायला हवा. म्हणजे पृथ्वीची परिवलन गती खूपच जास्त असायला हवी. तशी ती होती ह्याचे पुरावे सापडत नाहीत. त्यावेळची परिस्थिती पाहता पृथ्वी स्वत:भोवती एवढ्या प्रचंड वेगाने फिरत असणे शक्य नाही. पृथ्वी जर खरोखरीच फार वेगाने स्वत:भोवती फिरत असती तर तिच्या प्रावरणातील पदार्थांमध्ये व पर्यायाने चंद्रावरील पदार्थांमध्ये ह्या वेगवान गतीमुळे निर्माण होणार्‍या ताणाच्या खुणा आढळायला हव्यात, त्या तशा आढळत नाहीत. कृत्रिम उपग्रहांनी मिळवलेल्या माहितीच्या विश्लेषणानंतर ऑस्मंड फिशर यांचा चंद्र आणि प्रशांत महासागराच्या जागेसंदर्भातला तर्कही चूक ठरला. प्रशांत महासागराचे खोरे (Pacific basin) केवळ ७० दशलक्ष वर्षांपूर्वी तयार झालेले आहे. तेव्हा विखंडनाने चंद्रसंभव होणे शक्य नाही असा निष्कर्ष निघतो.

प्रग्रहण –
१९०९ साली खगोलशास्त्रज्ञ थॉमस जेफरसन जॅक्सन सी यांनी प्रग्रहण तर्क मांडला. प्रग्रहण तर्कानुसार चंद्राची निर्मिती सौरमालेत इतरत्र झाली. त्यामुळे चंद्राच्या रासायनिक घडणीचे पृथ्वीच्या घडणीशी साम्य असण्याचे कारण उरत नाही. इतस्तत: फिरता फिरता चंद्र पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षण क्षेत्रात आला आणि तिच्याभोवती कायमचा फिरू लागला असे प्रग्रहण तर्क सांगतो. आता ही घटना घडायची झाल्यास त्यासाठी कोणती परिस्थिती असणे आवश्यक ठरते ते पाहू. सौरमालेतील इतर ग्रह-उपग्रहांच्या जोड्या पाहता पृथ्वीच्या आकारमानाच्या तुलनेत चंद्र खूपच मोठा आहे हे आपण आधी पाहिले. तर एवढा मोठा चंद्र तिच्या गुरुत्वाकर्षणाच्या जाळ्यात अडकण्यासाठी तिचा आणि चंद्राचा वेग खूपच मंद असायला हवा. शिवाय चंद्राची गती पृथ्वीपाशी येताना कमी झालेली असायला हवी. चंद्राचा वेग कमी झाला नसता तर तो कालांतराने पृथ्वीच्या कचाट्यातून बाहेर सुटू शकला असता. मात्र तसे झाले नाही. चंद्र सौरमालेदरम्यानच्या अवकाशात इतरत्र तयार झाला असेल तर त्याचा गाभा छोटा असण्याचे, त्यात लोहाचे प्रमाण (इतर ग्रह-उपग्रहांच्या तुलनेत) एवढे कमी असण्याचे कारण नाही. तेव्हा चंद्राच्या छोट्या गाभ्याचे स्पष्टीकरण हा तर्क देऊ शकत नाही. वेगवेगळ्या ठिकाणी तयार झालेल्या पृथ्वीच्या प्रावरणातील (बेसाल्ट खडक) आणि चंद्रावरील ऑक्सिजनच्या समस्थानिकांच्या (isotopes) तंतोतंत जुळणार्‍या रासायनिक घडणीचे स्पष्टीकरणही हा तर्क देऊ शकत नाही. मंगळाचे दोन्ही उपग्रह (फोबॉस आणि डिमॉस) हे मंगळाला प्रग्रहणाने मिळाले आहेत. त्यांचा आकार मंगळाच्या तुलनेत खूपच लहान आहे, तसेच हे दोन्ही उपग्रह गोलाकार नाहीत तर लघुग्रहांप्रमाणे ओबडधोबड बटाट्यासारखे आहेत. चंद्राच्या मोठ्या आकाराचे स्पष्टीकरणही प्रग्रहण तर्क देऊ शकत नाही. सबब हा तर्कही मागे पडला.

सहनिर्मिती –
सहनिर्मिती तर्काला अनेक प्रसिद्ध वैज्ञानिकांचा पाठिंबा मिळाला होता. सहनिर्मिती तर्कानुसार पृथ्वी आणि चंद्र हे दोघेही सौरमालेत सध्या आहेत तिथेच मूळ तेजोमेघातील द्रव्यांपासून तयार झाले. त्यामुळे दोघांची निर्मिती एकाच सुमारास झाली असे हा तर्क मांडतो. दोघे सध्याच्या ठिकाणी तयार झाले असते तर दोघांचे आकारमान पाहता दोघे एकमेकांवर आदळून चंद्र पृथ्वीमध्ये विलीन झाला असता. तिच्याभोवती फिरत राहू शकला नसता. तसेच दोघे एकाच मूळ तेजोमेघापासून एकमेकांपासून जवळच्या अंतरावर एकाच सुमारात तयार झाले असते तर दोघांच्या रासायनिक जडणघडणीमध्ये, गुरुत्वाकर्षण शक्तीमध्ये, गाभ्यामध्ये आणि घनतेमध्ये एवढा फरक कसा, ह्या प्रश्नाचे उत्तर सहनिर्मिती तर्क देऊ शकत नाही. थोडक्यात काय तर हा तर्कही मागे पडला.

वरील तीन तर्कांवर आधारित एक व्यंग्यचित्र जालावर सापडले, त्यासाठी आकृती २. पाहा.

आकृती २. चंद्रनिर्मितीच्या विखंडन (fission), प्रग्रहण (capture) आणि सहनिर्मितीच्या (co-formation or condensation) तर्कांवर आधारित व्यंग्यचित्र. मूळ मोठ्या आकारातील चित्र पाहण्यासाठी पुढील दुवा पाहा -http://cloe.boulder.swri.edu/images/formationTheoryLg.jpg

महा-आघात –
चंद्राच्या निर्मितीबाबतच्या वरील तीन तर्कांची शहानिशा करण्याच्या उद्देशाने अपोलो मोहिम आखली गेली. अपोलो यानांनी चंद्रावरील दगड-मातीचे नमुने पृथ्वीवर आणले. मात्र त्यातून मिळालेला विदा (data) वरीलपैकी कोणत्याच तर्काला पुष्टी देत नाही. अपोलो विद्यातून उपस्थित प्रश्नांची उत्तरे मिळणे तर सोडाच, उलट आणखी प्रश्न निर्माण झाले. सत्तरीच्या दशकाच्या मध्यावर चंद्राच्या निर्मितीचा एक वेगळाच सिद्धांत आकार घेऊ लागला होता. खरे तर हार्वर्ड विद्यापीठातील रेजिनाल्ड डाली यांनी १९४६ साली आघातातून चंद्राच्या निर्मितीचा तर्क मांडला होता. मात्र त्याकाळच्या लोकप्रिय तर्कांच्या पार्श्वभूमीवर ह्या नव्या तर्काकडे सगळ्यांचे दुर्लक्ष झाले होते. १९७४ साली मात्र हा तर्क खगोलशास्त्रीय वर्तुळात पुन्हा ऐरणीवर आला.

ह्या तर्कानुसार चंद्रसंभव झाला तो मंगळाएवढ्या आकाराची ख-वस्तू पृथ्वीवर आदळल्यामुळे.

आकृती ३.महा-आघाताचे कल्पनाचित्र (आंतरजालावरून साभार)

१९७५ मध्ये डॉ. विलियम हार्टमन आणि डॉ. डॉनल्ड डेविस यांनी “आयकॅरस” ह्या सुप्रसिद्ध मासिकामध्ये महा-आघात सिद्धांताचे स्पष्टीकरण प्रकाशित केले. सौरमाला ग्रहनिर्मितीच्या शेवटच्या टप्प्यात असताना सौरमालेत लहान-मोठ्या उपग्रहांच्या आकाराचे अनेक गोल इतस्तत: फिरत होते. त्यातील काही गोल हे ग्रहांच्या गुरुत्वाकर्षणात फसून त्यांच्याभोवती फिरू लागले, तर काहींची एखाद्या ग्रहांशी टक्कर झाली. हार्टमन आणि डेविस यांच्या प्रारुपानुसार (model) त्यातील एका गोलाची पृथ्वीशी टक्कर झाली आणि पृथ्वीच्या प्रावरणातील धूळ आकाशात उडाली. त्या धुळीपासून चंद्र तयार झाला. ही आघाताची क्रिया चंद्राच्या विशिष्ट अशा भूगर्भीय घडणीचे स्पष्टीकरण देऊ शकते.
हार्टमन आणि डेविस ह्यांचा तर्क प्रसिद्ध होण्याच्या सुमारास आणखी एका वैज्ञानिक जोडीने हाच तर्क स्वतंत्रपणे मांडला. आल्फ्रेड कॅमरुन आणि विलियम वार्ड ह्यांच्या प्रारुपानुसार सुमारे मंगळाएवढ्या आकाराचा गोल पृथ्वीवर आदळला. मात्र ही टक्कर समोरासमोर (head on) न होता स्पर्शरेखीय (tangential) होती. ह्याचा अर्थ आघात होतेवेळी पृथ्वीचे केंद्र आणि मंगळाएवढ्या गोलाचे केंद्र जोडणारी रेषा आणि त्या गोलाची कक्षा यांच्यातील कोन पंचेचाळीसाच्या जवळपास होता. त्यामुळे ह्या आघातातून बाहेर उडालेली धूळ ही मुख्यत: पृथ्वीचे कवच आणि प्रावरणाची आणि त्या गोलाच्या प्रावरणाची होती. त्यामुळे धुळीत सिलिकेटांचे प्रमाण प्रचंड तर लोहाचे प्रमाण नगण्य असणे साहजिक ठरते.

ग्रीक पुराणकथेनुसार “थिया” (Theia) ही देवता चंद्रदेवता सेरेनला जन्म देते. त्यामुळे ह्या मंगळाएवढ्या ख-वस्तूचे नामकरण “थिया” (Theia) असे झाले. महा-आघात सिद्धांतानुसार थिया आणि पृथ्वी हे शेजार ग्रह होते. अर्थातच पृथ्वीचा आकार आणि पर्यायाने गुरुत्व थियापेक्षा मोठे असल्याचा परिणाम कालांतराने थिया पृथ्वीवर आदळण्यात झाला.

डॉ. कॅमरुन यांच्या प्रारुपानुसार महा-आघाताची संगणक-बतावणी (computer simulation) आकृती ४. मध्ये पाहा.

आकृती ४. डॉ. कॅमरुन यांच्या प्रारुपानुसार महा-आघाताची संगणक-बतावणी (computer simulation). ही आकृती http://solarsystem.nasa.gov/scitech/display.cfm?ST_ID=446ह्या संकेतपानावरून साभार.

आकृती ४. मधील चित्रे ही चंद्रसंभवाच्या क्रियेतील टप्पे दर्शवितात. ही चित्रे डॉ. कॅमरुन यांच्या प्रारुपाच्या संगणक-बतावणीवर आधारित आहेत. चित्रांमध्ये निळ्या रंगाने लोह धातूचे अस्तित्व, तर केशरी-लाल रंगाने दगड-धोंड्यांचे प्रावरण दाखविले आहे. आघात होणार्‍या दोन वस्तूंपैकी लहान वस्तू ही थिया तर मोठी वस्तू पृथ्वी आहे. थिया व पृथ्वीची स्पर्शरेखीय टक्कर होते (चौकट १). त्या टकरी मुळे पृथ्वी व थिया, दोघींचे तापमान वाढते आणि दोन्ही गोल आकार बदलतात (चौकट २), मात्र लहान थियाचा आकार पृथ्वीच्या मानाने खूपच बदलतो. थियाच्या गाभ्यातील काही लोह पृथ्वीमध्ये समाविष्ट होते, परंतु गाभ्याचा बहुतेक भाग थियामध्येच राहतो. आघाताच्या परिणामामुळे, चेंडू उसळावा तशी थिया पृथ्वीपासून थोडी दूर उसळते (चौकटी ३ ते ८). प्रत्यक्ष चंद्रसंभवाचे वेळी आतापर्यंतच्या घटना घडण्यासाठी फार तर अर्धा तास लागला असावा. चौकटी ३ ते ८ मधील गोलांचे आकार लहान दिसत आहेत, ते संपूर्ण चित्र सारख्याच आकाराच्या चौकटींमध्ये पूर्ण मावावे म्हणून. आघातामुळे गोलांचा आकार घटला असे ही बतावणी (simulation) सुचवत नाही, हे लक्षात घ्यावे.

आता थिया पृथ्वीवर पुन्हा आदळते (चौकट ९), मात्र आता ती पृथ्वीमध्ये हळूहळू विलीन होते. थियाचा लोहगाभा हळूहळू पृथ्वीच्या केंद्राकडे खेचला जाऊन पृथ्वीच्या गाभ्यात मिसळतो. आघातामुळे उडालेली धूळ,दगड-धोंडे नव्या पृथ्वीच्या भोवती फिरू लागतात (चौकटी १३-१६). कालांतराने ही धूळ व दगड-धोंडे एकत्र येऊन त्यांपासून चंद्राची निर्मिती होते (चित्र दाखविलेले नाही.) पृथ्वीभोवती फेर धरलेल्या धुळीचा चंद्र होण्यासाठी सुमारे दहा वर्षांचा कालावधी लागला असावा असे हे प्रारूप सुचवते. एवढ्या थोडक्या कालावधीमध्ये तयार झालेला चंद्र अतिशय तप्त आणि वितळलेल्या स्वरूपात असावा. त्यामुळे चंद्रावरील वितळलेल्या शिलारसाच्या (magma) मरियांच्या अस्तित्वाचे स्पष्टीकरण महा-आघात सिद्धांत देऊ शकतो.

महा-आघाताचा पृथ्वीवर कसा परिणाम झाला असावा हे आकृती ५. मध्ये दाखविले आहे.

आकृती ५. महा-आघाताचा पृथ्वीवर परिणाम. (http://www.nature.com/nature/journal/v451/n7176/fig_tab/nature06582_F2.htmlयेथून साभार.)

पृथ्वी आणि चंद्रामध्ये प्रत्यक्ष आढळणार्‍या काही रासायनिक आणि भूगर्भीय वैशिष्ट्यांचे स्पष्टीकरण देण्यास महा-आघात सिद्धांत कमी पडतो. उदाहरणार्थ, आपण आधी पाहिल्याप्रमाणे चंद्राच्या आणि पृथ्वीच्या ऑक्सिजन समस्थानिकांची रासायनिक घडण तंतोतंत सारखी आहे. जर थिया हा स्वतंत्र गोल होता आणि चंद्रामध्ये थियाचाही काही भाग समाविष्ट झालेला असेल तर ह्या समस्थानिकांच्या घडणीमध्ये थोडा फरक दिसायला हवा. महा-आघात सिद्धांताकडे सध्या ह्याचे स्पष्टीकरण नाही. चंद्राच्या बेसाल्ट खडकांमध्ये आढळणार्‍या बाष्पनशील पदार्थांच्या (volatiles) अस्तित्वाचे स्पष्टीकरण महा-आघात सिद्धांत देऊ शकत नाही – महा-आघातानंतर, आघातामुळे चंद्र तप्त होऊन वितळलेल्या स्वरूपात काही काळ असला तर बाष्पनशील पदार्थ चंद्रावरून उडून जायला हवे होते. अशाप्रकारे महा-आघाताच्या सिद्धांतामुळे चंद्रसंभवाची कहाणी पाचा उत्तरी सुफळ झाली तरी साठा उत्तरी संपूर्ण मात्र होऊ शकत नाही. तरीही चंद्रसंभवाचा महा-आघात सिद्धांत आजच्या घडीला सर्वमान्य आणि लोकप्रिय सिद्धांत आहे.

दोन चंद्र ?

चंद्राचा दर्शनी भाग त्याच्या मागच्या भागापेक्षा फारच वेगळा आहे. दर्शनी भागावर मरियांचे प्रमाण खूप (एकूण भागाच्या ३१ %) तर मागील भागावर फारच थोडे (एकूण भागाच्या २%) आहे. दर्शनी भाग तुलनेने सपाट तर मागील भाग मोठ्या प्रमाणात उंच-सखल डोंगर-दर्‍यांचा आहे. चंद्राच्या दोन्ही बाजूंमधला फरक हा बुचकळ्यात टाकणारा आहे.

चंद्राच्या दोन भागांमधील फरकावर संशोधन करणार्‍या सांता क्रूझच्या कॅलिफोर्निया विद्यापीठातील एरिक ऍस्फाग आणि मार्टिन जुट्झी यांच्या संगणक प्रारुपानुसार महा-आघातातून उडालेल्या धुळीचे सुरुवातीला एक नाही तर दोन चंद्र तयार झाले. त्यातील एक दुसर्‍यापेक्षा बराच मोठा होता. छोट्या चंद्राचा व्यास सुमारे १२०० किलोमीटर, तर मोठ्याचा व्यास सुमारे ३५०० किलोमीटर असावा. दोघांची रायायनिक घडण अर्थातच सारखी होती. छोट्या चंद्राला प्रावरण आणि कवच होते, परंतु त्याचा गाभा अगदीच नगण्य होता, जवळपास नव्हताच म्हटले तरी चालेल. मोठ्या चंद्राला (मूळ धुळीच्या कड्यातील लोहाच्या कमतरतेमुळे) छोटा गाभा होता. निर्मितीनंतर काही काळ (सुमारे १० दशलक्ष वर्षे) हे दोन्ही चंद्र एकाच कक्षेमध्ये पृथ्वीप्रदक्षिणा करत होते. एवढ्या कालावधीमध्ये मोठ्या चंद्रावर शिलारसाचे समुद्र तयार होऊन ते थंड झाले होते. मोठ्या चंद्राची परिभ्रमण कक्षा रुंदावत गेली आणि त्याचा छोट्या चंद्राच्या कक्षीय स्थैर्यावर परिणाम होऊन कालांतराने छोटा चंद्र मोठ्यावर जाऊन आदळला. मात्र हा आघात होतेवेळी दोन्ही चंद्रांची एकमेकांसापेक्ष गती मंद होती. छोटा चंद्र मोठ्या चंद्रावर आदळतेवेळी त्याची गती २ ते ३ किलोमीटर प्रतिसेकंद असावी असे हे प्रारूप सुचवते. ह्या मंदगती आघातामुळे मोठ्या चंद्रावर खड्डा पडला नाही, तर लहान चंद्रामधील पदार्थ मोठ्या चंद्रावर जाऊन पसरले. त्यातून आघाताच्या जागेवर उंचसखल डोंगर-दर्‍या तयार झाल्या. त्याच वेळी छोट्या चंद्रावरील पदार्थाने मोठ्या चंद्राच्या आघातक्षेत्रातील पदार्थांना दूर लोटले. अशाप्रकारे तयार झालेल्या नव्या चंद्राची एक बाजू जड होती. कालांतराने चंद्र त्याच्या कक्षेत स्थिरावताना त्याची परिवलन आणि परिभ्रमण गती सारखीच होऊन परिणामत: त्याची एकच एक बाजू सतत पृथ्वीसमोर राहू लागली.

