१९ व्या शतकातील प्रगती

 ह्याआधीचे भाग – प्रस्तावना
                             प्राचीन काळातील वाराविचार
                             मध्ययुगीन अभिसरणविचार
                             १५ वे ते १८ वे शतक

वातावरणीय अभिसरण -५
१९ व्या शतकातील प्रगती

उष्णकटिबंधातील (Tropical Region) प्रदेशामधील तापलेली हवा उर्ध्वदिशेने जाते व त्यामुळे भूपृष्ठाजवळील हवेचा दाब कमी होऊन उत्तर व दक्षिण दिशांकडून विषुववृत्ताच्या दिशेने हवा वाहते. उष्णकटिबंधातील ऊर्ध्वदिशेला गेलेली हवा ही वातावरणाच्या वरच्या स्तरांमध्ये पृष्ठालगतच्या हवेच्या विरुद्ध दिशेने, म्हणजे ध्रुवाच्या दिशेने प्रवास करते. ही वर गेलेली तप्त हवा थंड होऊन ध्रुवीय प्रदेशापर्यंत न जाता साधारण ३० अंश अक्षवृत्तावर खाली उतरते. अशा पद्धतीने विषुववृत्त व ३० अंश अक्षवृत्तांदरम्यान हवेचे एक चक्र (cell) कार्यरत असते. ह्या चक्राचे नियमन हे औष्णिक (thermal) स्वरूपाचे असते असा सिद्धांत जॉर्ज हॅडलीने मांडला. हॅडलीच्या स्मृतीप्रीत्यर्थ हवेच्या ह्या चक्रास हॅडली चक्र (Hadley Cell) असे म्हटले जाते (आकृती २). उषणकटिबंधातील अभिसरणाचे स्पष्टीकरण अशाप्रकारे देणे शक्य झाले असले तरी समशीतोष्ण तसेच ध्रुवीय प्रदेशातील अभिसरणाचे स्पष्टीकरण करण्याचे आव्हान एकोणीसाव्या शतकातील शास्त्रज्ञांपुढे होते.

आकृती २. वातावरणीय अभिसरणाचे त्रिचक्र प्रारूप. www.met.tamu.edu येथील आकृतीवरून सुधारित.

एकोणीसाव्या शतकाच्या सुरुवातीस जॉन डाल्टन ने अंशी दाबाचा (partial pressure) नियम सिद्ध केला. जॉन डाल्टन (१७६६ ते १८४४) हा ब्रिटिश रसायन-भौतिकी तज्ज्ञ. अंशी दाबाचा नियम असे सांगतो की वायूच्या मिश्रणाचा दाब हा त्या मिश्रणातील वायूंनी स्वतंत्ररितीने दिलेल्या दाबाच्या बेरजे एवढा असतो. थोडक्यात,

वायूंच्या मिश्रणाचा एकूण दाब = वायू क्र. १ चा दाब + वायू क्र. २ चा दाब + —– + वायू क्र. क्ष चा दाब 

हवामानशास्त्रज्ञांना ह्या नियमाचा वापर हवेतील बाष्पाचे प्रमाण मोजण्यासाठी, तसेच वातावरणाबद्दलचे औष्णिकगतिविषयक (thermodynamic) ज्ञान वाढविण्यासाठी होऊ लागला.

ब्रिटिश शास्त्रज्ञ जेम्स प्रेस्कॉट ज्यूल्स (१८१८ ते १८८९) ह्याने औष्णिक व गतिज उर्जा यांच्या परस्परसंबंधाचा अभ्यास केला. ह्या अभ्यासाचे निष्कर्ष त्याने नियमांच्या स्वरूपात मांडले, तेच औष्णिकगतिशास्त्राचे नियम (laws of thermodynamics). ह्या नियमांना हवामानशास्त्रामध्ये मोठेच महत्त्व आहे. वातावरणीय अभिसरण ह्या नियमांनुसार होत असते. औष्णिकगतिशास्त्राचा पहिला नियम हा ऊर्जा अक्षय्यतेचा नियम (Law of Conservation of Energy) म्हणूनही ओळखला जातो, जो वातावरणीय अभिसरणाचे कोडे सोडविण्यात महत्त्वाची भूमिका बजावतो.

एकोणीसाव्या शतकाच्या सुरूवातील ‘द्रव स्थितिगतिशास्त्र’ (fluid dynamics) व ‘जलस्थितिगतिशास्त्र’ (Hydrodynamics) ह्या नवीन शास्त्रशाखा उदयास आल्या. ह्या शाखांच्या प्रगतीस हातभार लावणा-या अनेक शास्त्रज्ञांनी वातावरणीय अभिसरणाच्या आकलनातील प्रगतीस प्रत्यक्ष-अप्रत्यक्षरित्या चालना दिली. इंग्लिश भौतिकशास्त्रज्ञ व गणितज्ञ सर ओसबॉर्न रेनोल्ड्स (१८४२ ते १९१२), फ्रेंचच पंडित क्लॉड लुइस मरी हेन्री नेवियर (१७८५ ते १८३६) आणि इंग्लिश शास्त्रज्ञ जॉर्ज गॅब्रिएल स्टोक्स (१८१९ ते १९०३) ह्या तीन शास्त्रज्ञांनी ‘द्रव स्थितिगतिशास्त्र’ शाखेमधे मोठे योगदान दिले आहे. नळीतून वाहणा-या द्रवासंदर्भात रेनॉल्डने असे दाखवून दिले की द्रवाची घनता (घ), द्रवाची गती (ग) आणि नळीचा व्यास (न) ह्या तीन राशींच्या गुणाकाराचे त्या द्रवाच्या स्थितिज विष्यंदितेशी (व) (विष्यंदिता = viscosity, स्थितीज विष्यंदिता = dynamic viscosity) गुणोत्तर घेतल्यास मिळणारा अंक हा एक महत्त्वाचा अंक असून तो त्या द्रवाच्या वाहण्याविषयी महत्त्वाची माहिती पुरवतो. ह्या महत्त्वपूर्ण अंकाला रेनॉल्डचा अंक (र) असे म्हणतात. थोडक्यात,

र = (घ x ग x न) / (व)

‘र’ हा मितिविरहित (dimensionless) अंक आहे. एखाद्या वाहत्या द्रवासाठी ‘र’ ची किंमत ३० पेक्षा कमी असल्यास द्रवाचा प्रवाह संथ-सलग ( laminar अथवा Poiseuille प्रवाह), तर ‘र’ ची किंमत ३० पेक्षा अधिक असल्यास प्रवाह खळाळता, उसळणारा (Turbulant) असतो.

नेवियर व स्टोक्स ह्या दोन्ही शास्त्रज्ञांनी मांडलेली द्रवस्थितिगतिशास्त्रातील व हवामानशास्त्रातील दोन महत्त्वाची समीकरणे हा एकोणीसाव्या शतकातील हवामानशास्त्रातील प्रगतीचा एक महत्त्वाचा टप्पा. वातावरण वा हवा हा एक प्रवाही पदार्थ असल्याने द्रवस्थितिगतिशास्त्रातील प्रगतीचा प्रत्येक टप्पा हा वातावरणीय अभिसरणाचे आकलन वाढविण्यास हातभार लावत असतो.