लहान व मोठ्या चंद्राच्या मंदगती आघाताचे परिणाम आकृती ६. मध्ये पाहा.

आकृती ६.लहान व मोठ्या चंद्राची टक्कर. संगणक-बतावणीचे दोन चंद्रांच्या आघातक्रियेतील टप्पे. १२७० किमी. व्यासाचा लहान चंद्र ३५०० किमी. व्यासाच्या मोठ्या चंद्रावर २.४ किमी प्रति सेकंद वेगाने ४५ अंशातून आदळला असतानाची संगणक बतावणी. छोट्या चंद्राचे कवच फिक्या निळ्या रंगात, प्रावरण गडद निळ्या रंगात, मोठ्या चंद्राचे कवच राखाडी रंगात दर्शविलेले आहे. पिवळा रंग मोठ्या चंद्राच्या प्रावरणातील शीलारसाचे समुद्र दर्शवतो. आघातामुळे शीलारसाच्या समुद्राचा भाग चंद्राच्या दर्शनी भागाकडे (गोलाची खालची बाजू) ढकलला गेला, तर मागील भागावर (गोलाची वरची बाजू) छोट्या चंद्रावरील पदार्थ पसरून उंचसखल प्रदेश तयार झाला.

चंद्रसंभवाच्या कहाणीतील साठ उत्तरे मिळवण्यासाठी अनेक वैज्ञानिक संशोधन करत आहेत. चंद्र आपल्याला नेहमीच जवळचा वाटत आलेला आहे. मानवी इतिहासातील घटनांच्या बाबतीत “चंद्र आहे साक्षीला” असे असले, तरी चंद्रसंभवाच्या घटनेची साक्ष कोण देणार?

वरदा व. वैद्य, ऑक्टोबर २०११ । Varada V. Vaidya, October 2011

संदर्भ –

१. Center for Lunar Origin and Evolution चे संकेतस्थळ (http://cloe.boulder.swri.edu/aboutTheMoon/alternateTheories.html)
२. The Capture Theory of the Moon
३. The Origin of the Moon, Roberto Bugiolacchi,
४. Origin of Earth and Moon, G. Jeffrey Taylor, Hawai’i Institute of Geophysics and Planetology.
५. Forming the lunar farside highlands by accretion of a companion moon, M. Jutzi and E. Asphaug, Nature, 2011, vol. 476, pp. 69-72
६. Pbs.org चे संकेतस्थळ
७. पारिभाषिक शब्दांसाठी : मनोगतावरील पारिभाषिक शब्दांचा शोध
८. विकिपीडियाचे ’Giant Impact Hypothesis’ संकेतपान.

2010 in review

The stats helper monkeys at WordPress.com mulled over how this blog did in 2010, and here’s a high level summary of its overall blog health:

The Blog-Health-o-Meter™ reads This blog is doing awesome!.

Crunchy numbers

A Boeing 747-400 passenger jet can hold 416 passengers. This blog was viewed about 2,900 times in 2010. That’s about 7 full 747s.

 

In 2010, there was 1 new post, growing the total archive of this blog to 23 posts. There were 4 pictures uploaded, taking up a total of 324kb.

The busiest day of the year was December 18th with 49 views. The most popular post that day was या गो दरियाचा दरारा मोठा...

Where did they come from?

The top referring sites in 2010 were mr.wikipedia.org, anukulkarni.blogspot.com, google.co.in, vishaltelangre.wordpress.com, and facebook.com.

Some visitors came searching, mostly for त्सुनामी, त्सुनामी निर्माण, त्सुनामी त्सुनामी, चंद्र, and भूकंप.

Attractions in 2010

These are the posts and pages that got the most views in 2010.

1

या गो दरियाचा दरारा मोठा.. November 2006
3 comments

2

भूपट्ट विवर्तन : माहिती आणि महती February 2009
2 comments

3

चंद्र नसता तर.. September 2008
1 comment

4

मी.. November 2006
4 comments

5

कात्रणे February 2007
3 comments

Thanks to all the readers!! I intend to write more frequently in this year. Happy New Year to you all!! -Varada V. Vaidya

पृथ्वीचे ‘पाणी’ग्रहण

पूर्वप्रकाशन – मनोगत दीपावली २०१०

खूप खूप वर्षांपूर्वीची गोष्ट. त्या महाप्रचंड तेजोमेघामध्ये प्रचंड उलथापालथ चालू होती. ढग आणि धुळीने भरलेला तो प्रचंड ढग आतल्या आत ढवळून निघत होता. धूळींचे कण एकमेकांवर आपटून एकमेकांना बिलगत होते. बघता बघता त्या तेजोमेघात धूळ आणि वायूंचे लहान-मोठे गोळे तयार झाले. ते गोळे इतस्तत: भटकत असताना एकमेकांच्या वाटेत येत आणि मग ते गोळे एकत्र येऊन त्यांचे मोठे गोळे तयार होत. असे करता करता त्या तेजोमेघाच्या मध्यापाशी मोठा गोल आकार घेऊ लागला. हा गोल स्वत:भोवती गिरक्या घेता घेता आजूबाजूचे लहान-मोठे गोळे गिळंकृत करत असे. परिणामी ह्या गोळ्याचा आकार दिवसेंदिवस वाढत गेला. असे करता करता हजारो वर्षे गेली. हा गोलकाने आता चांगलेच बाळसे घरले होते. जसजसा त्याचा आकार वाढत होता तसतशी त्याची भूकही वाढत होती. भोवतालची धूळ आणि वायू तो जोराने स्वत:कडे खेचून घेत होता. जसे मोरीतून पाणी वाहून जाताना ते मोरीच्या भोकाभोवती गोल गोल फिरत मग आत जाते तसे हे धूळ आणि वायूंचे कण ह्या मध्यवर्ती गोळ्याकडे खेचले जाताना त्याभोवती गरगर फिरू लागले. ह्या पदार्थांची एक चकतीच त्या गोळ्याभोवती निर्माण झाली. सुमारे लक्ष वर्षांनी एक वेळ अशी आली की ह्या गोळ्याचे वाढलेले वस्तुमान त्याला स्वत:लाच पेलवेना. स्वत:च्या वस्तुमानाखाली तो अक्षरश: चिरडला जाऊ लागला. त्याच्या मध्याच्या दिशेने त्याच्यातील पदार्थ कोसळू लागले. आता ह्या बाहेरून आत कोसळणार्‍या वस्तुमानाला तोलण्यासाठी आतून बाहेरच्या दिशेने काहीतरी घडणे आवश्यक झाले आणि त्यावेळी तिथे हायड्रोजनच्या सम्मीलनाची (फ्यूजनाची) प्रक्रिया सुरू झाली. ज्या क्षणी ही प्रक्रिया सुरू झाली त्या क्षणी त्या गोळ्याचा तारा म्हणून जन्म झाला. हा नवजात तारा म्हणजे आपला सूर्य.

धूळ आणि वायूंची ती चकती ह्या नवजात सूर्याभोवती फिरतच होती. सूर्यातून बाहेर पडणार्‍या सौरकणांच्या (solar particles) आणि प्रारणांच्या (radiation) दाबामुळे ही चकती सूर्यापासून थोडी दूर ढकलली गेली आणि सूर्य आणि ह्या चकतीदरम्यान थोडे अंतर निर्माण झाले. आता ह्या चकतीमधले पदार्थ एकमेकांवर आदळून त्यात लहानमोठे गोळे तयार होऊ लागले होते. हळूहळू लहानमोठे ग्रहाणू (planetesimals) ह्या चकतीदरम्यान आकार घेऊ लागले. चकतीही हळूहळू थंड होऊ लागली. त्यातही चकतीचा बाहेरचा भाग आतल्या, सूर्याजवळच्या भागाच्या मानाने जास्त वेगाने थंड होऊ लागला. सौरकण आणि प्रारणांच्या दाबामुळे चकतीतली वायूरूप, हलकी आणि सहज गोठू न शकणारी (गोठण्यासाठी फारच कमी तापमानाची आवश्यकता असणारी) मूलद्रव्ये चकतीच्या बाहेरच्या भागात फेकली गेली; तर जड, सहज आणि जास्त तापमानालाही स्थायूरुप घेऊ शकणारी मूलद्रव्ये आणि संयुगे चकतीच्या आतल्या भागात जास्त प्रमाणात राहिली.

ह्या चकतीमध्ये तयार झालेले ग्रहाणू चकतीच्या फिरण्याच्या दिशेने सूर्याभोवती फिरू लागले. फिरता फिरता आजूबाजूच्या भागातील पदार्थ ते आपल्यात सामावून घेत आणखी मोठे होत होते. दोन वा अधिक ग्रहाणू आदळून एकमेकांत मिसळून जात. करता करता काही ग्रहाणूंचे आदिग्रह (protoplanets) तयार झाले. सौरमालेतील ग्रहाणू आणि आदिग्रह तयार झाल्यानंतर टकरींचा एक मोठा काळ येऊन गेला. ग्रहाणू व आदिग्रह एकमेकांच्या कक्षांमध्ये मोठ्या प्रमाणात हस्तक्षेप करत. त्यामुळे सौर-तेजोमेघामध्ये एका भागात तयार झालेला ग्रहाणू ती जागा सोडून दुसर्‍याच ठिकाणी फेकला जाई. अशा तर्‍हेने ग्रह तयार होताना सौर-तेजोमेघाच्या विविध भागातील ग्रहाणू त्यात असत.
एक आदिग्रह बघता बघता खूप मोठा झाला आणि त्याचा गुरूग्रह झाला. आजूबाजूचे ग्रहाणू मटकावत त्याचे वस्तुमान वाढता वाढता एवढे वाढले की ते पृथ्वीच्या वस्तुमानाच्या दहापट झाले. (आपल्या आकलनाच्या सोयीसाठी आपण पृथ्वीच्या तुलनेत सगळ्यांची वस्तुमाने मोजतो.) आता हे वस्तुमान एवढे वाढले होते की आजूबाजूचे ग्रहाणूच नव्हे तर वायूसुद्धा त्याच्या गुरुत्वाकर्षणाच्या जाळ्यात अडकू लागले. मात्र गुरू चकतीच्या अशा भागात तयार झाला होता, जिथे जड मूलद्रव्ये फार मोठ्या प्रमाणात नव्हती, हलकी मूलद्रव्ये मात्र भरपूर. त्यामुळे तो वायूग्रह (gaseous planet) झाला. गुरूग्रहाच्या अलीकडे आणि पलीकडेही लहानमोठे आदिग्रह चकतीशेतात चरत होतेच. अलीकडच्या भागातील आदिग्रहांना चरायचा चांगली जड मूलद्रव्ये मिळाली होती. त्यामुळे त्यांचे दगड-धोंड्यांचे ग्रह (rockey planets) झाले. बुध, शुक्र, पृथ्वी आणि मंगळ हे ते ग्रह. गुरू आणि पलीकडे मात्र आदिग्रहांना हलक्या मूलद्रव्यांवर आपले पोट भरावे लागल्यामुळे त्यांचे वायूरूप ग्रह तयार झाले ते शनी, युरेनस आणि नेपच्यून. भोवतालचे कण गुरुत्वाकर्षणाने स्वत:त सामावून घेऊन गाभ्याच्या वाढण्याच्या प्रक्रियेला संवृद्धी (accretion) असे म्हणतात. सूर्य व सौरमालेतील बहुतेक ग्रह हे गाभ्याच्या संवृद्धीने (core accretion) तयार झाले आहेत असे प्रचलित सिद्धांत सांगतो.

असे लहानमोठे ग्रह तयार होताना त्यांनी चकतीशेत बर्‍यापैकी साफ केले होते. तेव्हा पटकन ओढून गिळता येतील असे पदार्थ आता गुरूला मिळेनासे झाले आणि स्वत:ही सूर्याप्रमाणे होण्याचा त्याचा प्रयत्न फसू लागला, तसा तो चवताळला. मंगळ आणि गुरूच्या दरम्यानही पदार्थ एकत्र येऊन काही ग्रहाणू आदिग्रह तयार करण्याच्या कामात गुंतले होते. मात्र चवताळलेल्या गुरूच्या गुरुत्वाकर्षणाचा परिणाम एवढा की ते एकत्र येऊच शकले नाहीत. शेवटी लघुग्रहांच्या (asteroids) रूपात ते तिथेच त्या पट्ट्यात फिरू लागले. लघुग्रहांचा पट्टा असा तयार झाला असावा असे प्रचलित सिद्धांत सांगतो. लघुग्रहांच्या निर्मितीचा आणखी एक सिद्धांत मानला जात असे. त्यानुसार मंगळ आणि गुरूदरम्यान ग्रह तयार झाला होता, पण गुरूच्या गुरुत्वाकर्षणापुढे त्याचा फार काळ निभाव लागू शकला नाही आणि शेवटी फुटून त्याच्या ठिकर्‍या उडाल्या. ह्या ठिकर्‍या म्हणजेच लघुग्रह. लघुग्रहांच्या पट्ट्याचे एकूण वस्तुमान आपल्या चंद्राच्या वस्तुमानाच्या केवळ ४% भरते. लघुग्रहांचा मिळून गोल केला तर तो केवळ १५०० किलोमीटर व्यासाचा, म्हणजे आपल्या चंद्राच्या निम्म्या व्यासाचा होईल. म्हणजे ग्रह तयार होण्याएवढे सामान तिथे नाही. त्यामुळे लघुग्रहांच्या निर्मितीचा दुसरा सिद्धांत आता मागे पडला आहे.
खगोल एकक (ख.ए. Astronomical Unit, A.U.) म्हणजे सूर्य आणि पृथ्वीदरम्यानचे सरासरी अंतर. १ ख.ए. = १४,९५,९८,००० किलोमीटर. सूर्यापासून २.७ ख.ए. अंतराला ‘हिमरेषा‘ (ice line) म्हणतात. ह्या अंतरावर सौर-तेजोमेघ (solar nebula) पुरेसा थंड असल्याने तिथे पाणी गोठू शकत होते. त्या मुळे ह्या अंतरावर आणि त्यापुढे तयार झालेल्या ग्रहाणूंमध्ये पाणी अंतर्भूत झाले. लघुग्रहांच्या पट्ट्यातील बाहेरच्या भागातील लघुग्रहांवर अशा तर्‍हेने मोठ्या प्रमाणात पाणी अंतर्भूत झाले.

ऍरिझोना विद्यापीठातील एक खगोलतज्ज्ञ डॉ.जॉन लुइस ह्यांच्या प्रारुपानुसार (model) सौरतेजोमेघातील पदार्थ थंड होऊन गोठताना ते तक्ता १. मधील क्रमानुसार गोठले असावेत. उदाहरणार्थ कॅल्शियम आणि मॅग्नेशियम सिलिकेटे आणि ऑक्साइडे यांसारखी संयुगे, जी अधिक तापमानाला गोठू शकतात ती सर्वात आधी गोठली असणार, तर हायड्रोजन आणि हेलियम सारखे वायू खूपच कमी तापमान असल्याशिवाय गोठू शकत नाहीत ते सर्वात शेवटी आणि सूर्यापासून जास्तीत जास्त दूर अंतरावर गोठले असणार.

तक्ता १. सौर तेजोमेघातील पदार्थांच्या गोठण्याचा क्रम.

१	कॅल्शियम , टायटॅनियम , ऍल्युमिनियम आणि मॅग्नेशियमची ऑक्साइडे – CaTiO 3, Ca 2Al 2SiO 7, MgAl 2O 4
२	लोह आणि निकेलचा संमिश्र धातू (Alloy)- Fe-Ni
३	एन्स्टॅटाईट – MgSiO 3– पृथ्वीच्या प्रावरणात (mantle) मोठ्या प्रमाणात आढळणारे एक खनिज (mineral)
४	ऍल्युमिनियमची अल्कली सिलेकेटे (Alkali Aluminosilicates)
५	ट्रॉइलाइट – FeS- आयर्न सल्फाइड खनिज
६	लोहयुक्त सिलिकेटे – FeO silicates
७	जलयुक्त सिलिकेटे (hydrated silicates) – ह्या सिलिकेटांमध्ये पाण्याचा (H2O) रेणू रासायनिक बंधांनी (chemical bond) अंतर्भूत असतो .
८	पाणी – H 2O
९	अमोनिया – NH 3
१०	मिथेन – CH 4
११	हायड्रोजनचे रेणू -H 2
१२	हेलियम – He

वरील तक्ता ध्यानात घेत आपण सौरमालेतील ग्रहांची रासायनिक घटना (chemical composition) पाहिली तर आपल्या असे लक्षात येईल की सौरमालेच्या आतल्या भागात तयार झालेले पृथ्वीसदृश (terrestrial) ग्रह हे धातूंची ऑक्साइडे, लोह वा लोह-निकेल संमिश्र धातू (alloy) यांपासून तयार झाले आहेत. कारण सौरमालेच्या ह्या भागातील जास्त तापमानाला गोठू शकणारे असे हे पदार्थ आहेत. (सौरमालेच्या ह्या भागातील सध्याचे नव्हे तर सौरमालेच्या निर्मितीच्या वेळेचे तापमान आपल्याला लक्षात घ्यायचे आहे.) मात्र पाणी हे ह्या उच्च तापमानाला गोठणारे संयुग नाही. तेव्हा, हे दगडधोंड्यांचे पृथ्वीसदृश आदिग्रह तयार झाले तेव्हा त्यांवर पाणी असण्याची शक्यता अगदीच नगण्य. मग पृथ्वीवर पाणी आले कुठून आणि कसे?