अठराव्या शतकापर्यंत हवामान नोंदी ह्या भूपृष्ठालगतच्या हवामानाच्या नोंदी असत. तप्तवायूच्या फुग्याची निर्मिती १८ व्या शतकाच्या अखेरीस झाली असली तरी ह्या फुग्यांतून हवामानमापक उपकरणे पाठवणे शक्य झाले नव्हते. अशा फुग्यातून पाठवलेली उपकरणे वातावरणाच्या वरच्या स्तरांपर्यंत पोहोचल्यावर उपकरणांनी घेतलेल्या हवामानाच्या नोंदी ह्या उपकरणांमध्ये साठवून ठेवणे, ही उपकरणे सुखरूप जमीनीवर आणणे, तशी आणता आल्यास उपकरणांनी साठवलेल्या नोंदी उतरवून घेता येणे, अशा असंख्य अडचणी त्यावेळी होत्या. तरीही फुग्यांमधून वातावरणाच्या वरच्या स्तरांत उपकरणे पाठवण्याचे काही प्रयत्न त्यावेळी लोकांनी केले होते. १९ व्या शतकामध्ये वातावरणाच्या वरच्या स्तरांतील हवामान नोंदींची आवश्यकता शास्त्रीय जगाला पटलेली होती. वातावरणीय अभिसरण जाणून घेण्यासाठी ह्या नोंदी अत्यावश्यक होत्या. फुग्यातून उपकरणे पाठवून अशा नोंदी मिळविण्याच्या पद्धतीत ह्या काळात अनेक सुधारणा झाल्या. १९ व्या शतकाच्या मध्यापर्यंत असे फुगे वातावरणात सोडून हवामाननोंदी मिळविण्याचे अनेक प्रयत्न यशस्वी ठरले आणि नियमितपणे हवेच्या वरच्या स्तरातील हवामानाच्या नोंदी ठेवण्याची परंपरा सुरू झाली. ब्रिटिश शास्त्रज्ञ जेम्स ग्लेइशर (१८४८ ते १९२८) यांनी १८६२ ते १८६६ च्या दरम्यान २८ फुग्यांच्या झेपा (flights) यशस्वी करून वातावरणीय घटकांच्या नोंदी मिळविल्या.

वातावरणाच्या वरच्या स्तरांतील हवामान नोंदींबरोवरच सागरीपृष्ठावरील वातावरणाच्या नोंदी मिळविणेही आवश्यक आहे ह्याची शास्त्रज्ञांना एव्हाना खात्री पटली होती. त्यावेळी बोटींवर शास्त्रीय उपकरणे ठेवून बोटीवरील लोकांनी सागरी पाण्याच्या व सागरीपृष्ठावरील हवामानाच्या नोंदी ठेवणे हा एकमेव पर्याय उपलब्ध होता.  

अमेरिकी हवामानतज्ञ विल्यम रेड्फील्ड (१७८९ ते १८५७) ह्यांनी अमेरिका खंडाला धडक देणा-या चक्रीवादळांची निरीक्षणे केली. त्यांचे निष्कर्ष १८३१ आणि १८३३ मधे दोन शोधनिबंधांद्वारे प्रसिद्ध झाले. त्यांच्या निष्कर्षांनुसार प्रत्येक चक्रीवादळाशी संबंधित असा वा-याचा एक आकृतिबंध (wind system) असतो.  चक्रीवादळाच्या मध्यभागी शांत प्रदेश (वादळाचा डोळा) असतो तर ह्या शांत प्रदेशाच्या भोवतीच्या प्रदेशात घड्याळाच्या विरुद्ध दिशेने वारे वाहत असतात. चक्रीवादळाची गती खूप नसली तरी ह्या वा-यांची गती मात्र खूपच असते.

१८४८ मधे लॉर्ड विल्यम थॉमस केल्विन ने तापमान मोजण्याची नवीन निरपेक्ष (absolute) मापनश्रेणी तयार केली. आज ही मापनश्रेणी विशेषतः शास्त्रीय समीकरणांमध्ये व आकडमोडींमध्ये प्रमाणित तापमान परिस्थिती ठरविण्यासाठी वापरली जाते.

हॅडलीच्या वातावरणीय अभिसरणविषयक संकल्पनांमध्ये एकोणीसाव्या शतकामध्ये दोन मोठ्या सुधारणा करण्यात आल्या. ह्या सुधारणा फ्रेंच शास्त्रज्ञ गॅस्पार्ड-गुस्ताव कॉरिऑलिस (१७९२ ते १८४३) व अमेरिकी शास्त्रज्ञ विल्यम फेरेल (१८१७-१८९१) ह्या दोन शास्त्रज्ञांच्या वातावरणीय हालचालींच्या अभ्यासावर आधारित होत्या. १८५६ मधे फेरेलचा ‘वारे व समुद्रपवाह यांविषयी’ असे शीर्षक असलेला निबंध प्रसिद्ध झाला. हा निबंध म्हणजे हवामानशास्त्रज्ञांच्या हातात आलेली सोन्याची खाणच. फेरेल ने लागोपाठ १८८२, १८८४, १८८६ आणि १८८९ मधे वातावरण आणि हवामानविषयक शोधनिबंध प्रसिद्ध करून हवामानशास्त्रीय प्रगतीमध्ये मोठीच भर घातली. दोन्ही गोलार्धातील ३० अंश अक्षवृत्त आणि ६० अंश अक्षवृत्तांदरम्यान आढळणारे वातावरणीय अभिसरणचक्र हे फेरेल च्या नावाने ओळखले जाते. हे ‘फेरेल चक्र’ दुय्यम मानले जाते कारण ह्या चक्राचे सामर्थ्य आणि अस्तित्व हे ‘हॅडली चक्र’ आणि ‘ध्रुवीय चक्रा’वर अवलंबून असते (आकृती २). फेरेल चक्राचे अस्तित्व हे उप-उष्णकटिबंधीय अधिक दाबाचा पट्टा (subtropical high) ते ध्रुवीय कमी दाबाचा पट्टा (polar low) ह्या दोन पट्ट्यांदरम्यान आढळते.

कॉरिऑलिस ने असे दाखवून दिले की न्यूटनचे स्थिर संदर्भचौकटीतील (frame of reference) गतिविषयक नियम फिरत्या संदर्भचौकटीमधील (rotating frame of reference) वस्तूंसाठी वापरावयाचे असतील तर त्या समीकरणांमध्ये जडत्वीय बलाचा (inertial force) अंतर्भाव करणे जरूरीचे आहे. पृथ्वी स्वतःभोवती फिरते. पृथ्वीवरील वस्तूंच्या पृथ्वीसापेक्ष हालचालींची समीकरणे मांडायची झाली तर त्या समीकरणांमध्ये पृथ्वी फिरत असल्याने घडणारे परिणाम दाखविणारा घटक अंतर्भूत केला पाहिजे. कॉरिऑलिसच्या ह्या सिद्धांतामुळॆ वा-यांच्या दिशाविषयक कोड्यांची उत्तरे चुटकीसरशी सापडली. कॉरिऑलीस च्या सिद्धांतानुसार वाहणारी हवा ही उत्तर गोलार्धामधे मूळ दिशेच्या उजवीकडे तर दक्षिण गोलार्धामधे मूळ दिशेच्या डावीकडे ढकलली जाते (आकृती ३). हा ढकलले जाण्याचा परिणाम पृथ्वीच्या स्वतःभोवती फिरण्याच्या क्रियेतून निर्माण झालेल्या बलामुले असतो ज्याला आता आपण ‘कॉरिऑलिस बल’ (Coriolis Force) म्हणून ओळखतो.

फेरेल चक्रातील ३० अंश अक्षवृत्तांकडून ध्रुवाकडे जाणारी भूपृष्ठालगतची हवा कॉरिऑलिस बलामुळे पूर्वेला वळते. कॉरिऑलीसच्या सिद्धांताने हे दाखवून दिले की कॉरिओलीस बल हे जसजसे विषुववृताकडे जाऊ तसतसे कमी होत जाऊन प्रत्यक्ष विषुववृत्तावर शून्य असते, तसेच हे बल भूपृष्ठापासून जसजसे दूर जावे तसेही कमी होत जाते.

हॅडली चक्राप्रमाणे ध्रुवीय चक्राचे नियमनही औष्णिक स्वरूपाचे असल्याचे ह्याच शतकामध्ये सिद्ध झाले. ध्रुवीय चक्रामधे  ६० अंश (कमी दाबाचा प्रदेश) अक्षवृत्तांच्या आसपासच्या प्रदेशातील हवा ही ध्रुवांच्या तुलनेत अधिक तापत असल्यामुळे वर जाऊन धृवांच्या दिशेने जाते तर ध्रुवांकडून ह्या अक्षवृत्तांच्या दिशेने पृष्ठालगतच्या हवेचा प्रवाह वाहतो. मात्र ध्रुवीय चक्राची खोली हॅडली चक्राच्या तुलनेत बरीच कमी असते. 

आकृती ३. कॉरिऑलिस बलामुळे हलणारी वस्तू उत्तर गोलार्धात मूळ दिशेच्या उजवीकडे तर दक्षिण गोलार्धात मूळ दिशेच्या डावीकडे ढकलली जाते.

एकोणीसाव्या शतकामध्ये निर्माण झालेल्या तारायंत्राचा (Telegraph) वापर एखाद्या ठिकाणच्या हवामान नोंदी दुस-या ठिकाणी पाठवण्यासाठी होऊ लागला आणि जागतिक हवामानाचा आढावा घेण्याचे प्रयत्न सुरू झाले. हवामान नोंदी जास्तीतजास्त अचूकतेने करण्याबरोबरच जगातील हवामानतज्ज्ञांचा एकमेकांशी होणारा संपर्कही हवामानशास्त्राच्या प्रगतीस मोठ्या प्रमाणात कारणीभूत ठरला. अठराव्या शतकाच्या अखेरीस मान्यता पावलेल्या वातावरणाभिसरणाच्या हॅडली प्रारूपामध्ये बदल होऊन एकोणीसाव्या शतकाच्या अखेरीपर्यंत वातावरणाभिसरणाचे ‘त्रिचक्र प्रारूप – हॅडली, फेरेल व ध्रुवीय चक्र’ (आकृती २) सर्वत्र मान्य झाले. 

विसाव्या शतकामध्ये हवामानशास्त्राच्या प्रगतीने मोठी झेप घेतली, त्याबद्दल पुढील दोन लेखांमध्ये विस्ताराने पाहू. 

ह्यानंतर – विसाव्या शतकातील गरूडझेप – पूर्वार्ध

१५ वे ते १८ वे शतक

ह्या आधीचे लेख – प्रस्तावना 
                            प्राचीन काळातील वाराविचार
                            मध्ययुगीन अभिसरणविचार

वातावरणीय अभिसरण -४
१५ ते १८ वे शतक

सोळाव्या शतकापासून वातावरणातील अभिसरणाचे महत्त्व लोकांच्या हळूहळू लक्षात यावयास लागले होते. हवामानशास्त्र हे तेंव्हा ‘निसर्ग शास्त्र’ म्हणून ओळखले जाई. हवामान अंदाजातील अचूकतेच्या दृष्टीने वातावरणातील अभिसरणाचे असलेले महत्त्वही पटू लागले होते. ह्या वेळेपर्यंत अनेक दर्यावर्दींना काही विशिष्ट प्रदेशांमध्ये विशिष्ट ऋतूंमध्ये वाहणा-या वा-यांबद्दल माहिती मिळाली होती ज्याचा उपयोग नौकानयनासाठी केला जात असे. मात्र हे विशिष्ट वारे जागतिक अभिसरणाचा एक भाग आहेत ह्याची कल्पना मात्र तेंव्हा आलेली नव्हती.

हवामानमापनाचे व नोंदींचे महत्त्व पटलेले होते आणि हवामान नोंदी ठेवायच्या तर नेमक्या कोणत्या घटकांच्या नोंदींची हवामान अंदाजासाठी आवश्यकता आहे ह्याचा अभ्यास सुरू झाला होता. नोंदी अचूक असण्याचे महत्त्व पटून हवामानघटकांचे मापन करणारी शास्त्रीय उपकरणे निर्माण होऊ लागली होती. सोळाव्या शतकाच्या अखेरीपर्यंत हवेचा दाब, तापमान, वा-याचा वेग आणि दिशा इत्यादी घटकांच्या मापनासाठी शास्त्रीय उपकरणे निर्माण झाली होती. १४५० च्या सुमारास कार्डिनल निकोलस डी कुसा (Cardinal Nicholas De Cusa) ह्या जर्मन गणितज्ञाने हवेतील दमटपणा मोजण्याचे यंत्र (hygrometer) तयार केले. सोळाव्या शतकाच्या द्वितीयार्धामध्ये गॅलिलिओने तापमापक तयार केला. सतराव्या शतकामध्ये टॉरिसेलीने काचेच्या परीक्षानळीत पारा भरून ती नळी बशीत उपडी ठेवली आणि परीक्षानळीतील पा-याची उंची आणि स्थानिक वातावरणाचा दाब ह्यामध्ये संबंध असतो हे सप्रयोग दाखवून दिले. अशाप्रकारे वातावरणीय दाब पा-याच्या परिक्षानळीतील उंचीच्या स्वरूपात मोजता येऊ लागला. पुढे हा दाबमापक वापरण्याच्या दृष्टीने अधिकाधिक सुटसुटीत व्हावा म्हणून प्रयत्न केले गेले. ह्या दाबमापकाचा वापर करून ब्लेझ पास्कल ह्या फ्रेंच गणितज्ञाने वातावरणीय दाबाच्या बदलाचा अभ्यास करून काही महत्त्वपूर्ण निष्कर्ष नोंदवले. सध्या वातावरणीय दाब हा ‘पास्कल’ ह्या एककामध्ये मोजला जातो. मात्र हेक्टोपास्कल हे एकक अधिक प्रचलित आहे.

१०० पास्कल = १ हेक्टोपास्कल = १ मिलिबार

ह्या दाबमापकाचा वापर करून पास्कलने ‘हवेला वजन असून डोक्यावरच्या हवेच्या राशीत बदल झाला तर वातावरणीय दाबही बदलतो’ हे सिद्ध केले. भूपृष्ठापासून जसजसे दूर जावे तसतसा वातावरणीय दाब कमी होत जातो हेही त्याने सप्रयोग सिद्ध केले. ह्या शोधांचा पुढे वातावरणीय अभिसरणाचे आकलन वाढण्यासाठी उपयोग झाला. १७१४ मधे गॅब्रिएल फॅरनहाईटने पा-याचा तापमापक तयार केला. तसेच त्याने पाण्याच्या गोठणबिंदू व उत्कलनबिंदूवर आधारित अशी पा-याची काचेच्या नळीतील लांबी आणि तापमान यांचा संबंध दर्शविणारी मापनश्रेणीही (scale) तयार केली. पुढे १७४२ मधे अँडर्स सेल्सिअस ने तापमान-मापनासाठी दुसरी मापनश्रेणी सुचवली जी लवकरच लोकप्रिय झाली.

हवामानमापक उपकरणांच्या निर्मितीमुळे हवामानीय घटकांची नोंद ठेवणे सोपे झाल्याने युरोप आणि उत्तर अमेरिकेमध्ये हवामानाच्या नियमित नोंदी ठेवण्याची पद्धत सुरू झाली. ह्या सुमारास सुरू असलेल्या भौतिकशास्त्रातील सैद्धांतिक (theoretical) व प्रायोगिक विश्लेषणात्मक (experimental analysis) प्रगतीचा वातावरणीय अभिसरणविषयक आकलन वाढण्यास खूपच उपयोग झाला. अभिजात हवामानशास्त्राचा ( classical meteorology) उगम हा अभिजात भौतिकशास्त्र ( classical physics)आणि औष्णिकगतिशास्त्रामधे (thermodynamics) सापडतो.