पृथ्वीवरील पाणाच्या उगमाबाबत आपल्याकडे पुराव्यासहित ठोस माहिती नाही. परंतु,पृथ्वीवर पाणी कुठून आले असावे ह्याबाबत काही शक्यता मांडल्या जातात. पहिली शक्यता म्हणजे आदिपृथ्वी निर्माण झाली ती पाण्यासकटच. मात्र आपण ह्याआधी पाहिल्यानुसार आदिपृथ्वी तयार होताना तीवर पाणी राहण्याची शक्यता अगदीच नगण्य आहे. त्यामुळे आदिपृथ्वीपासून पृथ्वीग्रह तयार होताना नंतरच्या टप्प्यांमध्ये पृथ्वीवर पाणी आले असणार. सौरमालेत जलयुक्त (hydrated) खनिजे आढळतात. पृथ्वीवर सापडलेले अनेक अशनी (meteorites) अशा कार्बनी कॉन्ड्राइटांचे (carbonaceous chondrites) बनलेले आहेत. आदिपृथ्वी जर अशा कार्बनी कॉन्ड्राइटांची बनलेली असती तर पृथ्वीवर सध्या आहे त्याच्या तीनशे पट अधिक पाणी आढळले असते; सध्या समुद्रांची सरासरी खोली ३ ते ४ किलोमीटर आहे, ती ३० ते ४० किलोमीटर असती.

सौरमालेचा विचार करता पाणी असणार्‍या दुसर्‍या ख-वस्तू म्हणजे धूमकेतू. धूमकेतू म्हणजे बर्फ आणि सेंद्रीय (organic) धुळीच्या (साधारणपणे सारख्या प्रमाणातील) मिश्रणाचे गोळे. त्यांचा व्यास १ ते १०० किलोमीटरच्या दरम्यान असतो. सौरमालेच्या टोकाशी क्युपर पट्टा (Kuiper Belt) आहे. हा पट्टा म्हणजे सौर-चकतीतील उरलेसुरले गोठलेले पदार्थ. सौरमालेभोवती ऊर्टचा ढग आहे. तो म्हणजे सौर-तेजोमेघातील उरल्यासुरल्या गोठलेल्या पदार्थांचा गोल. क्युपर पट्टा आणि ऊर्ट ढगाच्या कल्पनाचित्रासाठी आकृती १. पाहा. सौरमालेतील बहुतेक धूमकेतूंचा उगम क्युपर पट्ट्यात वा ऊर्टच्या ढगात असतो. मोठा परिभ्रमण काळ असणारे (long period) धूमकेतू सहसा ऊर्टच्या ढगातून आलेले असतात. ह्या धूमकेतूंच्या परिभ्रमण कक्षांचे वितरण यादृच्छिक (randomly distributed) असते आणि कक्षा सहसा अन्वस्तीय (parabolic) असतात. त्यावरून त्यांच्या उगमाचे क्षेत्र गोलाकार (spherical) आणि दूरवर (distant) असल्याचे कळते. क्युपरचा पट्टा सौरमालेच्या प्रतलात (plane) पण नेपच्यूनच्या कक्षेच्या पुढे (३० ख.ए. पेक्षा जास्त अंतरावर) आहे. त्यामुळे तिथे उगम पावणारे धूमकेतू सहसा छोटा परिभ्रमणकाळ असलेले (short-period) असतात. ह्या धूमकेतूंच्या कक्षा साधारणपणे सौरमालेतील ग्रहांच्या कक्षांच्या प्रतलात असतात आणि ग्रह ज्या दिशेने सूर्याभोवती फिरतात, सहसा त्याच दिशेने हे धूमकेतू सूर्याभोवती फिरताना आढळतात.

आकृती १. क्युपर पट्टा आणि ऊर्टचा ढग. सौजन्य - नासा (NASA).

धूमकेतूंच्या कक्षा ग्रहांच्या परिभ्रमण कक्षांना छेदून धूमकेतू ग्रहांवर आदळण्याची उदाहरणे आपल्याला नवीन नाहीत. उदाहरणार्थ, शूमेकर-लेवी९ हा धूमकेतू जुलै १९९४ मध्ये गुरूवर आदळला होता. तेव्हा, असे अनेक धूमकेतू पूर्वी आदिपृथ्वीवर आदळून त्यामार्गे पृथ्वीवर पाणी आले असावे अशी एक शक्यता वैज्ञानिकांमध्ये बराच काळ लोकप्रिय होती. पृथ्वीच्या वातावरणात आढळणारे अरगॉन, क्रिप्टॉन, झेनॉनसारख्या निष्क्रीय वायूंचे (noble or inert gases ) प्रमाणही धूमकेतूंच्या टकरींकडे निर्देश करते. आतापर्यंत सखोल अभ्यास झालेले धूमकेतू म्हणजे हॅले, हेल-बॉप आणि ह्याकुताके. ह्या तीनही धूमकेतूंवर आढळणार्‍या पाण्यातील ड्युटेरियम-हायड्रोजन गुणोत्तर (D/H) हे पृथ्वीवरील पाण्यातील ड्युटेरियम-हायड्रोजन गुणोत्तराच्या सुमारे दुप्पट आहे. त्यामुळे पृथ्वीवरील पाण्याचा उगम धूमकेतूंवर असण्याच्या संभव कमी दिसतो. ड्युटेरियम म्हणजे हायड्रोजनचे एक समस्थानिक (isotope). हायड्रोजनच्या केंद्रकात एक प्रोटॉन असतो, तर ड्युटेरियमच्या केंद्रकात एका प्रॉटॉनसोबत एक न्युट्रॉनही असतो. त्यामुळे ड्युटेरियमला जड हायड्रोजन असेही म्हटले जाते. इतर धूमकेतूंच्या पाण्यातील D/H गुणोत्तर ह्या तीन धूमकेतूंप्रमाणेच असल्यास धूमकेतूंमुळे पृथ्वीवर मोठ्या प्रमाणात पाणी आले असण्याची शक्यता कमी होते. अधिकाधिक धूमकेतूंचा अभ्यास होईल त्यानुसार ह्या शक्यतेची ग्राह्याग्राह्यता बदलू शकेल. धूमकेतूंमुळे पृथ्वीवर थोड्या प्रमाणात पाणी आले असेलही, पण पृथ्वीवरील पाण्याचा तो मुख्य स्त्रोत नसावा असा सध्याचा ग्राह्य निष्कर्ष आहे.

तेव्हा, पाण्याच्या उगमासाठी आपल्याला आता पुन्हा सौरमाला शोधणे आले. सौरमालेत पृथ्वी वगळता आणखी कुठे कुठे पाणी सापडते? युरोपा ह्या गुरू ग्रहाच्या एका उपग्रहावर गोठलेल्या पाण्याचे समुद्र आहेत. गुरुच्या गाभ्यातही मोठ्या प्रमाणात बर्फ आहे. वैज्ञानिकांचा असा कयास आहे की युरोपाच्या पृष्ठभागावर पाणी जरी गोठलेले असले तरी ह्या गोठलेल्या पाण्याच्या थराखाली द्रव पाण्याचा थर असावा. युरेनस आणि नेपच्यूनवर मोठ्या प्रमाणात पाण्याचा बर्फ आहे. हे दोन ग्रह पाणी, अमोनिया आणि मिथेन ह्या मुख्य घटकांच्या बर्फांपासून बनलेले आहेत. त्यामुळे त्यांना बर्फग्रह (icy planets) असेही म्हटले जाते. ह्याशिवाय लघुग्रहांवर पाणी आहे. लघुग्रहांच्या पट्ट्याच्या बाहेरच्या भागातील लघुग्रह कार्बनी कॉन्ड्राइटांचे बनलेले आहेत, तर आतील भागातील लघुग्रह सामान्य कॉन्ड्राइटांचे. कार्बनी कॉन्ड्राइटांपासून बनलेल्या काही लघुग्रहांमध्ये त्यांच्या वस्तुमानाच्या सुमारे १०% वस्तुमान केवळ पाण्याचे असल्याचे आढळले आहे. सौरमाला तयार होतेवेळी, भरकटलेले लघुग्रह आदिग्रहांवर आदळले असण्याची शक्यता आपण लेखाच्या सुरुवातीला पाहिली. पूर्वी बाहेरच्या पट्ट्यातील लघुग्रहांपैकी काही आदिपृथ्वीवर आदळले आणि तेव्हापासून पृथ्वीवर पाणी आले असण्याची तिसरी शक्यता ही पृथ्वीवरील पाण्याच्या उगमाची सर्वात ग्राह्य शक्यता सध्या मानली जाते.

आकृती २. लघुग्रहाचे पृथ्वीवर आदळणे. श्री. जॉन डेविस यांनी काढलेले कल्पनाचित्र. नासाच्या (NASA) संकेतस्थळावरून साभार.

लघुग्रहांवरच्या पाण्याचे D/H गुणोत्तर पाहता ह्या गुणोत्तराची एकच किंमत मिळत नाही. वेगवेगळ्या भागातील लघुग्रहांवर हे गुणोत्तर वेगवेगळे आहे. मात्र लघुग्रहांवरील पाण्याच्या D/H गुणोत्तराची सरासरी किंमत पृथ्वीवरील पाण्याच्या D/H गुणोत्तराच्या जवळ जाणारी आहे.

पृथ्वीसदृश आदिग्रह तयार होतेवेळी त्यांच्यात मुळात पाणी नव्हते. ते लघुग्रहांच्या आदळण्याने संवृद्धीच्या नंतरच्या टप्प्यांमध्ये (later stages of accretion) आदिग्रहांमध्ये समाविष्ट झाले. बाहेरच्या पट्ट्यातील लघुग्रहांना एकीच्या बळाचे फळ मिळत नसल्याने गुरूच्या गुरुत्वप्रभावाने ते इतस्तत: भिरकावले जात हे आपण पाहिलेच. हे लघुग्रह बाकी आदिग्रहांना टाळून नेमके आदिपृथ्वीवरच आदळले आणि त्यांनी केवळ पृथ्वीलाच जलमय केले हे तर काही शक्य नाही. तर प्रश्न असा पडतो की बुध, शुक्र आणि मंगळावरही ते आदळले असतील तर तिथे पाणी कसे सापडत नाही? बुध आणि शुक्र हे सूर्याच्या एवढे जवळ आहेत की तिथे भरपूर पाणीवाले मोठमोठे लघुग्रह आदळून त्यांनी त्या आदिग्रहांवर कितीही पाणी ओतले तरी सूर्याच्या उष्णतेमुळे आणि सौरवार्‍यांच्या (solar winds) दाबामुळे हे पाणी बाष्पीभवन होऊन कधीच अवकाशात उडून गेले असणार. तरी शुक्राच्या वातावरणात पाण्याच्या वाफेचा अंश आढळतो. पण मंगळाचे नसे नाही. तो तर लघुग्रहांना पृथ्वीपेक्षा अधिक जवळचा. म्हणजे लघुग्रहांच्या आदळण्याने मंगळावर पाणी आले असणारच. आता जरी मंगळाचा पृष्ठभाग कोरडा असला तरी कोणे एके काळी मंगळावर पाणी होते. मंगळाच्या पृष्ठावर दिसणारे कोरडे कालवे हा ह्या कयासामागच्या अनेक पुराव्यांपैकी एक. मात्र काही कारणांमुळे मंगळाचे चुंबकीय क्षेत्र (magnetic field) नष्ट झाले. चुंबकीय क्षेत्रामुळे ग्रहाच्या पृष्ठभागाचे सौरप्रारणांपासून संरक्षण होते. चुंबकीय क्षेत्र सौरकणांना, अतिनील (UV) आणि त्यासारख्या प्रारणांना ग्रहाच्या वातावरणाबाहेर ठेवते. मात्र चुंबकीय क्षेत्र नष्ट झाले तर सौरप्रारणांना ग्रहावर उतरण्यासाठी मुक्तरान मिळते. असे झाल्यामुळे मंगळावरचे पाणी हळूहळू उडून गेले. मात्र मंगळाच्या पृष्ठाखाली अजूनही पाणी असावे असा कयास मांडला जातो.

पृथ्वी तयार होताना पृथ्वीच्या प्रावरणातील (mantle) खनिजांमधले पाणी ज्वालामुखींच्या उद्रेकातून, तसेच वायू निष्कासनाच्या (degassing) प्रक्रियेतून वाफेच्या स्वरूपात सुरुवातीच्या वातावरणात आले. कालांतराने वाफ थंड होऊन पावसाच्या सरी धरणीवर कोसळल्या आणि हे पाणी खोलगट भागांमध्ये साठून समुद्र तयार झाले.

पृथ्वीवरचे पाणी पृथ्वीवर सजीव जगण्या-टिकण्यासाठी फार महत्त्वाचे आहे हे वेगळे सांगण्याची गरज नाहीच. अनेक वर्षांपूर्वी लघुग्रहांनी आदिपृथ्वीवर आणून टाकलेले पाणी अजूनही पृथ्वीवर आहे. पाण्याची वाफ ही जड असल्यामुळे पाण्याचे रेणू सहसा पृथ्वीच्या वातावरणाच्या अगदी वरच्या थरांमध्ये आढळत नाहीत. शिवाय पृथ्वीचे चुंबकीय क्षेत्र तिचे सौरप्रारणांपासून रक्षण करत असल्यामुळे पृथ्वीवरून निसटून पाण्याचे रेणू अवकाशात उडून जाण्याचे प्रमाण अगदी नगण्य. म्हणजेच तेव्हा पृथ्वीवर आलेले पाणी आजतागायत इथेच आहे. ते हिम, द्रव वा बाष्प स्वरूपात अजूनही पृथ्वीवरच आहे. पृथ्वीचा ७० % पृष्ठभाग समुद्रांनी व्यापलेला आहे. समुद्रांची सरासरी खोली आहे ३ ते ४ किलोमीटर. पृथ्वीवरील पाण्याचे वर्गीकरण तक्ता २. मध्ये आणि आकृती ३. मध्ये पाहा.

तक्ता २. पृथ्वीवरील पाण्याचे वर्गीकरण

पाण्याचा स्रोत	पाण्याचे आकारमान(क्युबिक किलोमीटरमध्ये)	(एकूण पाण्याच्या) टक्के
महासागर, समुद्र आणि उपसागर	१,३३,८०,००,०००	९६.५
हिमटोप* (ice caps), हिमनद्या (glaciers) व कायमस्वरूपी हिम (permanent snow)	२,४०,६४,०००	१.७४
मातीतील दमटपणा (soil moisture)	१६,५००	०.००१
भूजल (ground water) – गोडे (fresh) – खारे (saline)	२,३४,००,००० १,०५,३०,००० १,२८,७०,०००	१.७ ०.७६ ०.९४
भू-हिम (ground ice) व नित्य गोठित भूमी** (permafrost)	३,००,०००	०.०२२
सरोवरे (lakes) – गोडे – खारे	१,७६,४०० ९१,००० ८५,४००	०.०१३ ०.००७ ०.००६
वातावरण (atmosphere)	१२,९००	०.००१
पाणथळ (swamp)	११,४७०	०.०००८
नद्या	२,१२०	०.०००२
जैविक पाणी (biological water)	१,१२०	०.०००१
एकूण	१,३८,६०,००,०००	१००

*५०,००० वर्ग किलोमीटरपेक्षा कमी क्षेत्रावर पसरलेल्या हिमास हिमटोप वा हिमच्छद (ice cap) म्हणतात. ५०,००० वर्ग किलोमीटरपेक्षा जास्त क्षेत्रावर पसरलेल्या हिमास हिमस्तर (ice sheet) म्हणतात.
** ज्या जमिनीचे तापमान दोन वर्षे वा अधिक कालावधीसाठी पाण्याच्या गोठणबिंदूपेक्षा कमी असते अशा गोठलेल्या जमिनीस नित्य गोठित भूमी वा नित्यतुहिन (permafrost) म्हणतात.

आकृती ३. पृथ्वीवरील पाण्याचे वितरण. ga.water.usgs.gov येथून साभार व सुधारित.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

पृथ्वीचे वय आहे सुमारे साडेचार अब्ज वर्षे. पृथ्वीवर समुद्र तयार झाले ते सुमारे ३.८ अब्ज वर्षांपूर्वी. म्हणजे त्याच्याही आधी लघुग्रह आदिपृथ्वीवर आदळून त्यांनी पाणी पृथ्वीवर आणले असणार. लघुग्रहांची करणी आणि पृथ्वीवर पाणी!

वरदा व. वैद्य, नोव्हेंबर २०१० । Varada V. Vaidya, November 2010

संदर्भ सूची
१. ‘How to Find a Habitable Planet‘, James Kasting, 2010, Princeton University Press.
२. ‘The Living Cosmos‘, Chris Impey, 2008, Random House Publishing.
३. Cosmos Magazine news
४. पारिभाषिक शब्दांसाठी – मनोगतावरील पारिभाषिक शब्दांचा शोध, शब्दानंद (कोशरचनाकार- सत्त्वशीला सामंत) आणि प्रगती सायन्स डिक्शनरी.

मनस्वी प्रशांत – एल निन्यो व ला निन्या

मनस्वी प्रशांत

पूर्वप्रकाशन : मनोगत दिवाळी अंक २००९.