सतराव्या शतकाच्या शेवटी सर आयझॅक न्यूटन (१६२३ ते १७२७) यांनी गुरुत्वाकर्षणाचा शोध लावला, तसेच गतिविषयक नियमही मांडले. या शोधांबरोबरच वस्तुमान अक्षय्यता (mass conservation) व संवेग अक्षय्यतेचा (momentum conservation) नियम ह्या दोन महत्वाच्या तत्वांमुळे हवामानशास्त्रातील प्रगतीस अधिक चालना मिळाली. ह्याच काळात शोधले गेलेले आणि महत्त्वाचे ठरलेले आणखी दोन नियम म्हणजे बॉयलचा नियम (Boyle’s LAw) आणि चार्लस् चा नियम (Charles’ LAw). आयरिश भौतिकशास्त्रज्ञ रॉबर्ट बॉयल (१६२७ ते १६९१) ह्यांनी सिद्ध केले की ‘तापमान स्थिर असताना वायूचे आकारमान त्याच्या दाबाच्या व्यस्त प्रमाणात बदलते’.  जॅक्वेस चार्लस् (१७४६ ते १८२३) ने सिद्ध केलेला नियम सांगतो की ‘दाब स्थिर असताना वायूचे तापमान हे त्याच्या आकारमानाच्या सम प्रमाणात बदलते’.

एडमंड हॅले हा इंग्लंडमधील एक नावाजलेला खगोलशास्त्रज्ञ, गणितज्ञ, भूगोलतज्ञ तसेच हवामानशास्त्रज्ञ. १६८६ मधे हॅलेने व्यापारी वारे आणि मान्सून वारे ह्यांचा अभ्यास करून काही तर्कशुद्ध अडाखे बांधले. सौरप्रारण (solar radiation) हे पृथ्वीवर सर्वत्र सारख्या प्रमाणात उपलब्ध होत नसल्याने वातावरण असमान तापते (differential heating) ज्यामुळे वातावरणामध्ये हालचाल निर्माण होऊन वारे वाहतात असा आडाखा हॅलेने मांडला. हवेचा दाब व समुद्रसपाटीपासूनची उंची ह्यातील संबंध दर्शविणारी सारणी हॅलेने तयार केली. तसेच; हा संबंध अक्षांशांनुसार (latitudinal) बदलत असल्याचे त्याने दाखवून दिले. व्यापारी वा-यांच्या उगमाबद्दल त्याने असा सिद्धांत मांडला की ‘विषुववृत्तावर सर्वात जास्त प्रमाणात उपलब्ध होणा-या सूर्यशक्तीमुळे वातावरण तापते व हवा वर जाते. ह्यामुळे विषुववृत्तीय प्रदेश हे उत्तर व दक्षिणेकडून हवा खेचून घेतात. ही उत्तरेकडून व दक्षिणेकडून विषुववृत्ताच्या दिशेने खेचली जाणारी हवा म्हणजेच व्यापारी वारे’. हॅलेचा हा सिद्धांत ब-याच प्रमाणात अचूक असला तरीही व्यापारी वा-यांच्या दिशांची निरीक्षणे मात्र ह्या सिद्धांतानुसार नाहीत असे आढळून आले. व्यापारी वारे उत्तर वा दक्षिणेकडून नव्हे तर उत्तर गोलार्धात इशान्येकडून तर दक्षिण गोलार्धात आग्नेयेकडून विषुववृत्ताच्या दिशेने वाहतात. तरीही, व्यापारी वा-यांच्या उगमाविषयीचा व निर्मितीविषयीचा हॅलेचा हा सिद्धांत हवामानशास्त्राच्या प्रगतीतील तसेच वातावरणीय अभिसरणाच्या ज्ञानातील एक महत्त्वाचा टप्पा होता.

व्यापारी वा-यांसंदर्भातील दुसरा महत्त्वाचा टप्पा म्हणजे जॉर्ज हॅडलीने मांडलेला सिद्धांत. इंग्लंडमध्ये रहाणारा जॉर्ज हॅडली (१६८५ ते १७६८) हा व्यवसायाने वकील असला तरी त्याला हवामानशास्त्राची आवड होती. व्यापारी वा-यांविषयीचा हॅलेचा सिद्धांत आणि प्रत्यक्ष निरीक्षणे ह्यात आढळणा-या तफावतीची कारणमीमांसा करणारा एक शोधनिबंध हॅडलीने १७३५ मध्ये प्रसिद्ध केला. हॅलेचा व्यापारी वा-यांच्या उगमाबद्दलचा सिद्धांत हॅडलीला मान्य होता. गोलाकार असलेली पृथ्वी स्वतःभोवती फिरते त्यावेळी पृथ्वीचा विषुववृत्तीय भाग (equatorial region) हा इतर भागाच्या मानाने अधिक वेगाने फिरतो. त्यामुळे उत्तर वा दक्षिणेकडील अक्षवृत्तांकडून वाहणारे वारे विषुववृत्तावर पोहोचेपर्यंत विषुववृत्ताचा भाग पुढे गेलेला असतो, आणि वारे मागे पडून मूळ रेखावृत्ताच्या पश्चिमेकडील रेखावृत्तावर पोहोचतात. त्यामुळे वारे हे उत्तर वा दक्षिणेऐवजी अनुक्रमे इशान्य व अग्नेयेकडून आल्यासारखे भासतात. हॅडलीने हॅलेच्या सिद्धंतातील त्रुटींची दिलेली ही कारणमीमांसा नक्कीच पटण्यायोग्य होती. अशाप्रकारे विषुववृत्तीय भागातील वातावरणीय अभिसरणाबद्दल महत्वाची माहिती मिळाली होती.

१५ ते १८ व्या शतकातील आणखी दोन महत्त्वाचे शास्त्रज्ञ म्हणजे फ्रान्सिस बेकन व बेंजामिन फ्रँकलीन.  फ्रान्सिस बेकन ( १५६१ ते १६२६) हा इंग्लिश पंडित केम्ब्रिज विद्यापीठाचा विद्यार्थी होता. वातावरणातील दीर्घकालीन बदलांचा अभ्यास करणारा आणि अशा अभ्यासाचे महत्त्व पटवून देणारा हा पहिला शास्त्रज्ञ. बेकनने केलेल्या मौसमी हवामानाच्या (seasonal climate) तीव्रतेतील दीर्घकालीन बदलांच्या (long-term changes) अभ्यासाचा आणि विश्लेषणांचा हवामानशास्त्रातील प्रगतीमधे मोलाचा वाटा आहे. अमेरिकी पंडित बेंजामिन फ्रँकलिन (१७०६ ते १७९०) हा वादळांच्या अभ्यासपूर्वक नोंदी ठेवणारा पहिला शास्त्रज्ञ. चक्रीवादळाच्या मार्गाची नोंद ठेवण्यासाठी हा शास्त्रज्ञ घोड्यावरून त्या वादळाचा पाठलाग करत असे. १७४३ मध्ये त्याच्या चक्रीवादळांविषयीच्या नोंदी प्रसिद्ध झाल्या होत्या.

१५ ते १७ व्या शतकातील शास्त्रज्ञांच्या अभ्यासू व निरीक्षणात्मक वृत्तीमुळे हवामानशास्त्रविषयक ज्ञानामधे महत्त्वाची भर पडली. एकोणीसाव्या शतकामधील प्रगती पुढील लेखामध्ये पाहू.