‘पृथ्वी गोल आहे. तर, युरोपातून भारत आणि पूर्व आशियाला जाण्यासाठी आफ्रिकेला वळसा घालून जाण्यापेक्षा समुद्रमार्गे पश्चिमेकडे गेल्यास जवळचा मार्ग सापडू शकेल’ अशा विचाराने मोहिमेवर निघालेल्या फर्नान्डो मॅजेलानला (मूळ पोर्तुगीज, मात्र स्पेनच्या झेंड्याशी निष्ठा राखणारा) दक्षिण अमेरिकेला वळसा घालून जावे लागले. दक्षिण अमेरिका आणि अंटार्क्टिका खंडादरम्यानच्या चिंचोळ्या सामुद्रधुनीतून (जी आता मॅजेलानची सामुद्रधुनी (Strait of Magellan) म्हणून ओळखली जाते) पुढे गेल्यानंतर त्याला शांत आणि अथांग असा आणखी एक समुद्र लागला. त्या शांत पाण्याला उद्देशून त्याने ह्या महासागराचे नामकरण पॅसिफिक, अर्थात प्रशांत असे केले. ह्याचे नाव जरी प्रशांत ठेवले, तरी तो सर्वत्र आणि नेहमी, वाटतो तेवढा शांत नसतो. विशेषत: विषुववृत्तीय प्रदेशात ह्याचा स्वभाव कशाने बदलेल हे सांगणे कठिण असते. प्रशांत महासागराचा “पारा चढला” की त्याला म्हणतात “एल निन्यो” (El Niño) आणि त्याने “थंडा प्रतिसाद” दिला की त्याला म्हणतात “ला निन्या” (La Niña). एकूण प्रशांत महासागराचा हा मनस्वी स्वभाव जागतिक हवामानात मोठी ढवळाढवळ करतो.

एल निन्योचा इतिहास

इ. स. १५०० च्या सुमारास पेरू देशाच्या पश्चिम किनार्‍यावर लहान बोटींतून मासेमारी करणार्‍या कोळ्यांना प्रशांत महासागराचा पारा अधूनमधून चढत असल्याचे सर्वप्रथम लक्षात आले. पेरूच्या किनार्‍याजवळ दर काही (सुमारे ४ ते ७) वर्षांनी समुद्राचे पाणी नेहमीपेक्षा जास्त तापलेले असते असा अनुभव त्यांना वारंवार येत असे. पाण्याचे तापमान वाढण्याची घटना सहसा नाताळच्या सुमारास घडत असल्यामुळे त्यांनी ह्या घटनेचे नामकरण एल निन्यो, अर्थात बालयेशू (Christ child) किंवा छोटा मुलगा असे केले. इ.स. १७०० ते १९०० च्या दरम्यान अनेक युरोपीय खलाशांनी ह्या तापमानवाढीच्या नोंदी लिहून ठेवल्या. ह्या नोंदी पुढे एल निन्यो आणि त्याच्या परिणामांच्या संशोधनांमध्ये उपयुक्त ठरल्या. १८९१ मध्ये पेरू देशातील डॉ. लुइस करॅंझा ह्या भूगोलतज्ज्ञाने दक्षिण अमेरिकेच्या पाऊसपाण्यामध्ये आणि हवामानामध्ये होणारे विचित्र बदल हे एल निन्योमुळे होतात असे सांगणारे त्याचे संशोधन प्रसिद्ध केले.

सर गिल्बर्ट वॉकर (१८६८ ते १९५८) हे ब्रिटिश गणितज्ज्ञ व हवामानशास्त्रज्ञ. १९२३ मध्ये त्यांनी विषुववृत्तीय (equatorial) प्रशांत महासागराच्या पूर्वेकडील व पश्चिमेकडील प्रदेशातील वातावरणी दाबामध्ये परस्परसंबंध असल्याचे सिद्ध केले. विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या पूर्वप्रदेशातील वातावरणी दाब अधिक असेल तर पश्चिमप्रदेशात तो सहसा कमी असतो आणि पूर्वप्रदेशात वातावरणी दाब कमी असेल तर पश्चिमप्रदेशात तो अधिक असतो. अशा प्रकारे पूर्व-पश्चिमेकडील प्रदेशांमध्ये वातावरणी दाबाचा ‘सीसॉ’ चालू असतो. ह्या ‘सीसॉ’ला त्यांनी ‘दक्षिण आंदोलन’ (Southern Oscillations) असे नाव दिले. जेकब जर्कनेज (१८९७ ते १९७५) ह्यांना विषुववृत्तीय प्रशांत महासागर आणि त्याच्या पूर्व व पश्चिमेकडील प्रदेश मिळून तयार होणार्‍या मोठ्या प्रदेशावर एक मोठे वातावरणी अभिसरणचक्र कार्यरत असल्याचे आढळून आले. ह्या अभिसरणचक्राचा ‘दक्षिण आंदोलनां’शी जवळचा संबंध असल्यामुळे त्यांनी ह्या अभिसरणास ‘वॉकर अभिसरण’ (Walker Circulation) असे नाव दिले (आकृती १ पाहा). विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या पृष्ठीय तापमानाचा (Sea Surface Temperature, SST) ह्या दक्षिण आंदोलनांशी संबंध असल्याचे वॉकर यांच्या संशोधनामुळे स्पष्ट झाले.

आकृती १. (द्विमित) वॉकर अभिसरण. NOAAच्या GFDL संकेतपानावरून साभार व सुधारित.

त्यावरून एल निन्यो आणि दक्षिण आंदोलने मिळून एन्सो (ENSO – El Nino Southern Oscillations) ही संज्ञा अस्तित्वात आली. १९०४ ते १९२४ च्या दरम्यान वॉकर हे भारतीय हवामान खात्याचे मुख्याधिकारी म्हणून कार्यभार सांभाळत होते. भारतातील मौसमी पाऊस, पश्चिम कॅनडातील तापमान आणि ऑस्ट्रेलिया व आफ्रिकेतील दुष्काळ अशा विविध घटनांचा संबंध दक्षिण आंदोलनाशी असल्याचे त्यांनी ह्या संशोधनांती दाखवून दिले. जेकब जर्कनेझ ह्यांनी एन्सोचे कार्य कसे चालते त्याचे सविस्तर स्पष्टीकरण केले. वॉकर अभिसरणाची तीव्रता ही विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या पृष्ठीय तापमानातील बदलांनुसार नियंत्रित होते. अशाप्रकारे समुद्र आणि हवेमध्ये उष्णता, ऊर्जा, बाष्प आणि संवेगाची (momentum) देवाणघेवाण होते. समुद्रपृष्ठाच्या तापमानातील बदल पृष्ठीय हवेच्या दाबातील बदलामध्ये परावर्तित होतात.

दक्षिण आंदोलनांची तीव्रता दर्शविणारा स्थिरांक (Southern Oscillations index SOI) काढण्यासाठी विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या पूर्वभागातील ताहिती बेट (१७.५o दक्षिण, १४९.६o पश्चिम) आणि पश्चिमेला ऑस्ट्रेलियातील डार्विन हे शहर (१२.४ o दक्षिण, १३०.९o पूर्व) ह्या दोन ठिकाणांवरील हवेच्या दाबाचा वापर केला जातो. जेव्हा SOI मोठा आणि धन (positive) असतो तेव्हा प्रशांत महासागराच्या पूर्वभागावरील पृष्ठीय दाब फारच जास्त असतो, तर हा स्थिरांक लहान आणि ऋण (negative) असतो तेव्हा पश्चिमभागावरील पृष्ठीय दाब फार जास्त असतो. आत्यंतिक मोठा आणि ऋण SOI एल निन्यो आणि धन SOI ला निन्या घटनांकडे निर्देश करतो (आकृती २ पाहा).

आकृती २. दक्षिण आंदोलने स्थिरांक. जॉन डाली यांच्या संकेतपानावरून साभार व सुधारित.

विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या पूर्व भागाचे तापमान सामान्यत: असणार्‍या तापमानापेक्षा वाढण्याच्या घटनेला एल निन्यो म्हणतात, तर त्याउलट ह्या भागाचे तापमान सामान्यत: असणार्‍या तापमानापेक्षा कमी होण्याच्या घटनेला ला निन्या म्हणतात. ला निन्या ह्या स्पॅनिश शब्दाचा अर्थ “छोटी मुलगी” असा होतो. एल निन्यो आणि ला निन्या घटनांना एकत्रितपणे –एन्सो घटना– असे म्हटले जाते. मागील काळामध्ये महत्त्वाच्या एन्सो घटना १७९०-९३, १८२८, १८७६-७८, १८९१, १९२५-२६, १९७२-७३, १९७६, १९८२-८३ मध्ये तर नजिकच्या काळामधील एन्सो घटना १९८६-८७, १९९१-९४, १९९७-९८, २००२-२००३, २००४-२००५, २००६-२००७ साली घडल्या. नजिकच्या काळामध्ये ह्या घटना वारंवार घडत आहेत असे दिसून येते. १९८२-८३ आणि १९९७-९८ चे एल निन्यो ह्या आजवरच्या सर्वाधिक तीव्रतेच्या एल निन्यो घटना आहेत.

विषुववृत्तीय महासागराची सामान्य परिस्थिती

एल निन्यो व ला निन्या परिस्थिती असताना प्रशांत महासागराच्या विषुववृत्तीय प्रदेशामध्ये नेमके कोणकोणते बदल घडून येतात हे पाहण्याआधी ह्या भागात परिस्थिती सामान्यत: कशी असते ते पाहू. (आकृती ३ व ४ पाहा.)

आकृती ३. प्रशांत महासागराचे तापमान सामान्य असतानाची परिस्थिती (normal condition). NOAA च्या GFDL संकेतपानावरून साभार व सुधारित.

आकृती ४. प्रशांत महासागराचे तापमान सामान्य असतानाची परिस्थिती (normal condition). वॉशिंग्टन विद्यापीठाच्या प्रा. केस्लर यांच्या संकेतपानावरून साभार व सुधारित.

सामान्यत: विषुववृत्तीय प्रशांत महासागरापाशी पृष्ठीय व्यापारी वार्‍यांची (surface trade winds) दिशा पूर्वेकडून पश्चिमेकडे अशी असते (आकृती ३ मधील “आ” व आकृती ४ पाहा). ह्या वार्‍यांच्या जोराने पृष्ठालगतचे गरम पाणी पूर्वेकडून पश्चिमेकडे वाहते आणि त्याबरोबर गरम पाण्यामुळे तापलेली आणि दमट झालेली पृष्ठीय हवाही पूर्वेकडून पश्चिमेकडे वाहून नेली जाते. पश्चिमेकडे स्थानांतरित झालेल्या पृष्ठीय पाण्याची जागा समुद्राच्या खालच्या थरांतील थंड पाणी घेते (आकृती ३ मधील “उ”). अशा प्रकारे ही उदंचन क्रिया (upwelling, पाणी वरच्या दिशेने शेंदले जाण्याची क्रिया) खालच्या थरांतील खनिजे व क्षारांनी युक्त असे सकस पाणी वर आणते आणि त्यावर विविध परिसंस्था (ecosystems) पुष्ट होतात. ह्या भागामध्ये मासे व इतर सागरी जीवांची (प्राणी व वनस्पती) उपलब्धता भरपूर असल्यामुळे पेरू आणि दक्षिण अमेरिकेच्या पश्चिम किनार्‍यावरील इतर देशांमध्ये मासेमारी हा मोठा उद्योग आहे. जिथे उदंचन होते तिथे समुद्राचे पृष्ठीय पाणी जास्त थंड असते.

समुद्राच्या पृष्ठापासून खाली काही अंतरापर्यंतच्या पाण्याच्या थरामधले पाणी सतत ढवळले जात असते. ह्या थराच्या खालच्या थरांतील पाणी थंड असते आणि पाण्याचा थंडपणा खोलीनुसार वाढत जातो. जिथे पाण्याच्या तापमानात हा बदल होतो त्या प्रदेशास तापबदल प्रदेश (thermocline) असे म्हणतात. जिथे उदंचन होत असते तिथे तापबदल प्रदेश उथळ असतो. पूर्व प्रशांत महासागरापाशी तापबदल प्रदेश अशा प्रकारे उथळ (सुमारे ४० मीटर खोलीवर) असतो तर पश्चिम प्रदेशात तो खोल (सुमारे १०० ते २०० मीटर खोलीवर) असतो. अशा प्रकारे तापबदल प्रदेशाला पूर्वेकडे चढ (वा पश्चिमेकडे उतार) असतो (आकृती ४ पाहा). पृष्ठीय व्यापारी वार्‍यांमुळे पूर्वेकडून पश्चिमेकडे वाहून गेलेले पाणी पश्चिमेकडे साठते आणि त्यामुळे समुद्रपृष्ठाला पूर्वेकडे उतार असतो. ह्या चढ वा उताराची तीव्रता पृष्ठीय व्यापारी वार्‍यांच्या जोरावर अवलंबून असते. पेरू देशाच्या आसपासच्या प्रदेशापेक्षा इंडोनेशीय प्रदेशामध्ये समुद्राची पातळी सुमारे अर्धा मीटर जास्त असते. हवेतील अभिसरण समुद्री पाण्याच्या अभिसरणाच्या विरुद्ध दिशेने असते. विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या पश्चिमेकडे साठलेले गरम पृष्ठीय पाणी तिथे पृष्ठालगतची हवाही तापवते. ह्या पाण्याच्या बाष्पीभवनामुळे पृष्ठालगतची उष्ण आणि दमट हवा वरच्या दिशेने प्रवाहित होऊन पृष्ठालगत कमी दाबाचा प्रदेश तयार होतो. ही उष्ण व दमट हवा वर गेल्यावर थंड होऊन त्यातून ढगांची निर्मिती होते आणि त्या भागामध्ये जोरदार पाऊस पडतो. हवेच्या वरच्या थरांमध्ये वार्‍यांची दिशा पश्चिमेकडून पूर्वेकडे असते. पाऊस पडल्यावर कोरडी झालेली हवा पूर्वेकडे वाहते आणि जसजशी थंड होईल तसतशी खाली उतरते. अशा प्रकारे विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या पूर्व भागात जास्त दाबाचा प्रदेश निर्माण होतो.

एल निन्यो परिस्थिती

विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या पूर्व भागातील पाणी नेहमीच्या तुलनेत जास्त तापले की त्याला एल निन्यो म्हणतात. एल निन्योमुळे आपण वर पाहिलेल्या सामान्य परिस्थितीमध्ये कसा बदल होतो ते पाहू. पूर्वेकडील पाण्याचे तापमान वाढल्याने पृष्ठीय हवा तापून वरच्या दिशेने जाऊ लागते. ही हवा (वॉकर अभिसरणातील) वरून खाली येणार्‍या वार्‍यांना विरोध करत असल्यामुळे पृष्ठीय व्यापारी वार्‍यांचा जोर कमी होतो. त्यामुळे पूर्व भागातील गरम पाणी कमी वेगाने आणि कमी प्रमाणात पश्चिमेकडे वाहून नेले जाते. पूर्वभागातील उदंचन मंदावून सकस पाण्याचा पुरवठाही कमी होतो. परिणामी मत्स्योत्पादन घटते व संबंधित व्यवसायांना त्याचा फटका बसतो. व्यापारी वार्‍यांचा जोर जसजसा ओसरत जातो तसतशी पूर्वभागात अवांचनाला (downwelling, पाणी खालच्या दिशेने जाणे) सुरुवात होते. एल निन्यो काळात तापबदल रेषेचा उतार कमी होतो, तसेच समुद्र पृष्ठाचा पूर्वेकडील उतार नष्ट झाल्याने गरम पाणी मागे फिरून पूर्वेकडे येते (आकृती ५ पाहा).

आकृती ५. एल निन्यो काळातील परिस्थिती. वॉशिंग्टन विद्यापीठाच्या प्रा. केस्लर यांच्या संकेतपानावरून साभार व सुधारित.

जसा समुद्रपातळीचा उतार कमी होऊन गरम पाणी विषुववृत्तीय सागरी प्रदेशात पूर्वेच्या दिशेने पसरते तसे ढग आणि पावसाचे प्रदेशही पश्चिमेकडून पूर्वेकडे सरकतात. परिणामी सागरी पावसाचे प्रमाण वाढते. पश्चिम भागातील इंडोनेशीय, ऑस्ट्रेलीय आणि आसपासच्या भूमी प्रदेशातील पावसाचे प्रमाण घटून तिथे दुष्काळी परिस्थिती निर्माण होते तर, पेरू, इक्वाडोर आणि आसपासच्या भागात पावसाचे प्रमाण वाढून पूरपरिस्थिती निर्माण होते.

ला निन्या परिस्थिती

विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या पूर्व भागातील पाणी नेहमीच्या तुलनेत थंड असले की तिला ला निन्या म्हणतात. ला निन्यामुळे आपण आधी पाहिलेल्या सामान्य परिस्थितीमध्ये कसा बदल होतो ते पाहू. पश्चिमेकडील पाण्याचे तापमान कमी झाल्याने पृष्ठीय हवाही थंड होऊन तेथील हवेचा दाब वाढतो. हा दाब (वॉकर अभिसरणातील) वरून खाली येणार्‍या वार्‍यांना जोर पुरवतो आणि त्यामुळे विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या मध्य आणि पूर्वेकडील पृष्ठीय व्यापारी वार्‍यांचा जोर वाढतो. त्यामुळे पूर्व भागातील पाणी जास्त वेगाने आणि जास्त प्रमाणात पश्चिमेकडे वाहून नेले जाते. पूर्वभागातील उदंचन वाढून खालच्या थरांतील थंड पाणी अधिकाधिक प्रमाणात वर येते. सकस पाण्याचा पुरवठा वाढतो. तेथील परिसंस्थांसाठी मोठ्या प्रमाणात खनिजे व क्षार उपलब्ध होऊन मत्स्योत्पादन, व इतर सागरी जीवांची संख्या वाढते व संबंधित व्यवसायांची भरभराट होते. ला निन्या काळात तापबदल रेषेचा उतार अधिक तीव्र होतो (आकृती ६ पाहा). तसेच समुद्र पृष्ठाचा पूर्वेकडील उतारही तीव्र होतो. जसजसा व्यापारी वार्‍यांचा जोर वाढतो तसतसे पूर्वेकडील थंड पाणी पश्चिमेकडे पसरत जाते.