ह्यानंतर – १९ व्या शतकातील प्रगती

मध्ययुगीन अभिसरणविचार

ह्याआधीचे भाग – प्रस्तावना
                               प्राचीन काळातील वाराविचार

वातावरणातील अभिसरण – ३
मध्ययुगीन अभिसरणविचार

मध्ययुगातील ऍरिस्टॉटल (इ. स. पूर्व ४८३ ते ४२०) हा एक प्रसिद्ध हवामानशास्त्रज्ञ. त्याने लिहिलेला ‘हवामानशास्त्र’ (Meteorology) हा ग्रंथ तत्कालीन हवामानशास्त्रातील प्रगतीवर प्रकाश टाकतो. ऍरिस्टॉटल च्या मते हवामानीय घटनांची व्याख्या ‘सर्वसाधारणपणे हवा आणि पाण्याशी निगडीत असलेल्या व पृथ्वीवरील विविध प्रदेशांमध्ये अनुभवास येणा-या घटना’ अशी होती.  वातावरणातील घडामोडींसाठी सूर्यशक्ती कारणीभूत असते असे त्याचे मत होते. ’हवा थंड प्रदेशाकडून उष्ण प्रदेशाकडे वाहते’ असे ऍरिस्टॉटलने सर्वप्रथम प्रतिपादन केले. सूर्यामुळे पृथ्वी आणि वातावरण तापते, परंतु ते सर्वत्र सारख्या प्रमाणात तापत नाही. त्यामुळे थंड व उष्ण प्रदेश निर्माण होऊन वारे वाहण्यास चालना मिळते, ह्याची ऍरिस्टॉटलला जाणीव होती. ह्या सिद्धांतामागील शास्त्रीय कारणांची माहिती त्याला होती अथवा नाही ह्याची माहिती त्याच्या लेखनातून मिळत नाही. ऍरिस्टॉटलच्या मते वा-याचा उगम जरी भूपृष्ठावर होत असला तरी वा-याची दिशा मात्र अवकाशातील हालचालींवर (उदाहरणार्थ सूर्याची हालचाल) अवलंबून असते. विविध ऋतूमधील सूर्याच्या अवकाशातील स्थानावर आणि सूर्योदय व सूर्यास्ताच्या स्थानिक वेळांवर आधारित वा-याची दिशा ठरवणारे एक चक्र त्याने आखले होते (आकृती १). ह्या चक्रानुसार विविध ऋतूंमध्ये वा-याची सर्वसाधारण दिशा कोणती असेल ह्याची माहिती मिळणे शक्य होत असे. 

आकृती १ – ऍरिस्टॉटल च्या वाराविषयक माहितीवर आधारित आधुनिक वाराचक्र. मूळ संदर्भ-‘Meteorologica’, trans, H.D.P. Lee (1952) Cambridge, MA, Harvard University Press, Loeb Classical Library, 187. साभार संदर्भ- Taub, L., 2003, ‘Ancient Meteorology’, Routledge Publishers, Taylor and Francis Group.

ऍरिस्टॉटलने लिहिलेल्या ‘कॉसमॉस’ ह्या ग्रंथामध्ये वारा हा भूकंपास कारणीभूत असतो असे म्हटले आहे. वा-यामुळे समुद्राच्या पाण्यावर लाटा निर्माण व्हाव्यात त्याप्रमाणॆ वा-यामुळे जमिनीखाली लाटा तयार होऊन भूकंप होतो अशी त्याची समजूत होती. ऍरिस्टॉटलचा सहकारी ‘थिओप्रॅस्टस ऑफ इरेसस’ (Theophrastus of Eresus) (इ. स. पूर्व ३७२ ते २८८) ह्याने लिहिलेल्या ‘वा-यासंदर्भात’ ह्या ग्रंथामध्ये असे मत मांडले आहे की ‘वारा हा वाफेपासून तयार होतो. वारा वातारवणाच्या वरच्या अथवा खालच्या थरात निर्माण होऊ शकतो. खालच्या थरात निर्माण झालेले वारे जमीन व पाण्यापासून तयार होतात.’ थिओप्रॅटस ने लिहिलेल्या ग्रंथामध्ये त्याने वा-यांचे जोरकस, संतत, उष्ण, शीत, कोरडे व दमट असे वर्गीकरण केले आहे. त्याच्यामते सूर्य व चंद्राच्या पृथ्वीसापेक्ष हालचालींमुळे वारे निर्माण होण्यास चालना मिळते. तसेच हवा समतोल रहाण्यासाठी वारे वाहतात असा सिद्धांतही त्याने मांडला.

 इ. स. पूर्व ४थ्या शतकाच्या सुमारास रोमन पंडित ‘सेनेका’ ह्याने लिहिलेल्या ‘नैसर्गिक प्रश्न’ ह्या ग्रंथामध्ये हवामानीय घटनांचे विवेचन आढळते. मात्र आज ह्या ग्रंथाचा काही भागच केवळ उपलब्ध आहे. ह्या ग्रंथामध्ये सेनेका ने गारा कशा तयार होतात ह्याविषयी अनेक सिद्धांत मांडले आहेत. तसेच ह्या ग्रंथामध्ये संधिप्रकाश, खगोलीय घटनांचे हवामानशास्त्रातील महत्व, आणि सेनेकाचे वारेविषयक विचार यांचेही विवेचन आहे. सेनेकानेही वा-यांच्या वर्गीकरणाचे काही प्रकार मांडले आहेत‌. ऍरिस्टॉटलप्रमाणे सेनेकाचेही वारा हा भूकंपास कारणीभूत असल्याचे मत होते. ऍरिस्टॉटलच्या ‘हवामानशास्त्र’ ह्या ग्रंथाचा प्रभाव पुढील अनेक वर्षे रोम, ग्रीस आणि इजिप्त मधील लोकांवर होता. दीर्घकाळ त्याच्या मतांच्या विरोधी मते मांडली गेली नाहीत.

मध्ययुगामध्ये हवामानीय घडामोडींवर असलेला ‘दैवी’पणाचा शिक्का बराच पुसट झाला होता. ह्या घडामोडी नैसर्गिक असून त्यांचे नियमन देवतांद्वारे होत नाही हे लोकांना काही प्रमाणात तरी पटले होते. वा-याच्या तीव्रतेचे, तापमानाचे वा इतर हवामान घटकांचे मापन करण्यासाठी उपकरणांचा अभाव व असे मापन करण्याच्या पद्धतीचा अभाव असल्याने हवामानाचा अंदाज मात्र हवामानशास्त्राच्या आधाराशिवाय आकाशातील ग्रहस्थिती पाहूनच केला जात असे.

उन्हाळी कालखंडात अरबी समुद्राकडून भारतीय भूखंडाकडे तर हिवाळ्यात विरूद्ध दिशेने वाहणा-या मौसमी वा-यांची माहिती अरबस्तानातून भारताशी व्यापार करणा-या आणि नियमितपणे भारतभेटीला जाणा-या अरबी दर्यावर्दी व्यापा-यांना फार पूर्वीपासून होती. हे दर्यावर्दी भारतात येण्यासाठी उन्हाळ्यात प्रवास करत. त्यावेळी भारताच्या दिशेने वाहणा-या मौसमी वा-याचा त्यांना उपयोग होई, तर अरबस्तानात परतण्यासाठी हिवाळ्यात प्रवास करत, ज्यावेळी मौसमी वा-यांनी दिशा बदललेली असे. अरबी व्यापा-यांच्या नोंदींमध्ये भारतीय मौसमी वा-यांबद्दल महत्त्वाची माहिती आढळली आहे. मौसमी वारे हे वातावरणीय अभिसरणाचाच एक भाग आहेत. 

दक्षिण अमेरिकेच्या विषुववृत्तानजिकच्या प्रशांत महासागराचे पाणी अकालीच नेहमीपेक्षा गरम अथवा थंड असण्याचे उल्लेख काही मच्छीमारांच्या नोंदींमध्ये आढळतात. दक्षिण अमेरिकेच्या पूर्व किना-यावर गेलेल्या पर्यटकांनीही ह्या समुद्रपाण्याच्या तापमानातील विचित्र बदलांच्या नोंदी ठेवल्या आहेत. विषुववृत्तीय प्रशांत महासागरातील पाण्याचे तापमान मधेच वाढण्याच्या घटनेला आज आपण एल निन्यो (El Niño) आणि तापमान कमी होण्याच्या घटनेला ला निन्या (La Niña) असे म्हणतो. ह्या दोन्ही घटना मध्ययुगातील लोकांना माहित असल्याचे जुन्या नोंदींवरून लक्षात येते. ह्या दोन्ही घटनांचा आणि जगभरातील हवामानाचा प्रत्यक्ष-अप्रत्यक्ष असलेला संबंध आता शास्त्रज्ञांच्या लक्षात आलेला आहे. हा संबंध असण्यामागचे कारण अर्थातच वातावरणीय अभिसरण हेच.

पंधराव्या ते अठराव्या शतकादरम्यान झालेली प्रगती पुढच्या लेखात पाहू.