आकृती ६. ला निन्या काळातील परिस्थिती. वॉशिंग्टन विद्यापीठाच्या प्रा. केस्लर यांच्या संकेतपानावरून साभार व सुधारित.

जोरदार व्यापारी वार्‍यांनी पश्चिमेकडे वाहून नेलेल्या पाण्यामुळे पश्चिमेकडील भागामध्ये उष्ण आणि दमट हवेला घेऊन वर जाणार्‍या वार्‍यांचा वेगही वाढतो. त्याने मोठ्या प्रमाणात ढगांची निर्मिती होऊन पश्चिम समुद्रात तसेच इंडोनेशीय प्रदेश, ऑस्ट्रेलिया व आसपासच्या प्रदेशांत पावसाचे प्रमाण आणि जोर वाढतो. तिथे मुसळधार पाऊस पडतो, पूर येतात, ओला दुष्काळ येऊ शकतो. हवेच्या वरच्या थरातील पश्चिमेकडून पूर्वेकडे वाहणार्‍या वार्‍यांचा जोर वाढून मोठ्या प्रमाणात थंड आणि कोरडी हवा सागराच्या पूर्वभागात तसेच दक्षिण अमेरिकेच्या पश्चिम भागात खाली उतरते. त्यामुळे इक्वेडोर, पेरू व आसपासच्या देशांमध्ये ह्यावेळी पावसाचे प्रमाण खूपच कमी होऊन दुष्काळी परिस्थिती ओढवते.

एल निन्यो आणि ला निन्यामुळे निर्माण होणारी समुद्री आणि वातावरणी परिस्थिती एकमेकांच्या विरुद्ध असली तरी तीव्रतेच्या बाबतीत एल निन्योच्या तुलनेत ला निन्या सहसा सौम्य (mild) असते. म्हणजे एल निन्यो परिस्थितीमध्ये विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या पश्चिम भागातील तापमान जेवढ्या प्रमाणात वाढते त्यामानाने ला निन्या परिस्थितीत ह्या भागातले तापमान तेवढ्या प्रमाणात कमी होत नाही. एल निन्यो परिस्थिती सुमारे ४ ते ७ वर्षांनी येते. सहसा (पण नेहमीच नव्हे) एल निन्यो नंतरच्या वर्षामध्ये ला निन्या परिस्थिती येते. म्हणजेच ला निन्या एल निन्योला अनुसरते.

जागतिक परिणाम

पृथ्वीवर स्थानिक, प्रांतिक आणि जागतिक श्रेणींची (scales) अनेक अभिसरण चक्रे एकाच वेळी कार्यरत असतात. त्यापैकी प्रमुख अभिसरण चक्रे आणि मानवाच्या अभिसरणाच्या आकलनामध्ये काळानुरूप होत गेलेल्या प्रगतीचा आढावा मनोगतावरील ‘वातावरणीय अभिसरण भाग १ ते ७‘ ह्या लेखमालेमध्ये वाचता येईल. ही अभिसरण चक्रे एकमेकांमध्ये गुंतलेली असून एका चक्रात झालेला बदल कमी जास्त प्रमाणात इतर चक्रांमध्ये परावर्तित होतो. वातावरण ह्या बदलांशी जुळवून घेते ते इतर चक्रांमध्ये बदल करून. काही चक्रांमध्ये एन्सोपाठोपाठ लगेच बदल घडतो तर काही चक्रांमध्ये बदल घडण्यासाठी मध्ये काही काळ लोटावा लागतो (time lag). एन्सो घटनांमुळे वॉकर अभिसरण चक्राच्या तीव्रतेमध्ये बदल होत असल्याने पावसाचे प्रदेश त्यांच्या मूळ ठिकाणांपासून इतरत्र सरकतात. पृष्ठीय हवेच्या दाबाचे पट्टेही जागा बदलतात. पृष्ठीय तापामानामध्ये बदल होतो. त्याचा जागतिक हवामानावर परिणाम होऊन काही प्रदेशांना जास्त प्रमाणात पाऊस मिळतो तर काहींना अवर्षणास तोंड द्यावे लागते, काही ठिकाणी तापमानामध्ये वाढ होते तर काही ठिकाणी घट होते, काही ठिकाणी हवा कोरडी होते तर काही ठिकाणी दमट. आकृती ७ व ८ मध्ये अनुक्रमे एल निन्यो आणि ला निन्या परिस्थितींमुळे जागतिक हवामानात उन्हाळी व हिवाळी महिन्यांमध्ये कसे बदल होतात ते दर्शविले आहे. एन्सो घटनांचा परिणाम अर्थातच विषुववृत्तानजिकच्या प्रदेशात सर्वाधिक असतो. एल निन्योमुळे इंडोनेशिया आणि ऑस्ट्रेलियामध्ये वणव्यांचे प्रमाण वाढते, पेरूमध्ये पूर येतात, दक्षिण अमेरिकेच्या वाळवंटी भागात अचानक पाऊस पडतो.

आकृती ७. The International Research Institute for Climate and Society च्या संकेतपानावरून साभार व सुधारित.

भारतीय उपखंडामध्ये हवामान मान्सून वार्‍यांवर अवलंबून असते. ऑस्ट्रेलियातील मान्सून आणि भारतीय मान्सून यांचा घनिष्ठ संबंध आहे. ऑस्ट्रेलियाच्या हवामानावर एन्सोचा मोठा परिणाम होत असल्याने परिणामी भारतीय उपखंडाच्या हवामानावरही एन्सो घटनांचा परिणाम होतो. एल निन्यो घटनेनंतरच्या उन्हाळ्यामध्ये भारतीय उपखंडावर हवा अधिक प्रमाणात कोरडी होते व पावसाचे प्रमाण कमी होते, तर हिवाळ्यात थंडी कमी पडते. ला निन्यामुळे भारतामध्ये एकूण पावसात वाढ होते आणि हवामान थंड होते.

आकृती ८. The International Research Institute for Climate and Society च्या संकेतपानावरून साभार व सुधारित.

विषुववृत्तीय प्रशांत महासागर आणि किनारी प्रदेशांमध्ये एल निन्यो आणि ला निन्या परिस्थितींमुळे पाऊसपाण्यामध्ये कसा बदल होतो हे आपण वर पाहिलेच. तसेच किनारी प्रदेशांमधील मत्स्योत्पादन व संबंधित व्यवसायांवरील परिणामही पाहिले. पावसापाण्यावर शेती व्यवसाय अवलंबून असल्यामुळे अर्थातच शेती व इतर व्यवसाय यांवर परिणाम होऊन पर्यायाने अनेक देशांच्या अर्थव्यवस्थेवर परिणाम होतो. हवामानबदल आणि मानवी आरोग्य यांचा परस्पर संबंध असल्याने एन्सोचा परिणाम तिथेही दिसतो. पावसापाण्यावर अनेक जीवजंतूंची वाढ आणि जननदर अवलंबून असतो. अनेक देशांतील साथीच्या रोगांचे प्रमाण एन्सो घटनांमुळे बदलल्याचे पुरावेही अनेक शोधनिबंधांमधून मिळतात. एन्सोच्या परिणामस्वरूप कोरड्या हवेमुळे काही ठिकाणी वणव्यांमध्ये वाढही होऊ शकते.

समुद्रपृष्ठाच्या तापमानावर चक्री वादळांची निर्मिती अवलंबून असते. गरम पाण्यामुळे वादळनिर्मितीस चालना मिळते. एन्सो घटना सर्व प्रमुख महासागरातील उष्णकटिबंधीय चक्री वादळांवर (tropical cyclones) परिणाम करतात. वेगवेगळ्या ठिकाणी चक्री वादळांवरचा परिणाम वेगवेगळा असतो. चक्री वादळांवरचे परिणाम मुख्यत: पुढील प्रकारांचे असतात – १. चक्री वादळांच्या वारंवारितेमध्ये बदल (कमी वा जास्त संख्येने चक्री वादळांची निर्मिती), २. चक्री वादळांच्या मूळ स्थानांमध्ये बदल (सहसा महासागराच्या ज्या भागात वादळांची निर्मिती होते, त्या ऐवजी वेगळ्या भागांत वादळे निर्माण होतात), ३. चक्री वादळांच्या तीव्रतेमधील बदल. प्रशांत महासागरातील चक्री वादळांवर बदललेल्या सागर पृष्ठीय तापमानामुळे थेट परिणाम होतो. इतर महासागरांतील चक्रीवादळांवरचा परिणाम अभिसरण चक्रांमध्ये पडलेल्या फरकांच्या साखळी परिणामामुळे होतो.

एन्सो घटनांचे निरीक्षण, वेध व अंदाज

एन्सो घटनांचा सर्वाधिक परिणाम विषुववृत्तीय प्रशांत महासागराच्या आसपासच्या देशांच्या हवामानावर होत असल्याने ह्या देशांमधील हवामान संस्था सागरी पृष्ठाच्या तापमानाची सतत नोंद घेत असतात. ह्या नोंदींचा वापर करून हवामान अंदाज वर्तवण्यासाठी विविध हवामान प्रारुपे (climate models) चालवली जातात. प्रशांत महासागरी पृष्ठीय तापमानाची नोंद घेण्यासाठी विविध प्रकारच्या नांगरलेल्या वा तरंगत्या बुई (बुऑय), व कृत्रिम उपग्रहांचा (satellites) वापर होतो. एन्सोचे परिणाम जागतिक हवामानावर आणि पर्यायाने मानवी जीवनावर होत असल्यामुळे एन्सोचा अंदाज वर्तवणे महत्त्वाचे ठरते. प्रशांत महासागरी प्रदेशापासून दूर असणार्‍या देशांतील हवामान संस्थाही एल निन्योचा वेध घेऊ लागल्या आहेत. एल निन्योच्या अंदाजामुळे आगामी ऋतूंमधील बदल आणि त्यांचे अर्थकारण, आरोग्य आणि राहणीमानावर होणारे परिणाम यांची आगाऊ कल्पना येऊन त्यानुसार देशांच्या आर्थिक अंदाजपत्रकांमध्ये आणि वेळापत्रकांमध्ये बदल करता येऊ शकतात.

प्रशांत महासागराच्या मनस्वी स्वभावाचा जो जो वेध घ्यावा तो तो त्याचे नवनवे परिणाम आणि त्याची रुंदावणारी व्याप्ती जाणवू लागते. नवनव्या संशोधनांमधून आजवर न जाणवलेले परिणामही लक्षात येऊ लागले आहेत. तुम्ही जगात कुठेही राहा, प्रशांत महासागराच्या स्वभावाचा परिणाम कमी-जास्त प्रमाणात आणि लवकर किंवा उशीरा तुमच्यावर होतच असतो आणि होणारच असतो.

वरदा व. वैद्य, ऑक्टोबर २००९ | Varada V. Vaidya, October 2009

संदर्भसूची –

१. ‘Tropical Climatology: An Introduction to the Climates of the Low Latitudes’ by Simon Nieuwolt, Glenn R. McGregor, Publishers: Wiley, John & Sons, Incorporated, 1998, pp. 101 – 110.
२. NOAA चे एल निन्यो संकेतपान
३. The International Research Institute for Climate and Society (IRI) चे संकेतस्थळ
४. अर्बाना शॅंपेन येथील इलिनॉय विद्यापीठातील वातावरण विज्ञान विभागाचे WW2010 संकेतपान, El Nino: Online Guide

भूपट्ट विवर्तन : माहिती आणि महती

भूपट्ट विवर्तन : माहिती आणि महती

पूर्वप्रकाशन – मनोगत दिवाळी अंक २००८

आपली पृथ्वी अतिशय वैशिष्ट्यपूर्ण आहे. पृथ्वीवरील सजीवांचे अस्तित्व हे जरी सर्वात महत्त्वाचे आणि पृथ्वीचे खास असे वैशिष्ट्य असले, तरी त्याव्यतिरिक्तही पृथ्वीची आणखी काही वैशिष्ट्ये आहेत. पृथ्वीवरचे (द्रव) पाण्याचे अस्तित्व, पृथ्वीचा इतर ग्रहांच्या तुलनेत मोठा असलेला चंद्र, ह्याचबरोबर पृथ्वीचे आणखी एक महत्त्वाचे वैशिष्ट्य म्हणजे पृथ्वीवर असणार्‍या पर्वतरांगा. पर्वत इतर ग्रहांवरही आढळतात. सौरमालेतील सर्वात उंच पर्वत म्हणजे “ग्रेट ऑलिंपस मॉन” हा मंगळावरचा मृत ज्वालामुखी पर्वत (volcanic mountain). मात्र, इतर ग्रहांवरचे पर्वत हे सुटे, एकेकटे आहेत. पर्वतरांगा पृथ्वी वगळता इतर ग्रहांवर आढळत नाहीत. ह्याचे कारण? ते म्हणजे पृथ्वीचे आणखी एक वैशिष्ट्य – भूपट्ट विवर्तन, अर्थात प्लेट टेक्टॉनिक्स!

जगाच्या नकाशाकडे पाहताना काही खंडांचे काही भाग हे इतर खंडांपासून तोडून तयार झाले असावेत असे दिसतात. दक्षिण अमेरिकेचे पूर्व किनार्‍यापाशी असलेले नाकाड आफ्रिकेच्या पश्चिम किनार्‍याच्या बगलेत अगदी फिट्ट बसेल असे दिसते. एकूणच, प्रशांत महासागराच्या पूर्व आणि पश्चिम किनार्‍यांकडे बारकाईने बघता असे फिट्ट बसणारे बरेच आकार सापडतील. त्यांकडे पाहून पूर्वी सगळे खंड एकत्रित स्वरूपात असावेत आणि त्यांचा मिळून एक महाखंड अस्तित्त्वात असावा असा कयास १९१२ मध्ये आल्फ्रेड वेगनर ह्या जर्मन भूगोलतज्ज्ञाने सर्वप्रथम केला. त्यांनी ह्या महाखंडास ‘पँजिआ’ म्हणजे ग्रीक भाषेत “अखिल भूमी” (all lands) असे नाव दिले. वेगनरच्या मते महाखंडाची शकले होऊन ती इतरत्र तरंगत गेली असावीत. वेगनरच्या ह्या सिद्धांताला पुढे “भूखंड वहन” वा “कॉण्टिनेण्टल ड्रिफ्ट” असे नाव मिळाले. दक्षिण अमेरिकेच्या पूर्व किनार्‍यावर आणि आफ्रिकेच्या पश्चिम किनार्‍यावर सारख्या प्रकारचे जीवाश्म सापडणे, दक्षिण अमेरिका आणि दक्षिण आफ्रिकेमध्ये हिमनद्यांमुळे निर्माण झालेली भूवैशिष्ट्ये सारख्याच प्रकारची असणे, असे काही पुरावे वेगनरने त्याच्या सिद्धांतांच्या पुष्ट्यर्थ दिले. भूखंडांचे वहन आणि त्यामुळे त्यांचे एकमेकांवर आदळणे हे पर्वतनिर्मितीस कारणीभूत झाले असावे असा जोडसिद्धांतही त्यांनी मांडला. भारतीय भूखंड आशियाई भूखंडावर आदळून हिमालयाची निर्मिती झाली असावी असा कयास त्यांनी मांडला होता. मात्र, भूखंडांना तरंगत दूर नेण्यासाठी नेमकी कोणती बले कारणीभूत होतात? हे भूखंड तरंगतात तरी नेमके कशावर? अशा प्रश्नांची समाधानकारक उत्तरे त्यांना देता आली नाहीत आणि वेगनरचे सिद्धांत योग्य असूनही दीर्घकाळ दुर्लक्षित राहिले.

पुढे १९२९ मध्ये आर्थर होम्सने वेगनरच्या सिद्धांतांमधील भूखंडांच्या तरंगण्याचे स्पष्टीकरण पृथ्वीच्या पोटातील अभिसरणामध्ये असल्याचे दाखविले. मात्र वेगनरच्या सिद्धांताकडे झालेल्या दुर्लक्षाचा परिणाम म्हणून होम्सकडेही दुर्लक्ष झाले. शिवाय, १९५० च्या सुमारास आणि त्यानंतर लागलेले सागरतळ आणि भूशास्त्राविषयक शोध वेगनर आणि होम्सच्या सिद्धांतांचे योग्य स्पष्टीकरण करू शकले. १९५० नंतर प्रकाशात आलेल्या पुढील चार घटना ह्या भूपट्ट विवर्तनाच्या सिद्धांताला बळकटी देणार्‍या ठरल्या. ह्या घटनांनी भूपट्ट विवर्तनाबद्दल मोलाची माहिती पुरवली आणि पुढील संशोधनास दिशाही दिली.

• सागरतळ उंचसखल आहे, सागरतळावर गर्ता, डोंगरदर्‍या, कडेकपारी आहेत ह्याचे पुरावे मिळाल्यामुळे सागरतळ हा सहसा सपाट असावा अशी पूर्वी असलेली समजूत त्यावेळी मोडीत निघाली.
• पृथ्वीच्या भूशास्त्रीय इतिहासामध्ये पृथ्वीच्या चुंबकक्षेत्राने अनेकवेळा दिशा बदलली आहे हे सिद्ध झाले. दुसर्‍या महायुद्धाच्या कालखंडामध्ये पृथ्वीच्या चुंबकीय क्षेत्राचा सखोल अभ्यास झाला.
• सागरतळ विस्ताराचा (seafloor spreading) आणि पर्यायाने सागरतळाची सतत निर्मिती आणि र्‍हास होत असल्याचा सिद्धांत मांडला गेला.
• पहिल्या महायुद्धात भाग घेतलेल्या अनेक राष्ट्रांच्या पाणबुड्यांनी सागरतळ पिंजून काढला, तेव्हा सागरतळाशी होणारे ज्वालामुखींचे उद्रेक हे सागरी गर्तांपाशी (trenches) आणि समुद्री पर्वतरांगांपाशी सर्वाधिक प्रमाणात होतात हे उघड झाले. पुढे ह्या समुद्री पर्वतरांगा म्हणजेच भूपट्टांचे सीमाभाग, भूपट्टांचे जोड असल्याचे स्पष्ट झाले.

१९५० च्या आसपास सागरी तळाचा मोठ्या प्रमाणात अभ्यास होण्यास सुरुवात झाली. त्यामुळे सागरतळाच्या रचनेबद्दल बरीच माहिती जमा झाली, सागरतळाचे सखोल आणि अचूक नकाशे उपलब्ध झाले. सागरतळावरील नि:क्षेपांचा (deposits) तसेच सागरतळाच्या रासायनिक घटनेचा सखोल अभ्यास केला गेला. त्यानंतर १९६१ मध्ये डेइट्झ आणि १९६२ मध्ये हॅरी हेस ह्यांनी भूखंडांच्या प्रचलनाची कारणे स्पष्ट केली. पृथ्वीच्या पोटातील वितळलेल्या शिलारसातील (lava) प्रक्रमण प्रवाहांमध्ये (convection currents) भूखंड प्रचलनाचे स्पष्टीकरण दडलेले आहे.

भूपट्ट विवर्तन म्हणजे काय? हे समजावून घेण्यासाठी पृथ्वीचे अंतरंग कसे आहे ते थोडक्यात पाहू. पृथ्वी ही तीन मुख्य भागांची वा थरांची बनलेली आहे. पृथ्वीच्या केंद्राभोवती गाभा (core), गाभ्याभोवती प्रावरण (mantle) आणि प्रावरणाभोवती भूकवच (crust) अशी पृथ्वीची ढोबळ रचना आहे (आकृती १ पाहा). भूकवचाची जाडी ० ते १०० किलोमीटर (किमी) असते. खंडांखालील कवचाची जाडी सरासरी ३० किमी असते तर मोठ्या पर्वतांखाली कवच सुमारे १०० किमी जाड असू शकते. महासागराखाली भूकवचाची जाडी सुमारे ५ किमी असते. कवचाखाली सुमारे २९०० किमी जाडीचे प्रावरण उष्ण आणि दाट अशा प्रवाही खडकांचे बनलेले आहे. प्रावरणाचा वरचा थर घन असून हा वरचा घन भाग आणि भूकवच मिळून तयार होणार्‍या थरास शिलावरण (lithosphere) असेही म्हटले जाते. जसजसे गाभ्याकडे जावे तसतसे पृथ्वीच्या पोटातले तापमान आणि दाब वाढत जातो. गाभ्याचे अंतर्गाभा आणि बाह्यगाभा असे दोन भाग केले जातात. सुमारे १२५० किमी जाडीचा अंतर्गाभा हा घन असून मुख्यत: लोह आणि निकेल यांपासून तयार झालेला आहे, तर सुमारे २२०० किमी जाडीचा बाह्यगाभा हा वितळलेल्या, प्रवाही स्वरूपात आहे. पृथ्वीच्या अंतरंगाचे हे स्वरूप भूपट्ट विवर्तनास कारणीभूत होते.

आकृती १ – पृथ्वीची अंतर्गत रचना ( www.uvm.edu येथून सुधारित.)

भूपट्ट विवर्तन कसे होते?

पाण्याचे भांडे खालून तापवल्यास ज्याप्रमाणे पाण्यामध्ये प्रक्रमण प्रवाह तयार होतात तसे प्रवाह पृथ्वीच्या पोटातील प्रचंड उष्णतेमुळे वितळलेल्या प्रावरणाच्या अर्ध-द्रव मिश्रणामध्ये निर्माण होतात. पृथ्वीच्या पोटातील किरणोत्सर्गामुळे तापलेले प्रावरणाचे भाग प्रसरण पावल्याने हलके होऊन वरच्या दिशेने प्रवाहित होतात. भूकवचाखाली ते कवचाला समांतर वाहतात आणि थंड झाले की पुन्हा खाली खचतात (आकृती २ पाहा). हे प्रक्रमण प्रवाह स्वत:बरोबर त्यांवर तरंगणार्‍या भूपट्टांना वाहून नेतात.

आकृती २ – भूपट्ट विवर्तनास कारणीभूत ठरणारे प्रक्रमण प्रवाह (platetectonics.com येथून सुधारित). (पाण्यातील प्रक्रमण प्रवाह दाखविणारी आकृती www.ankn.uaf.edu येथून सुधारित.)

भूपट्ट अनेक आकारांचे असतात. खंडीय (continental) भूपट्ट हे मुख्यत: ग्रॅनाईटचे तर समुद्रतळांना अस्तर लावणारे समुद्री भूपट्ट (oceanic) बेसॉल्टचे (basalt) बनलेले असतात. ग्रॅनाईट हे बेसॉल्टच्या तुलनेत कमी घनतेचे असते. बहुतेक भूपट्टांमधील सीमाभाग समुद्रतळाशी असल्याने जमिनीवरून सहज दिसत नाहीत. मात्र, समुद्रतळाचे नकाशे तयार करण्याची पद्धत आणि तंत्रज्ञान विकसित झाल्यावर भूपट्ट सीमांचा नकाशा तयार झाला. (आकृती २ पहा.) समुद्रतळाशी पर्वतरांगा लांबवर गेलेल्या आढळतात. चामड्याचे दोन तुकडे एकत्र शिवल्यावर शिवण उठून दिसावी तशा दिसणार्‍या ह्या पर्वतरांगांना सागरमध्य पर्वतरांगा (mid oceanic ridges) म्हणतात.

आकृती ३ – पृथ्वीचे शिलावरण अनेक भूपट्टांमध्ये विभागलेले आहे. एकाच भूपट्टामधील खंड आणि समुद्री भाग वेगळा दाखविण्यासाठी एकाच रंगाच्या दोन छटांचा वापर केलेला आहे, तर एक भूपट्ट दुसर्‍यापासून वेगळा दाखविण्यासाठी वेगवेगळ्या रंगांचा वापर केलेला आहे. भूपट्टांची सीमा काळ्या रंगाने दाखवलेली आहे. सागरमध्य पर्वतरांगा (mid oceanic ridges) ह्या काळ्या रेषांपाशी आहेत.

पृथ्वीची पाठ सुमारे सात मोठ्या (युरेशियन भूपट्ट, उत्तर अमेरिकी भूपट्ट, दक्षिण अमेरिकी भूपट्ट, ऑस्ट्रेलियन भूपट्ट, आफ्रिकी भूपट्ट, अंटार्क्टिकी भूपट्ट आणि पॅसिफिक भूपट्ट) आणि सुमारे चौदा लहान भूपट्टांनी (उदाहरणार्थ, भारतीय भूपट्ट, अरबी भूपट्ट, स्कॉटिया भूपट्ट, नाझ्का भूपट्ट वगैरे) बनलेली आहे (आकृती ३ पाहा). सध्या अस्तित्वात असणार्‍या मोठ्या भूपट्टांपैकी पॅसिफिक भूपट्ट वगळता इतर मोठे भूपट्ट समुद्र आणि खंड (भूमी) अशा दोन्हींचे मिळून तयार झालेले आहेत तर पॅसिफिक भूपट्ट हा केवळ समुद्री भूपट्ट आहे. ह्या भूपट्टांच्या आकारात आणि आकारमानामध्ये सतत बदल होत असतात. बहुतेक समुद्री भूपट्ट हे खंडीय भूपट्टांखाली खचत आहेत. असे सतत होऊन हे भूपट्ट कायमचे नाहीसेही होऊ शकतात. उदाहरणार्थ, उत्तर अमेरिकेच्या पश्चिमेला असलेला जुआन डी फुका हा भूपट्ट पूर्वी मोठा भूपट्ट होता. हा भूपट्ट खचत गेल्याने आता केवळ छोटा भूपट्ट अवशेष उरला आहे. ह्या भूपट्टांच्या सतत हालचाली होत असून ह्या हालचालींमुळे भूपट्ट कधी एकमेकांवर आदळतात, कधी एकमेकांना समांतर घासतात, तर कधी एकमेकांपासून दूर जातात. सीमाभाग आणि सीमाभागातील भौगोलिक प्रदेशांसाठी आकृती ४ पाहा. दोन भूपट्टांमधील सीमाभाग पुढील चार मुख्य प्रकारचे असतात-

• अपसारी सीमाभाग (divergent boundaries) – ह्या भागांत नवीन कवच निर्माण होत असल्यामुळे शेजारी असणारे भूपट्ट एकमेकांपासून दूर जातात. उदाहरणार्थ, मिड अटलांटिक रिज. ह्या समुद्री पर्वतरांगा आर्क्टिक सागरापासून आफ्रिकेच्या दक्षिण टोकाच्याही पुढेपर्यंत अशा दक्षिणोत्तर पसरलेल्या आहेत. ह्या पर्वतरांगांच्या पश्चिमेला उत्तर अमेरिकी भूपट्ट तर पूर्वेला युरोपीय भूपट्ट आहे. ह्या पर्वतरांगांभोवती कवचाची हालचाल वर्षाला सुमारे २.५ सेंटीमीटर होते. ह्या मंद पण सतत होणार्‍या विस्तारामुळे गेल्या दहा ते वीस कोटी वर्षांमध्ये अटलांटिक महासागराची रूंदी मोठ्या प्रमाणात वाढली आहे. ह्या पर्वतरांगांचा काही भाग आईसलॅंडचे दोन भाग करतो. अपसारी सीमांमुळे आईसलॅंडचे दोन भाग एकमेकांपासून दूर जात आहेत. तिथे जमिनीला वारंवार मोठ्या भेगा पडतात, शिवाय ज्वालामुखींचे उद्रेकही वारंवार होतात. अरबी भूपट्टाला आफ्रिकी भूपट्टापासून वेगळे करत दरम्यान लाल समुद्राची निर्मिती करणारा सीमाभागही अपसारी प्रकारचा आहे.
• अभिसारी सीमाभाग (convergent boundaries) – ह्या भागातील कवचाचा र्‍हास होत असल्यामुळे भूपट्ट एकमेकांखाली खचतात. जेथे एक भूपट्ट दुसर्‍या भूपट्टाखाली खचतो वा घसरतो त्या भागाला घसर प्रदेश (subduction zone) असे म्हणतात. ह्या सीमाभागांमध्ये एक भूपट्ट दुसर्‍याखाली खचल्याने कवचाचा र्‍हास होतो.
  • जर एकमेकांवर आदळणार्‍या भूपट्टांपैकी एक समुद्री आणि दुसरा खंडीय असेल, तर समुद्री भूपट्ट खंडीय भूपट्टाखाली घसरतो. तेथे अरूंद आणि वक्र गर्ता तयार होतात. शिवाय खंडीय भूपट्ट समुद्री भूपट्टावर चढल्याने तेथे ज्वालामुखीय पर्वतांची निर्मिती होते. हे क्षेत्र अस्थिर असल्याने ज्वालामुखींना जागृत ठेवते आणि भूकंपप्रवणही असते. उदाहरणार्थ, नाझ्का भूपट्ट दक्षिण अमेरिकी भूपट्टाखाली घसरत असल्यामुळे तेथे गर्ता तयार झाली आहे, जी पेरू-चिली गर्ता नावाने ओळखली जाते. दक्षिण अमेरिकेच्या पश्चिम किनार्‍याला समांतर जाणारी ऍंडीज पर्वतांची रांग तयार झाली आहे.
  • जर एकमेकांवर आदळणार्‍या भूपट्टांपैकी दोन्ही भूपट्ट समुद्री असतील तर तेथेही एक भूपट्ट दुसर्‍याखाली घसरून गर्ता तयार होतात. शिवाय चढणार्‍या भूपट्टावर ज्वालामुखी पर्वतारांगांची निर्मिती होते. अनेकवेळा ह्या पर्वतांचे उंच माथे समुद्रपातळीच्या वर आल्याने बेटांच्या साखळ्या (island arcs) तयार झालेल्या दिसतात. उदाहरणार्थ, हवाई बेटे. प्रशांत महासागरामध्ये आशिया खंडाच्या पूर्वेस अशाच सीमाभागात तयार झालेल्या मरिनारा गर्तेची खोली एवरेस्टच्या उंचीपेक्षाही जास्त आहे.
  • जर एकमेकांवर आदळणारे दोन्ही भूपट्ट खंडीय असतील तर भूपट्ट एकमेकांखाली घसरत नाहीत. मात्र ते सतत एकमेकांना ढुशा देत असल्याने जमिनीला वळ्या पडून वलीय वा घडीच्या पर्वतांची निर्मिती होते. उदाहरणार्थ, भारतीय भूपट्टाने आशिया भूपट्टाला ढुशा दिल्याने हिमालयाची निर्मिती झाली. शिवाय हिमालयाची उंची मंद गतीने पण सतत वाढत आहे.
• परिवर्तन सीमाभाग (transform boundaries) – ह्या भागांत नवे कवच तयारही होत नाही आणि कवचाचा र्‍हासही होत नाही. दोन भूपट्टांमधील हालचाल परस्परांना समांतर असते. समांतर हालचालींमुळे ह्या भागांमध्ये मोठ्या प्रमाणात प्रस्तरभंग (faults) आढळून येतात. ह्या प्रस्तरभंगांमुळे झिगझॅग स्वरूपाच्या सीमा तयार होतात. बहुतेक प्रस्तरभंग समुद्रामध्ये आढळतात. प्रस्तरभंगाच्या ठिकाणी समुद्रात घळी तयार होतात, तर जमिनीवर प्रस्तरभंग झाल्यास मोठ्या दर्‍या तयार होतात. उदाहरणार्थ, कॅलिफोर्नियातील सॅन ऍंड्रियाज फॉल्ट. हे भाग बराच काळ शांत राहतात. मात्र ह्या भागात अधूनमधून होणारे भूकंप मोठी उलथापालथ करतात.
• भूपट्ट सीमावर्ती प्रदेश (plate boundary zones) – कवचाच्या ह्या रूंद पट्ट्यामध्ये सीमाभाग निश्चित नसतात. सीमा ठराविक आणि वेगळ्या दाखविता येत नाहीत, त्यामुळे दोन भूपट्टांमधील हालचालीचा अंदाज बांधता येत नाही. उदाहरणार्थ, युरेशिया आणि आफ्रिकी भूपट्टांमधील प्रदेश. येथे भूपट्टांचे छोटे खंड (microplates) एकत्रित असल्यामुळे येथील भूभाग गुंतागुंतीचा असतो, तसेच येथील भूकंपाचे आकृतीबंधही (patterns) निश्चित नसतात.

आकृती ४ – विविध सीमाभाग तसेच सीमाभागामध्ये तयार होणारे भौगोलिक प्रदेश. http://www.suu.edu/faculty/colberg/Hazards/PlateTectonics/PlateTectonics.html येथून सुधारित.

भूपट्ट विवर्तनाचे निश्चित आणि वादातीत महत्त्व खालील मुख्य चार गोष्टींमधून दाखविता येईल–

• भूमी आणि खनिजांची निर्मिती– भूपट्ट विवर्तनामुळे सतत नव्या भूमीची निर्मिती होत असते. त्यामुळे पृथ्वीवर खंड तयार झाले तसेच खंडांचा आकारही वाढला. भूपट्ट विवर्तनामुळे खनिजांची निर्मिती होते, तसेच पृथ्वीच्या पोटातील खनिजांची सतत उलाढाल, अभिसरण होत राहते. त्यामुळे पृथ्वीचे“बहुरत्ना वसुंधरा”हे नाव सार्थ ठरते. भूपट्ट विवर्तन नसते तर पृथ्वी तिच्या निर्मितीनंतरच्या सुरुवातीच्या काळात होती त्याप्रमाणे जलमय राहिली असती.

• जैववैविध्य(biodiversity) – पृथ्वीवर सजीव सृष्टी निर्माण झाली, तगली, उत्क्रांत आणि प्रगत झाली. ह्या गोष्टी होण्यासाठी अनेक खगोलीय, भूगोलीय आणि जैविक परिस्थिती आणि घटना, आणि त्यांचा क्रम महत्त्वाचा ठरला. पृथ्वीवर भूपट्ट विवर्तन अखंडित सुरू असणे ही सजीव सृष्टीच्या तगण्याला कारणीभूत असणारी एक महत्त्वाची भू्शास्त्रीय परिस्थिती आहे. भूपट्ट विवर्तनामुळे नव्या जमिनीची निर्मिती होते. पूर्वी समुद्राने व्यापलेला भाग आज समुद्राने व्यापलेल्या भागापेक्षा खूपच मोठा होता. भूपट्ट विवर्तनामुळे भूपृष्ठाची सतत पुनर्रचना होत असताना खंडीय जमिनीचे प्रमाण वाढत गेले. आज मोठ्या प्रमाणावर आढळणारे जैववैविध्य हे खंडीय जमिनीच्या निर्मितीमुळे शक्य झाले आहे. नव्या जमिनीच्या निर्मितीमुळे जागतिक वातावरणावर परिणाम होतो. पृथ्वीच्या परावर्तनांकावर(albedo) जागतिक तापमान अवलंबून असते. परावर्तनांक बदलल्यास हवामानावर परिणाम होतो. नवभूमीनिर्मितीमुळे आणि भूखंडांच्या प्रचलनामुळे समुद्री प्रवाहांचे आकृतीबंध बदलतात, हिमनद्यांचे आकृतीबंध बदलतात आणि ह्या सर्वांचा परिणाम हवामानावर आणि पर्यायाने जैववैविध्यावर होतो. मोठ्या आपत्तींमधून तगण्यासाठी जैववैविध्य असणे फार महत्त्वाचे ठरते, त्यामुळे अनेकवेळा जीवसंहार(mass extinctions) होऊनही पृथ्वीवर जीवसृष्टी टिकून आहे. भूपट्ट विवर्तनामुळे निर्माण झालेले विविध प्रकारचे आणि गुंतागुंतीचे पर्यावरण(उदा. पर्वतीय प्रदेश, महासागरी बेटे, किनारी प्रदेश, वगैरे) विविध प्रकारे उत्क्रांतीसाठी जीवांना प्रवृत्त करते आणि त्यातून जैववैविध्य निर्माण होते.