ह्यापुढे – १५ वे ते १८ वे शतक

प्राचीन काळातील वाराविचार

वातावरणातील अभिसरण 
भाग २ – प्राचीन काळातील वाराविचार

प्राचीनकाळी वारा वाहणे, वादळ होणे, विजा चमकणे, पाऊस पडणे अशा नैसर्गिक घटनांकडे ‘दैवी चमत्कार’ म्हणून पाहिले जाई. निसर्गातील विविध गोष्टींचे नियमन करण्यासाठी परमेश्वराने विविध देवता योजलेल्या आहेत अशी कल्पना होती. ह्या विविध देवता ह्या सर्व घटनांद्वारे माणसांशी संपर्क साधतात असा समज होता. ह्या देवता संतुष्ट आहेत तोपर्यंत योग्य प्रमाणात पाऊस पडेल, योग्य प्रमाणात आणि योग्य दिशेने वारे वाहतील, मात्र ह्या देवतांचा कोप झाल्यास वादळ होईल, पूर येतील, अवर्षण होईल असाही समज होता. त्यामुळे ह्या देवतांना संतुष्ट ठेवण्यासाठी प्रयत्न केला जाई. ह्या नैसर्गिक घटनांमागील कारणे व त्यांचा एकमेकांशी असलेला संबंध माहीत नसल्याने ह्या देवतांना विशेष महत्त्व होते. विविध दिशांनी वाहणा-या वा-यांसंबंधात अनेक गैरसमज आणि अंधश्रद्धा अलीकडील काळापर्यंत प्रचलित होत्या. काही विशिष्ट दिशांनी वाहणारे वारे हे वाईट हवामान घेऊन येतात आणि ह्या वाईट हवामानामुळे प्रकृतीअस्वास्थ्य निर्माण होते असे गैरसमज होते.

प्राचीन रोमन आणि ग्रीक वाङ्मयात हवामानशास्त्र आणि वा-यांसंबंधी लिखाण आढळते. ‘होमेरिक’ आणि ‘हेसॉडिक’ महाकाव्यांमध्ये काही हवामानीय घडामोडींचा उल्लेख आढळतो. ख्रिस्तपूर्व आठव्या शतकात ‘होमर’ने रचलेल्या ‘इलियाड’ आणि ‘ओडिसी’ ह्या काव्यग्रंथांमध्येही हवामानीय घडामोडींचा उल्लेख आढळतो. ह्या महाकाव्यांमध्ये हवामानीय घडामोडींना ‘देवाची करणी’ मानलेले आहे. ‘झ्यूस’ (Z

eus) देवाला ‘ढग जमविणारा’ मानलेले असून झ्यूसची मुलगी ‘अथीन’ (Athene) ही वा-यांची नियामक; तर टार्टारस (Tartarus) आणि गाया (Gaia-पृथ्वी) चा मुलगा ‘टायपोयस’ (Typoeus) हा वा-याचा निर्माता मानलेला आहे.

ग्रीक चार प्रकारचे वारे आणि संबंधित चार देवता मानत असत. ग्रीक देव ‘ओलस’  (Aeolus) हा ‘वा-यांचा देव’ मानला जाई. काही ग्रीक पौराणिक कथांनुसार ‘ऍस्ट्रस’ (Astraeus) हा चार वा-यांचा देव आणि चार वारे म्हणजे त्याची चार मुले – ‘बोरिआज’ (Boreas), ‘झेफिरस’ (zephyrus), ‘युरस’  (Eurus)  आणि ‘नोटस’ (Notus) - असे मानत. ‘बोरिआज’ हा ग्रीसच्या ‘थ्रेस’ ह्या सुपीक प्रांतामध्ये राहणारा ‘उत्तरवारा’; वादळी आणि विनाशक वृत्तीचा मानला जाई. रोमन ह्या उत्तरवा-यास ‘अक्विलो’ म्हणून ओळखत. ‘युरस’ हा जोरकस ‘पूर्ववारा’ पूर्वेहून ऊब आणि पाऊस घेऊन येतो असे मानले जाई. ‘नोटस’ हा ‘दक्षिण आणि अग्नेय वारा’ हा उबदार आणि दमट असून धुके आणि पाऊस आणणारा मानला जाई.  हा वारा धुके पसरवत असल्याने डोंगरमाथ्यावर गुरे चारणा-या गुराख्यांचा आणि दर्यावर्दींचा शत्रू तर चोर-दरवडेखोरांचा मित्र मानला जाई. ‘झेफिरस’ हा ‘पश्चिमवारा’ ‘थ्रेस’मधील एका गुहेत रहातो असे मानत असत.

प्राचीन काळापासून मानवास हवामान अंदाज, विशेषतः पर्जन्यमान अंदाज वर्तविण्याची गरज भासली आहे. शेती-उत्पन्न हे पर्जन्यमानावर अवलंबून असल्याने पर्जन्यमानाचा अंदाज पेरणी करण्यापूर्वीच माहित होणे महत्त्वाचे ठरते. प्राचीनकाळी ढगांशी-ढगांच्या राशी व प्रकार यांच्याशी - पर्जन्याचा संबंध असतो हे मानवाच्या लक्षात आले असले तरी वातावरणीय अभिसरणाचे ढग व पर्जन्यासंबंधातील महत्त्व मात्र तेवढे लक्षात आले नव्हते.

हवामानाचा अभ्यास करण्याची भारतीय परंपरा प्राचीन कालापासूनची आहे. वेदांमध्ये विविध नैसर्गिक गोष्टी/स्थितींना देवतास्वरूप देऊन त्यांना आवाहन करणारी सूक्ते लिहिली आहेत. उषा, निशा, दिशा, मरुत्, वरूण वगैरे नैसर्गिक गोष्टींवर मानवी आरोपण करून त्यांची स्तुती करणारी, त्यांचे वर्णन करणारी, त्यांना आवाहन करणारी सूक्ते ही सर्व मानवी व्यवहार नैसर्गिक संकटांशिवाय सुरळीत चालावे ह्यासाठी देवतांची प्रार्थना करतात. 

इ‌. स. पूर्व ३००० च्या सुमारास लिहिल्या गेलेल्या उपनिषदांमध्ये मेघनिर्मिती, पर्जन्य, पृथ्वीच्या सूर्याभोवतीच्या परिभ्रमणामुळे निर्माण होणारे ऋतुचक्र ह्यांचे विवेचन आढळते. इ. स. ५०० मध्ये लिहिल्या गेलेल्या बृहत्संहितेमध्ये सूर्याचे पर्जन्यविषयक (आदित्यात् जायते वृष्टि) महत्त्व आणि पर्जन्य-शेत्योत्पादन संबंध यांची चिकित्सा केलेली आहे. कौटिलीय अर्थशास्त्रामध्ये पर्जन्यमानाचे मापन व त्यांची नोंद ठेवण्याची आवश्यकता आणि महत्त्व नोंदलेले आहे. तसेच ह्या ग्रंथामध्ये पर्जन्यमान-शेती उत्पन्न-शेतसारा-अर्थशास्त्र ह्यांची परस्पर सांगड घातलेली आहे. सुमारे सातव्या शतकामध्ये महाकवि कालिदासाने लिहिलेल्या मेघदूतामधील ‘आषाढस्य प्रथमदिवसे’ मध्य भारतावरील आकाशात गोळा होणा-या, मौसमी पावसाची वर्दी देणा-या मेघांची आणि ह्या मेघांच्या मार्गक्रमणाची वर्णने सर्वश्रुत आहेत. 