• जागतिक तापस्थापी(global thermostat) – पृथ्वीवरच्या वातावरणामुळे पृथ्वीचे तापमान नियंत्रित होते. पृथ्वीच्या वातावरणातील कार्बन डाय ऑक्साईड, पाण्याची वाफ, ओझोन आणि मिथेन हे वायू हरितगृह परिणाम घडवत पृथ्वीने बाहेर टाकलेली अवरक्त किरणे शोषून पृथ्वीला अतिथंड होण्यापासून बचावतात. वातावरणात हे हरितगृह वायू अगदी अल्प प्रमाणात आहेत, मात्र त्यांचा परिणाम मोठा आहे. ह्या वायूंचे प्रमाण अल्पच राहणे योग्य ठरते. ते खूप कमी झाल्यास पृथ्वीचा हिमगोळा होईल आणि ते खूप जास्त झाल्यास पृथ्वीचे तापमान खूपच वाढेल. म्हणजेच, दोन्ही गोष्टींमुळे पृथ्वी सजीवांना राहण्यास लायक ठरणार नाही. भूपट्ट विवर्तन हे कार्बन डाय ऑक्साईडचे वातावरणातील प्रमाण नियंत्रित करते ते कार्बोनेट– सिलिकेट चक्राद्वारे. भूपट्ट विवर्तनामुळे पृथ्वीच्या पोटातील अनेक खनिजे सतत पुनर्चक्रित(recycled) होत असतात. ह्या खनिज खडकांच्या रासायनिक विदारणातून(chemical weathering of rocks) निर्माण होणारा आणि(जागृत व सुप्त) ज्वालामुखींनी बाहेर टाकलेला कार्बन डाय ऑक्साईड हे हवेतील कार्बन डाय ऑक्साईडचे मुख्य स्रोत आहेत.

• पृथ्वीचे चुंबकीय क्षेत्र– पृथ्वीच्या वातावरणाने आणि चुंबकीय क्षेत्राने पुरविलेल्या संरक्षणामध्ये प्राणिमात्र सुखेनैव जगतात. भोवतालच्या अवकाशातून पृथ्वीवर सतत उल्का आणि भौतिक कणांचा मारा होत असतो. त्यात वैश्विक किरणे, इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, हेलियमची केंद्रके वगैरे अनेक कणांचा समावेश होतो. ह्या कणांचा उगम आपल्या जवळच्या सूर्यापासून ते दूरस्थ सुपरनोवे, फुटणारे तारे वगैरे, असा कुठेही असू शकतो. हे कण जवळपास प्रकाशाच्या वेगाने पृथ्वीच्या दिशेने सर्व बाजूंनी येत असतात. ह्या कणांशी दोन हात करते ते पृथ्वीचे चुंबकीय क्षेत्र. ह्या चुंबकीय क्षेत्रामुळे अनेक कणविक्षेपित(deflect) केले जातात आणि पृथ्वीचे संरक्षण होते. चुंबकीय क्षेत्रामुळे वातावरण पृथ्वीला धरून राहण्यातही मदत होते आणि ते हळूहळू अवकाशात विरण्याची प्रक्रिया मंदावते. पृथ्वीलाचुंबकीय क्षेत्र प्राप्त झाले ते पृथ्वीच्या गाभ्यातील लोहाच्याअस्तित्वामुळे आणि बाह्यगाभ्यातील वितळलेल्या लोहामध्ये निर्माणहोणाऱ्याप्रक्रमण प्रवाहांमुळे. पृथ्वीच्या स्वत:भोवतीफिरण्यामुळे पृथ्वीभोवतालच्या चुंबकीय क्षेत्रामध्येही प्रक्रमण प्रवाहनिर्माण होतात जे ह्या बाहेरून येणाऱ्या कणांना पुन्हा बाहेरचा रस्तादाखविण्यासाठी कारणीभूत होतात. थोडक्यात, पृथ्वीच्याबाह्यगाभ्यातील वितळलेल्या लोहामध्ये प्रवाह निर्माण होणे गरजेचे असते आणिते प्रवाह निर्माण होण्यासाठी बाह्यगाभ्यादरम्यान तापमानात फरक (temperature gradient) निर्माण व्हायला हवा, म्हणजे जास्त उष्णतेकडून कमी उष्णतेकडे वाहणारे प्रवाह निर्माण होतील. बाह्यगाभ्याच्या बाहेरच्या थराचे तापमान आतील भागापेक्षा थंड ठेवण्याचे काम भूपट्ट विवर्तनामुळे होते. म्हणजेच, भूपट्ट विवर्तन थांबले तर कालांतराने पृथ्वीचे चुंबकीय क्षेत्रही नष्ट होईल.

भूपट्ट विवर्तन केवळ पृथ्वीवरच का आढळते? भूपट्ट विवर्तन घडण्यासाठी नेमक्या कोणकोणत्या गोष्टींची आवश्यकता असते? ह्याप्रश्नांचे संपूर्ण उत्तर आज देता येत नसले तरी पृथ्वीवर असलेल्यापाण्याच्या अस्तित्वाचा पृथ्वीवर भूपट्ट विवर्तन असण्याशी संबंध आहे हेआता उघड झाले आहे. पाण्यामुळे भूपृष्ठाला एक मृदुपणा येतो. हा मृदुपणा भूपट्टांचे प्रचलन घडवून आणण्यामध्ये महत्त्वाचा ठरतो. अनेकवेळा दोन भूपट्ट एकमेकांवर आदळले की एक भूपट्ट खचून दुसऱ्या भूपट्टाखाली घसरतो. हे घसरणे शक्य होते ते भूपृष्ठाच्या मृदुपणामुळे. प्रावरणातीलप्रक्रमण प्रवाह भूपट्टांना हालविण्यासाठी समर्थ असले तरी एक भूपट्टदुसऱ्या भूपट्टाखाली जाऊ शकला नाही तर भूपट्टांना हालण्यासाठी जागाचशिल्लक राहणार नाही आणि विवर्तन बंद पडेल. शुक्रावर आणि मंगळावर आधी पाणी असावे आणि तेव्हा तिथे भूपट्ट विवर्तनही अस्तित्वात असावे, परंतु कालांतराने पाणी नष्ट झाल्यावर हे विवर्तनही बंद पडले असावे असा वैज्ञानिकांचा कयास आहे. पृथ्वीवर भूपट्ट विवर्तन नेमके कधी सुरू झाले असावे ह्याबाबत वैज्ञानिकांमध्ये मतभिन्नता आढळते. काहींच्या मते पृथ्वी निर्माण झाल्यापासून सुमारे १ ते २ अब्ज वर्षांनी विवर्तन सुरू झाले असावे. काहींच्यामते त्यावेळी पृथ्वी बरीच तापलेली असल्याने पृथ्वीचे कवच घनावस्थेत आले नसावे, तेव्हा सुमारे २.५ अब्ज वर्षांपूर्वी विवर्तन सुरू झाले नसावे. मात्र विवर्तन त्या आधीच सुरू असल्याचे पुरावे प्राचीन खडकांच्या अभ्यासातून मिळालेले आहेत. काहींच्या मते चार अब्ज वर्षापूर्वीच विवर्तनाला सुरुवात झाली असणार. थोडक्यात, भूपट्ट विवर्तन कधी सुरू झाले असावे हे नेमके सांगता येत नाही.

भूपट्ट विवर्तनामुळे पृथ्वीच्या पोटातील सतत होणाऱ्या घडामोडींमुळे ज्वालामुखी आणि भूकंपासारख्या मोठ्या घटना घडतात. समुद्राखाली दरड कोसळून त्सुनामीची निर्मिती होण्यातही हे समुद्राखालील ज्वालामुखी आणि भूकंप कारणीभूत ठरतात. पृथ्वीलावैशिष्ट्यपूर्ण करण्यामध्ये मोठा वाटा असणारे भूपट्ट विवर्तन ही पृथ्वीला आणि पर्यायाने पृथ्वीवरील सजीवसृष्टीला मिळालेली मोठी देणगीच आहे.

– वरदा वैद्य, नोव्हेंबर २००८ Varada Vaidya, November 2008

संदर्भ–

1.Ward, P.D., Brownlee, D., “Rare Earth”, Copurnicus Books, pp 191-220.

2.Kious, W.J., Tilling, R.L., “This Dynamic Earth: the story of Plate Tectonics”, Produced by Jane Russell.

3.Ericson, J., “Plate Tectonics: Unraveling the Mysteries of the Earth”, Facts on File Publication.

4.भागवत, अ.वि., कार्लेकर, श्री., “प्राकृतिक भूविज्ञान”, रघुनाथ पब्लिशिंग.

5.platetectonics.com

6.ucmp.berkley.edu/geology/tectonics.html

7.प्रगती सायन्स डिक्शनरी इंग्रजी–इंग्रजी–मराठी, प्रगती बुक्स प्रा. लि.

ऊर्जासंकल्प आणि पृथ्वीप्रकाश

ह्यापूर्वी – भाग १- चंद्र नसता तर..
भाग २- मिलॅंकोविच सिद्धांत

चंद्राचे महत्त्व

भाग ३ – ऊर्जासंकल्प आणि पृथ्वीप्रकाश

प्रत्येक देशाचा जसा अर्थसंकल्प असतो, तसा पृथ्वीचा ऊर्जासंकल्प (Radiation Budget) असतो. अर्थसंकल्पानुसार तो केवळ वर्षिकच नव्हे तर दैनिक, मौसमी व द्वादशवार्षिकही असतो. विविध पृष्ठभाग हे विविध प्रमाणात प्रारणे (त्यात दृश्य प्रकाशाबरोबरच इतर म्हणजे अतिनील (ultraviolet), अवरक्त (infrared) वगैरे प्रारणांचा समावेश होतो) परावर्तित करतात. हिमाच्छादित पृष्ठभाग त्यावर पडलेल्या प्रारणांपैकी बराचसा भाग परावर्तित करतो आणि थोडाच भाग शोषून घेतो. तर, पाण्याने बनलेला पृष्ठभाग बराचसा भाग शोषून घेतो आणि थोडासा परावर्तित करतो. त्याचप्रमाणे गवताळ पृष्ठभाग, वृक्षाच्छादित पृष्ठभाग, सिमेंट ने बनलेला पृष्ठभाग, माती हे ही वेगवेगळ्या प्रमाणात प्रारणे परावर्तित करतात. (आकृती ३ पाहा.) एखाद्या पृष्ठभागावर पडलेल्या प्रारणांचा जो अंश परावर्तित होतो त्या अंशास त्या पृष्ठभागाचा परिवर्तनांक (Albedo) म्हणतात. पृष्ठभागाच्या गुणधर्मानुसार त्याचा परिवर्तनांक ० ते १ च्या दरम्यान असतो.

आकृती ३. पृथ्वीच्या ऊर्जासंकल्पातील प्रमुख घटक ( eoweb.larc.nasa.gov येथून सुधारित.)

पृष्ठभागाचा परिवर्तनांक =  (पृष्ठभागाने परावर्तित केलेल्या प्रारणाची राशी) / (पृष्ठभागावर पडलेल्या एकूण प्रारणाची राशी)

द्वादशवार्षिक प्रकाशसंकल्प हा सौरडागांच्या ११ ते १२ वर्षांच्या चक्रावर अवलंबून असतो. सौरडागांची संख्या वाढली की सौरऊर्जेमध्ये वाढ होते व त्याचा परिणाम पृथ्वीच्या ऊर्जासंकल्पावर होतो.

पृथ्वीचा पृष्ठभाग विविध गोष्टींनी व्यापलेला आहे. भूपृष्ठाचा परिवर्तनांक हा वातावरणाच्या परिवर्तनांकाहून भिन्न असतो. वातावरणातील घन कण (परागकण, धूलिकण, वगैरे), बाष्पराशी व ढग हे वातावरणाचा आणि भूपृष्ठाचा ऊर्जासंकल्प ठरवण्यामध्ये महत्त्वाची भूमिका बजावतात. वातावरणातील घन कणांमुळे आणि विशेषतः ढगांमुळे, सौरप्रारणे अवकाशात आणि भूपृष्ठाकडे परावर्तित होतातच, शिवाय भूपृष्ठाने परावर्तित केलेल्या प्रारणांचा काही भागही हे ढग भूपृष्ठाच्या दिशेने पुनःपरावर्तित करतात. अशाप्रकारे ढगांना पृथ्वी व वातावरण मिळून तयार होणाऱ्या संयुक्त संस्थेच्या ऊर्जासंकल्पामध्ये मोठे महत्त्व आहे. ढगांच्या भूपृष्ठापासूनच्या उंचीवर ढगातील बाष्पाचे, पाण्याचे वा हिमकणांचे प्रमाण ठरत असल्यामुळे ढगांच्या संख्येबरोबरच ढगांच्या प्रकारालाही ऊर्जासंकल्पामध्ये महत्त्व आहे.

पृथ्वी-वातावरण संयुक्त संस्थेचा सरासरी परिवर्तनांक ०.३ आहे. ह्याचा अर्थ सूर्याकडून आलेल्या एकूण प्रारणांपैकी ३० टक्के प्रारणे पृथ्वी व वातावरणाकडून परावर्तित होतात तर ७०% प्रारणे ग्रहण केली जातात. ही ग्रहण झालेली प्रारणऊर्जा (Radiation Energy) वातावरण ‘चालवते’ असे म्हणता येईल. मात्र पृथ्वीचा परिवर्तनांक मोजण्याचे अचूक तंत्रज्ञान उपलब्ध नाही. त्यामुळे विविध प्रकारचे पृष्ठभाग हे पृथ्वीचा किती भाग व्यापतात ह्याचा अंदाज व त्या पृष्ठभागांचा सरासरी परिवर्तनांक किती आहे ह्याचा अंदाज बांधून पृथ्वीचा परिवर्तनांक व पर्यायाने प्रकाशसंकल्प ठरवला जातो. प्रकाशसंकल्पामध्ये पृथ्वी व वातावरणाने ग्रहण केलेली ऊर्जा व परावर्तित केलेली ऊर्जा ह्याचा ताळमेळ राहिला नाही तर त्याचा जाणवणारा परिणाम म्हणजे तापमानवाढ वा तापमानघट. पृथ्वीय  प्रकाशसंकल्पाचा जागतिक हवामानावर परिणाम होतो हे वेगळे सांगायला नकोच.

आकृती ४. पृथ्वीचा ऊर्जासंकल्प. पृथ्वीकडे येणारी सौरऊर्जा व पृथ्वीने बाहेर टाकलेली ऊर्जा यांतील ताळमेळ. (marine.rutgets.edu येथून सुधारित.)

पृथ्वी ज्याप्रमाणे सूर्यप्रकाश आणि चंद्रप्रकाश अनुभवते त्याप्रमाणे चंद्र हा सूर्यप्रकाश व पृथ्वीप्रकाश अनुभवतो. चंद्रप्रकाश म्हणजे चंद्राने परावर्तित केलेला सूर्यप्रकाश असतो, त्याप्रमाणे पृथ्वीप्रकाश म्हणजे पृथ्वीने परावर्तित केलेला सूर्यप्रकाश. चंद्राची कोर आकाशात दिसते त्यावेळी चंद्राचा अंधारलेला भाग हा पूर्ण काळा न दिसता तांबूस दिसतो त्याचे कारण म्हणजे त्याभागावर पडलेला पृथ्वीप्रकाश (Earthshine). वैज्ञानिकांच्या असे लक्षात आले आहे की ह्या पृथ्वीप्रकाशाची तीव्रता आणि पृथ्वीचा ऊर्जासंकल्प ह्यांचा परस्परसंबंध आहे. त्यामुळे अमावस्येच्या जवळच्या दिवसांमध्ये चंद्राच्या अंधारलेल्या भागाचा तांबूसपणा (पृथ्वीप्रकाश) मोजता आला तर पृथ्वीच्या ऊर्जासंकल्पाविषयी चांगला अंदाज बांधता येऊ शकेल.

१९८४ सालापासून अशाप्रकारे पृथ्वीप्रकाशाचे मापन करण्यात येत आहे. ह्या पृथ्वीप्रकाशाचा आणि कृत्रिम उपग्रहांच्या साहाय्याने मापन होत असलेल्या मेघावरणाचा (cloud cover) काही परस्पर संबंध आहे का ह्याबद्दल संशोधन सुरू आहे. न्यूजर्सी तंत्रज्ञान महाविद्यालयामधील काही वैज्ञानिकांनी पृथ्वीप्रकाश मोजण्याच्या तंत्रज्ञानामध्ये सुधारणा घडवून आणली आहे. त्यांनी केलेल्या पृथ्वीप्रकाशाच्या मापनामधून असे आढळले आहे की ऋतूनुसार सरासरी पृथ्वीप्रकाशामधे २० टक्क्यांपर्यंत बदल होतो. १९८५ ते १९९५ च्या दरम्यान पृथ्वीच्या परिवर्तनांकामध्ये घट होत गेलेली आढळली. परिवर्तनांक कमी म्हणजे परावर्तित झालेली ऊर्जा कमी, म्हणजेच ग्रहण केली गेलेली ऊर्जा अधिक आणि ह्याचा परिणाम म्हणजे जागतिक तापमानवाढ. मात्र २००० पासून परिवर्तनांकामध्ये पुन्हा वाढ होत असल्याचे आढळले आहे.

पृथ्वीप्रकाश हा ढगांच्या संख्येवर, प्रकारांवर आणि निर्मितीदरावर अधिक प्रकाश टाकेल अशी हवामानतज्ज्ञांस अपेक्षा वाटते. २००० पासून होत असलेल्या परिवर्तनांकवाढीचे मूळ मेघावरणातील नैसर्गिक बदलामध्येही असू शकेल.

चंद्राने परावर्तित केलेला पृथ्वीप्रकाश अशाप्रकारे पृथ्वीय हवामानाचे निरीक्षण करण्यासाठी उपयुक्त ठरत आहे.

वरदा व. वैद्य, एप्रिल २००५ । Varada V. Vaidya, April 2005

ह्यापुढे – भरती-ओहोटी आणि हवामान

मिलॅंकोविच सिद्धांत

ह्यापूर्वी – भाग १- चंद्र नसता तर..

चंद्राचे महत्त्व

भाग२ – मिलँकोविच सिद्धांत

मिलुतिन मिलँकोविच ह्या सर्बियन गणितज्ज्ञाने दीर्घकालीन हवामान बदलाची (climate change) खगोलीय कारणे सांगणारा सिद्धांत मांडला. भूतकालीन हवामानाचा अभ्यास करताना मिलँकोविच सिद्धांताची माहिती करून घेणे आवश्यक आहे.

मिलुतिन मिलँकोविच चा जन्म २८ मे १८७९ रोजी सर्बियातील दैज ह्या गावी झाला. डिसेंबर १९०४ मधे विएन्ना तंत्रज्ञान विद्यापीठातून त्यांनी तांत्रिक विज्ञानामधे पांडित्य मिळविले. ऑक्टोबर १९०९ रोजी ते बेलग्रेड विद्यापीठामधे प्रायोगिक गणित ह्या विषयासाठी प्राध्यापक म्हणून रुजू झाले. मिलँकोविचनी त्यांची संपूर्ण प्राध्यापकीय कारकीर्द एका गणिती सिद्धांतावर संशोधन करण्यात व्यतीत केली. ह्या संशोधनाचा विषय होता ‘पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर पोहोचणार्‍या सौरप्रारणांच्या (solar radiation) राशीमधे (amount) ऋतूनुसार (seasonal) व अक्षांशानुसार (latitude) होणारे बदल दर्शविणारा गणिती सिद्धांत विकसित करणे’.

मिलँकोविच सिद्धांतानुसार पृथ्वीच्या हवामानात होणार्‍या दीर्घकालीन (long term) बदलांसाठी कारणीभूत अशा तीन खगोलीय घटनांचा समावेश होतो. ही तीन कारणे पुढीलप्रमाणे –
१. वक्रतेतील बदल – पृथ्वीच्या परिभ्रमण (सूर्याभोवती फिरण्याच्या) कक्षेच्या वक्रतेमधे (eccentricity) होणारा बदल.
२. अक्षकलामधील बदल – पृथ्वीचा परिवलन अक्ष सध्या साडेतेवीस अंशातून कललेला आहे (कल =  tilt), ह्या कलामधे होणारा बदल.
३. अक्षरोखातील बदल – पृथ्वीच्या परिवलन (स्वत:भोवती फिरण्याच्या) अक्षाचा रोख सध्या ध्रुवतार्‍याकडे आहे. ह्या रोखामधे होणारा बदल (precession).

ह्या तीन बदलांसाठी लागणारा कालावधी भिन्न आहे. पृथ्वीच्या दीर्घकालीन हवामान बदलाचा आलेख काढल्यास (आकृती १ पाहा) मिलॅंकोविचनी सांगितलेल्या कालावधीमध्ये हवामानबदलाची शिखरे मिळतात ज्यांच्याशी वरील तीन कारणे संबंधित आहेत.

आकृती १. पृथ्वीच्या दीर्घकालीन हवामानामध्ये होणारा बदल. परिभ्रमण कक्षेच्या वक्रतेतील फरक, परिवलन अक्षाच्या कलातील फरक आणि परिवलन अक्षाच्या रोखातील फरकामुळे होणारे बदल. (http://earthobservatory.nasa.gov/Library/Giants/Milankovitch/milankovitch_3.html येथून सुधारित).

१. वक्रतेतील बदल – पृथ्वीच्या परिभ्रमण कक्षेच्या वक्रतेमध्ये (eccentricity) होणारा बदल

ज्याप्रमाणे सर्व चौरस हे आयत असतात, परंतु सर्व आयत चौरस नसतात त्याप्रमाणे, सर्व वर्तुळे ही लम्बवर्तुळे (ellipse) असतात, परंतु सर्व लम्बवर्तुळे वर्तुळे नसतात. वर्तुळ आणि लम्बवर्तुळ ह्यामध्ये वक्रतेच्या प्रमाणात फरक असतो. वर्तुळाची वक्रता (eccentricity) शून्य मानली, तर वक्रता शून्य व एक च्या दरम्यान असल्यास त्या भौमितिक आकृतीस लम्बगोल म्हणतात. वक्रता एक असणार्‍या आकृतीस परवलय (parabola) व वक्रता एक पेक्षा जास्त असणार्‍या आकृतीस अपास्त वा अतिवलय (hyperbola) म्हणतात. लम्बवर्तुळाची वक्रता जेवढी शून्याच्या जवळ, तेवढा त्याचा आकार वर्तुळाच्या जवळ जातो, तर वक्रता जसजशी वाढत जाईल त्यानुसार लम्बवर्तुळ पसरट होत जाते.

पृथ्वीची सूर्याभोवती फिरण्याची कक्षा ही लम्बवर्तुळाकार आहे. ह्या लम्बवर्तुळाच्या एका केंद्रबिंदूवर (focal point) सूर्य आहे. कक्षा लम्बवर्तुळाकार असल्याने पृथ्वी कधी सूर्याच्या जवळ असते (perihelion) तर कधी सूर्यापासून लांब (apohelion) असते. मात्र ह्या लम्बवर्तुळाची वक्रता जास्त नसल्याने पृथ्वी सूर्याच्या जवळ असतानाचे अंतर व ती सूर्यापासून दूर असतानाचे अंतर ह्यामधे केवळ तीन टक्क्यांचा फरक आहे. पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर पोहोचणारी सौरऊर्जा ही सूर्य-पृथ्वी अंतरावर अवलंबून असते. अर्थातच, पृथ्वीच्या कक्षेची वक्रता बदलल्यास सूर्य-पृथ्वी अंतर बदलते, त्यानुसार पृथ्वीला मिळणारी ऊर्जाराशी बदलते व त्याचा पृथ्वीच्या हवामानावर परिणाम होतो.

पृथ्वीच्या कक्षेची वक्रता सुमारे एक लाख वर्षांमध्ये ०.०००५ ते ०.०६०७ च्या दरम्यान बदलते. सध्या जानेवारी महिन्यामध्ये पृथ्वी सूर्याच्या सर्वात जास्त जवळ असते. त्यामुळे उत्तर गोलार्धातील थंडी ही दक्षिण गोलार्धातील थंडीच्या तुलनेत सौम्य असते. सध्याची पृथ्वीकक्षेची वक्रता ०.०१६ एवढी आहे. पृथ्वीस मिळणार्‍या सौरऊर्जेमध्ये जानेवारी (पृथ्वी सूर्याच्या जवळ, perihelion) ते जुलै (पृथ्वी सूर्यापासून जास्तीतजास्त दूर,  apohelion) दरम्यान ६.७  टक्के वाढ होते. कक्षावक्रतेतील बदलामुळे पृथ्वी-सूर्याच्या जवळ वा लांब असण्याच्या काळात तसेच सूर्य-पृथ्वी अंतरामध्येही बदल होतो, ज्याचा पृथ्वीच्या हवामानावर परिणाम होतो.

२. अक्षकलातील बदल – पृथ्वीचा परिवलन अक्ष सध्या साडेतेवीस अंशातून कललेला आहे (कल =  tilt). ह्या कलामधे होणारा बदल.

सध्या पृथ्वीचा स्वत:भोवती फिरण्याचा अक्ष तिच्या ग्रहण प्रतलाशी (सूर्याभोवती फिरण्याच्या प्रतलाशी, ecliptic plane) काटकोन करणार्‍या रेषेशी साडेतेवीस अंशाचा कोन करतो. हा अक्ष कललेला असल्याने आपल्याला सूर्याचे उत्तरायण आणि दक्षिणायन अनुभवास येते व त्यामुळे ऋतूही अनुभवता येतात. दोन्ही गोलार्धातील साडेतेवीसाव्या अक्षवृत्तांना म्हणूनच विशेष महत्त्व प्राप्त झालेले आहे, ज्यांना आपण कर्कवृत्त (२३.५ अंश उत्तर गोलार्ध) व मकरवृत्त (२३.५ अंश दक्षिण गोलार्ध) अशी नावे दिली आहेत. सुमारे एक्केचाळीस हजार वर्षांमध्ये पृथ्वीअक्षाचा हा कल २२.१ ते २४.५ अंशादरम्यान बदलतो. अक्षाचा कल जेवढा मोठा तेवढी ऋतूंची तीव्रता जास्त, तर कल जेवढा कमी तेवढे ऋतू सौम्य.

चंद्र हा पृथ्वीचा उपग्रह आहे. आपल्या सौरमालेतील इतर ग्रहांचे उपग्रह हे त्या ग्रहांच्या तुलनेमधे अतिशय कमी वस्तुमानाचे आहेत. साधारणत: उपग्रहाचे वस्तुमान हे तो ज्या ग्रहाभोवती फिरतो त्या ग्रहाच्या वस्तुमानाच्या १% वस्तुमानाहून कमी असते असे आढळले आहे. चंद्राच्याबाबतीत मात्र हे विधान लागू होत नाही. चंद्राचे वस्तुमान हे पृथ्वीच्या वस्तुमानाच्या १.२% एवढे आहे. त्यामुळे चंद्र पृथ्वीभोवती फिरतो असे म्हणण्यापेक्षा चंद्र व पृथ्वी हे चंद्र व दोघे मिळून तयार होणार्‍या संयुक्त संस्थेच्या गुरुत्वमध्याभोवती फिरतात असे अधिक योग्य ठरावे.

अनेक अब्ज वर्षांपूर्वी, जेव्हा पृथ्वीला चंद्र नव्हता तेव्हा, पृथ्वीचा स्वत:भोवती फिरण्याचा अक्ष जवळपास ६० अंशांमधून कलला होता. शिवाय, ह्या कलातील बदलाचे प्रमाणाही मोठे होते. अक्षाचा कल जास्त असताना पृथ्वीवरील हवामानाची, ऋतुंच्या तीव्रतेची केवळ कल्पनाच केलेली बरी! असे हवामान सजीवांच्या वाढीस अर्थातच पोषक नव्हते. पृथ्वीला चंद्र मिळाल्यावर** चंद्राच्या आकर्षणबलामुळे पृथ्वीच्या अक्षाचे डुगडुगणे कमीकमी होत जाऊन गेल्या काही अब्ज वर्षांपासून पृथ्वीचा अक्ष केवळ २१.१ ते २४.५ अंशांदरम्यानच डुगडुगतो. शिवाय अक्षाचा कलही सरासरी ६० अंशांपासून कमी होत होत सरासरी साडेतेवीस अंशांवर स्थिर झाला आहे. हे आकर्षणबल परिणामकारक ठरण्याचे कारण चंद्राचे वस्तुमान मोठे असण्यामध्ये आहे. इतर ग्रह-उपग्रह वस्तुमान प्रमाणानुसार चंद्र जर कमी वस्तुमानाचा असता तर चंद्राचे आकर्षणबल एवढे परिणामकारक ठरले नसते.

ह्या बदलांमुळे ऋतूंची तीव्रता कमी होऊन सजीवांच्या वाढीस पोषक असे हवामान पृथ्वीवर तयार झाले, ज्याचे श्रेय चंद्राकडेही जाते.

३. अक्षरोखातील बदल -पृथ्वीच्या परिवलन अक्षाचा रोख सध्या धृवतार्‍याकडे आहे. ह्या रोखामधे होणारा बदल (precession).

स्वत:भोवती फिरणार्‍या भोवर्‍याचा अक्ष जर कलता असेल, तर हा अक्ष हवेत एक भासमान वर्तुळ तयार करतो. त्याचप्रमाणे पृथ्वीचा अक्ष कललेला असल्याने तो अवकाशात एक भासमान वर्तुळ पूर्ण करतो. असे एक वर्तुळ पूर्ण करून पुन्हा मूळ जागी येण्यास त्याला सुमारे २६,००० वर्षे लागतात. अक्षरोखामध्ये बदल होण्यासाठी तो अक्ष कललेला असणे आवश्यक आहे. पृथ्वीचा अक्ष पृथ्वीच्या सूर्याभोवती फिरण्याच्या प्रतलाशी काटकोन करत असता तर पृथ्वीवर ऋतू अनुभवण्यास तर मिळालेच नसते, पण अक्षाचा रोखही सतत एकाच ठिकाणी राहिला असता.

ह्या अक्षरोखातील बदलामुळे संपातकाळ (संपात = equinox) बदलतो. सध्या २२ मार्च ला वसंत संपात (autumnal equinox) तर २३ सप्टेंबरला शरद संपात (vernal equinox) असतो. संपातदिनी सूर्य पृथ्वीच्या विषुववृत्तावर असतो. अक्षरोखातील बदलामुळे काही वर्षांनतर वसंत संपात फेब्रुवारीमध्ये, आणखी काही वर्षांनी जानेवारीमध्ये येईल. संपातदिनी पृथ्वीवर सर्व ठिकाणी बारा तासांचा दिवस व बारा तासांची रात्र असते. संपातदिनी सूर्य ज्या दिशेला उगवतो ती खरी पूर्व दिशा. इतर दिवशी तो उत्तरायण वा दक्षिणायन चालू असेल त्यानुसार खर्‍या पूर्वेच्या उत्तरेस वा दक्षिणेस असतो.

पृथ्वीच्या अक्षाचे टोक सुमारे २६,००० वर्षांमध्ये अवकाशामध्ये एक भासमान वर्तुळ पूर्ण करते. अक्षाच्या उत्तर टोकाने काढलेल्या भासमान वर्तुळावर तीन तारे आहेत. पृथ्वीच्या अक्षाचे दक्षिण टोकही अवकाशात असे भासमान वर्तुळ पूर्ण करते, परंतु दुर्दैवाने ह्या वर्तुळावर एकही तारा नाही. सध्या पृथ्वीच्या अक्षाचा रोख ध्रुवतार्‍याच्या दिशेने आहे. अक्षाच्या उत्तर टोकाने अवकाशात काढलेल्या वर्तुळावर असलेल्या ३ तार्‍यांची नावे आहेत ध्रुव (पोलॅरिस), अभिजित (वेगा) व थुबान. सध्या पृथ्वीच्या अक्षाचा रोख ध्रुवतार्‍याच्या दिशेशी सुमारे एक अंशाचा कोन करतो. मात्र अजून सुमारे १३,००० वर्षांनतर पृथ्वीच्या अक्षाने त्याचा रोख अभिजित ह्या तार्‍याकडे वळवलेला असेल आणि त्यावेळी दिसणारे रात्रीचे आकाश आजच्या आकाशाहून खूपच भिन्न असेल. इ‌.स. पूर्व ३००० च्या सुमारास पृथ्वीच्या अक्षाचा रोख थुबान तार्‍याच्या दिशेने होता. पुरातन ग्रंथांमधील रात्रीच्या आकाशाचे वर्णन हे आजच्या आकाशाहून फारच भिन्न आढळते ते ह्यामुळेच. ग्रीक शास्त्रज्ञ इरॅटोस्थेनीस ह्याने सर्वप्रथम पुरातन ग्रीक ग्रंथांमधील आकाशतार्‍यांचे वर्णन व तत्कालीन आकाशतार्‍यांचे स्थान ह्यातील फरक अभ्यासून पृथ्वीच्या अक्षाचा रोख बदलतो असा निष्कर्ष काढला होता.

आकृती २. मिलॅंकोविच सिद्धांतातील खगोलीय कारणे दर्शविणार्‍या आकृत्या. http://ircamera.as.arizona.edu/NatSci102/NatSci102/images/milankovitch.gif येथून सुधारित.

आता ह्या तीन तार्‍यांबद्दल थोडेसे. सध्याचा उत्तरतारा हा ध्रुव तारा (Polaris) होय. हा ध्रुवतारा ध्रुवमत्स्य (Ursa Minor) ह्या तारकासमूहामध्ये (Constellation) आहे. ध्रुवतारा हा फारसा ठळक तारा नाही, परंतु पृथ्वीच्या अक्षाचा रोख सध्या ह्या तार्‍याकडे असल्याने ह्या तार्‍यास महत्व प्राप्त झाले. अभिजित (Vega) हा ठळक तारा स्वरमंडल (Lyra) तारकासमूहामध्ये आहे. अभिजित तार्‍याला आपण (साडेसत्ताविसावे) अर्धनक्षत्र मानतो. थुबान हा ही अतिशय मंद तारा आहे. थुबान कालेय (Draco) तारकासमूहामध्ये आहे.

————-

** चंद्राच्या निर्मितीबाबत अनेक सिद्धांत आहेत. पृथ्वी व दुसर्‍या एका ग्रहाची टक्कर होऊन पृथ्वीचे व दुसर्‍या ग्रहाचे टकरीमुळे अवकाशात फेकलेले काही वस्तुमान मिळून चंद्र तयार झाला व पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे पृथ्वीभोवती फिरू लागला असा एक सिद्धांत सांगतो. चंद्रनिर्मितीबाबतचे तर्क व त्यांबद्दल अधिक माहितीसाठी चंद्रसंभवाची कहाणी‎ हा लेख वाचावा. पृथ्वीला चंद्र मिळाल्यानंतर तिच्यावरील परिणाम नक्कीच महत्त्वाचे आहेत, मग चंद्राची निर्मिती कशीही का झाली असेना!!

वरदा व. वैद्य, एप्रिल २००५ । Varada V. Vaidya, April, 2005

ह्यापुढे – ऊर्जासंकल्प आणि पृथ्वीप्रकाश