पराशर ऋषींनी लिहिलेल्या ‘कृषि-पराशर’ ह्या ग्रंथामधे कृषितंत्राबरोबरच ढग, ढगांचे प्रकार व विविध प्रकारच्या ढगांचा आणि पर्जन्यराशीचा परस्परसंबंध ह्यांचेही सविस्तर विवेचन आहे. मात्र वातावरणीय अभिसरणाची वा वा-याची भूमिका केवळ ‘बाष्प वाहून नेणारा’ एवढीच मानली गेली आहे. तत्कालीन ऋषींचा ग्रहस्थिती व पर्जन्यमान ह्याचाही अभ्यास होता. ग्रहस्थितीचा व पर्जन्यमानाचा प्रत्यक्ष संबंध असणे अशक्य असले तरी अनेक वर्षांच्या अनुभवावरून आणि अवलोकनावरून लक्षात आलेला असा सांख्यिकीय संबंध (statistical corelation) विचारात घेऊन दरवर्षी हवामान अंदाज करणे हे ज्योतिषांचे एक काम असे. मात्र ह्या सांख्यिकीय अभ्यासात हवामानकारक असलेले वातावरणीय अभिसरण लक्षात घेतल्याचे आढळत नाही. 

प्राचीन काळातील पंडितांनी मिळवलेल्या ज्ञानाचा अभ्यास करून आणि त्यात भर टाकून मानवी पिढ्या आपले निसर्गाबद्दलचे कुतूहल अधिक ज्ञान मिळवून शमविण्याच्या प्रयत्नात आहेत. ह्या प्रयत्नांमध्ये मध्ययुगामध्ये पडलेली भर पुढच्या लेखात पाहू.

वातावरणातील अभिसरण – प्रस्तावना

वातावरणातील अभिसरण
भाग १ – प्रस्तावना

वातावरणाचे अभिसरण कसे, कुठे, केव्हा आणि का होते हे समजून घेण्यामधे हवामानशास्त्रज्ञांनी मोठी मजल गाठली आहे. मात्र ही मजल गाठण्यासाठी अनेक वर्षे लागली, अनेक भौतिक, रासायनिक, इतर शास्त्रीय व गणितीय शोधांचा त्यासाठी उपयोग झाला. वातावरण म्हणजे नक्की काय? हवामान का आणि कसे बदलते? हे समजून घेण्यासाठी, वातावरणीय घडामोडींना गणिती प्रमेयांमधे बसवण्यासाठी पूर्वीपासून अनेक प्रयत्न झाले. ‘हलणा-या वा वाहणा-या हवेला वारा म्हणतात’ ह्या सामान्यज्ञानापासून ते वातावरणीय घडामोडींना, त्या घडामोडींसाठी कारणीभूत असणा-या घटकांना गुंतागुंतीच्या समीकरणांमधे मांडून क्लिष्ट हवामान प्रारुपे (climate models) तयार करण्यापर्यंतची मानवाची प्रगती प्रशंसनीय आहे. वातावरणीय अभिसरणाचे मानवाचे ज्ञान आजच्या टप्प्यापर्यंत कसे पोहोचले, त्यासाठी कारणीभूत ठरलेल्या घटना, शोध, समज, शक्यता आणि उपयोग ह्याचा आढावा घेण्याचा प्रयत्न ह्या लेखमालेमध्ये करणार आहे. 

भोवताल जाणून घेण्याचे मानवाचे कुतूहल मानवाच्या प्रगतीस कारणीभूत ठरले आहे. हवा आणि वा-याचे ज्ञान मानवाला फार पूर्वीपासून होते. प्राचीन काळी ढग, वारा, वीज, पाऊस ह्या गोष्टी म्हणजे देवाने माणसाशी संपर्क साधण्याचे माध्यम आहे असे मानले जाई. ज्या नैसर्गिक घटनांचे तार्किक विश्लेषण करणे व अंदाज करणे सहजशक्य नव्हते त्या गोष्टी आकलनाबाहेरच्या आणि म्हणून ‘दैवी’ मानल्या जात. सर्व संस्कृतींमध्ये पूर्वी विविध ‘दैवी’ घटनांशी निगडीत अशा विविध देवता असत. उदाहरणार्थ भारतीय संस्कृतीमधे पावसाची देवता वरूण मानली जात असे तर ग्रीक संस्कृतीमधे चार दिशांनी वाहणा-या वा-यांचे नियमन करण्यासाठी चार वेगवेगळ्या देवता आहेत असे मानले जात असे. 

भोवताल जाणून घेताना जसजशी मानवाच्या निसर्गाबद्दलच्या ज्ञानात भर पडली तसतशी मानवाची नैसर्गिक घटनांमागील तत्व, कारणे जाणून घेण्याची आकलनशक्ती वाढत गेली. पाऊस का पडतो? वारा का वाहतो? ह्याची कारणे शोधली गेली. नैसर्गिक घटनांमागील तत्वे लक्षात येऊ लागली तसे ह्या घटनांचे ‘दैवी’पण कमी होत जाऊन विविध देवतांचे महत्त्व कमी होऊ लागले.

दर्यावर्दी आणि नौकानयन करणारे हे वारे, वा-याच्या वेगातील आणि दिशेतील बदल ह्यांचा अभ्यास करून मगच सफरीवर निघत. गणितातील प्रगतीने आकाशस्थ ग्रहगोलांची स्थाने निश्चित करता येऊ लागली, त्यांच्या गती, स्थानबदल ह्यांचे अंदाज मांडता येऊ लागले. पुढे ग्रहता-यांच्या आकाशातील स्थानांवर आधारित असा हवामान अंदाज वर्तविण्याचे प्रयत्न झाले. पृथ्वीवरील जवळपास सर्व गोष्टींचे, हवामान, हवामानबदलांसह सर्व घटनांचे मूळ सूर्यशक्ती हे आहे हेही मानवाच्या लक्षात येऊ लागले होते. ऍरिस्टॉटल ने असे लिहून ठेवले होते की ‘वारा हा थंड प्रदेशाकडून उष्ण प्रदेशाकडे वाहतो’. मात्र त्याकाळी हवेचा दाब, तापमान आणि वारा ह्यांचा परस्परसंबंध लोकांच्या लक्षात आला नव्हता.

सतराव्या शतकामध्ये शोधल्या गेलेल्या काही शास्त्रीय उपकरणांमुळे मानवाच्या  निसर्ग जाणून घेण्यातील प्रगतीस आणखी चालना मिळाली. गॅलिलिओ चा तापमापक, हूक चे हवामान घड्याळ, टॉरिसेलीचा दाबमापक अशा एकेक उपरकणांच्या शोधांमुळे हवामानघटकांचे मापन करणे शक्य होऊ लागले. वातावरणीय दाब आणि वारा ह्यांचा परस्परसंबंध लक्षात येऊ लागला. सतराव्या शतकाच्या अखेरीस युरोप आणि उत्तर अमेरिकेमध्ये वारा आणि हवामान स्थितीच्या नियमित नोंदी ठेवल्या जाऊ लागल्या. जर्मन शास्त्रज्ञ फ़्रान्सिस बेकन (खंडीय हालचाल-continental drift चा सिद्धांत मांडल्यामुळे प्रसिद्ध झालेले) ह्यांनी केलेल्या संशोधनाचा हवामानबदलातील काही दीर्घकालीन मौसमी चक्रे (seasonal cycles) लक्षात येण्यास उपयोग झाला, तसेच सर आयझॅक न्यूटन यांनी मांडलेल्या सिद्धांतांचा निसर्गनियम समजून घेण्यासाठी उपयोग झाला.  

न्यूटन, बॉयल आणि चार्ल्स यांनी सिद्ध केलेले भौतिक नियम हे वातावरणीय अभिसरण समजून घेण्यासाठी फारच महत्त्वाचे आणि उपयुक्त ठरले. अठराव्या शतकामध्ये इंग्लिश वकील आणि शास्त्रज्ञ असलेल्या हॅड्ली यांनी व्यापारी वा-यांविषयक काही ठोकताळे मांडले. व्यापारी वा-यांचे नियमन औष्णिक स्वरूपाचे असल्याचा सिद्धांत त्यांनी मांडला. व्यापारी वा-यांशी निगडीत असलेल्या रेखावृत्तीय अभिसरणास ‘हॅडली चक्र’ (Hadley Cell) म्हटले जाते. हॅडलींच्या सिद्धांताने सिद्ध न होऊ शकलेल्या काही गोष्टींची कारणमीमांसा पुढे फ़ेरेल आणि कोरिऑलिस ह्यांनी केली. सामान्य वातावरणीय अभिसरणाच्या ( general atmospheric circulation) मानवाच्या आकलनात ह्याने मोठी भर पडली.

एकोणिसाव्या शतकामध्ये मानवाला वातावरणाच्या उच्चस्तरातील अभिसरणाचे महत्त्व लक्षात आले. ह्या शतकामध्ये उच्च स्तरातील वातावरणीय घटकांचे मापन करता येण्याच्या दृष्टीने संशोधनास सुरुवात झाली. हवामान मापक फुग्यांचा प्रयोग आणि वापर होऊ लागला. दीर्घकालीन हवामानाचा अंदाज वर्तवायचा असेल तर केवळ स्थानिक पातळीवरील नोंदी पुरेशा नाहीत तर जागतिक पातळीवरील हवामान नोंदींचा एकत्रित अभ्यास करणे आवश्यक आहे हे ह्या शतकात लक्षात आले. त्यानुसार विविध देशातील दर्यावर्दी, पाद्री, व्यापारी यांनी लिहून ठेवलेल्या नोंदींचा अभ्यास करण्यास सुरूवात झाली. त्यातून जागतिक पातळीवर हवामानबदलास कारणीभूत अशा वातावरणीय अभिसरणाचे अनन्यसाधारण महत्त्व शास्त्रज्ञांच्या लक्षात येऊ लागले. ही प्रगती विसाव्या शतकातही चालू राहिली. संगणक, विमान, यांसारख्या तंत्रज्ञानातील प्रगतीने माणसाचे वातावरणीय अभिसरणाबद्दलचे आकलन अधिक विस्तारित करण्यास हातभार लावला. ह्यातून हवामान प्रारूपांचा जन्म होऊन मानव दूरभविष्यातील हवामान बदलांचा समाचार घेण्यास उत्सुक झाला आहे.

जाती पान्यानं भिजून धर्ती..

ह्या आधीचे लेख – या गो दरियाचा दरारा मोठा..
                          कवा पान्यावरी उठतानं डोंगर लाटा.. 

भाग३
जाती पान्यानं भिजून धर्ती..

ऐतिहासिक त्सुनामी

आकृती ३: भूकंप-प्रवर्तित ऐतिहासिक त्सुनामींच्या उमगस्थानांचा नकाशा. त्सुनामी अलार्म सिस्टम येथून सुधारित.

आजपर्यंत अनेक त्सुनामी विविध किना-याना धडकल्या. काही त्सुनामींनी प्रचंड प्रमाणात जीवित आणि वित्तहानी केली तर काहींनी कमी प्रमाणात. काहींनी लोकांच्या मनांत घर केले, तर काही येऊन गेल्याचा कित्येकांना पत्ताही लागला नाही. काहींसाठी त्सुनामी येणे ही नित्याचीच गोष्ट झाली, तर काहींसाठी ती क्वचित घटना ठरली. काहींनी केवळ समुद्रामधून येणा-या त्सुनामी पहिल्या तर काहींना चक्क मोठ्या नद्यांमध्ये (उदाहरणार्थ चीनमधील पीत नदीमध्ये) आलेल्या त्सुनामींचेही दर्शन झाले. ह्यांपैकी काही ठळक त्सुनामींची माहिती पाहू. भूकंप-प्रवर्तित (earthquake-induced) त्सुनामींची संख्या प्रचंड असल्यामुळे (आकृती ३) त्या सगळ्यांबद्दल माहिती येथे देणे शक्य नाही. मात्र ज्या त्सुनामींमुळे हजाराहून अधिक लोक मृत्युमुखी पडले अशा काही त्सुनामींची माहिती तक्ता-१ मध्ये पाहा.

तक्ता-१: मृतांचा आकडा १००० वा त्याहून जास्त असणा-या भूकंपप्रवर्तित त्सुनामींच्या नोंदी. भूकंपाची तीव्रता रिश्टर मध्ये तर लाटांची उंची मीटरमध्ये आहे. संदर्भ – नॅशनल जिओफिजिकल डेटा सेंटर.

साल	देश	स्थान	भूकंपाची तीव्रता	लाटांची उंची	मृतांची संख्या
१६९२	जमैका	पोर्ट रॉयल	७.७	२	२०००
१८५४	जपान	नानकिडो	८.४	२८	३०००
१८९६	जपान	सानरिकु	७.६	३९	२७१२२
१९०६	इक्वॅडोर	किनारीभाग	८.८	५	१०००
१९२३	जपान	टोकिडो	७.९	१२	२१४४
१९३३	जपान	सानरिकु	८.४	३०	३०६४
१९४६	डॉमिनिक रिपब्लिक	ईशान्य किनारा	८.१	५	१७९०
१९६०	चिली	मध्य चिली	९.५	२५	१२६०
२००४	इंडोनेशिया	सुमात्रा	९.०	३५	२९७२४८

तक्ता २: ज्वालामुखी-प्रवर्तित त्सुनामी. लाटांची उंची मीटरमध्ये आहे. “X” हे चिन्ह नोंदी उपलब्ध नसल्याचे दर्शविते. संदर्भ – नॅशनल जिओफिजिकल डेटा सेंटर

साल	देश	स्थान	लाटांची उंची	मृतांची संख्या
१८६८	यु. एस. ए.	हवाई	१४	४७
१८८३	इंडोनेशिया	क्राकाटू	३५	३६५००
१८८३	यु. एस. ए.	कुक इनलेट	९	X
१९०२	सेंट विन्सेंट व ग्रनाडिन्स बेटे	सॉफ्रे ज्वालामुखी	X	१५६५
१९७५	यु. एस. ए.	हवाई	१४	२
२००३	मोन्सेरॅट	सॉफ्रे हिल्स ज्वालामुखी	४	X
२००६	मोन्सेरॅट	सॉफ्रे हिल्स ज्वालामुखी	१	X

त्सुनामीच्या धोक्याची सूचना देणारी यंत्रणा 

त्सुनामीच्या धोक्याची सूचना देणा-या यंत्रणेमधील (tsunami warning system) प्रमुख घटक – १. भूकंप निरीक्षण व संबंधित समुद्रपातळीवर निरीक्षण (आकृती ४), २. नव्या भूकंप हालचालींचा पूर्वीच्या त्सुनामींशी साम्य/संबंध तपासण्यासाठी पूर्वी येऊन गेलेल्या त्सुनामींचा डेटा, ३. निरीक्षण स्थानके (monitoring station), धोका-सूचना केंद्र (warning centers), जनतेला धोक्याची सूचना जाहीर करणारी रेडियो, टी.वी. इत्यादी स्थानके (broadcasting stations) यांदरम्यान संपर्क व समन्वय साधणारी यंत्रणा. संपर्क साधण्यासाठी कृत्रिम उपग्रहांची मदत घेण्यात  येते.

आकृती ४. त्सुनामीच्या धोक्याची सूचना देणारी नवी, सुधारित यंत्रणा. (सौजन्य नोआ)

आकृती ५.रोनाल्ड एच. ब्राउन ह्या संशोधन बोटीशी संलग्न, प्रशांत महासागरामध्ये तरंगणारी एक बुई (buoy). (सौजन्य – नोआ)

त्सुनामी निरीक्षण संस्था व धोक्याची सूचना देणारी केंद्रे

त्सुनामीच्या धोक्याची सूचना त्सुनामी किना-यावर येऊन थडकण्यापूर्वीच लोकांना मिळावी व जीवितहानी शक्यतो टळावी, कमितकमी व्हावी म्हणून अशी सूचना देणारी केंद्रे विविध ठिकाणी उभारण्यात आली आहेत.  सागरतळाशी भूकंप झाल्यास त्सुनामी प्रारूप पळवणे, त्सुनामी निर्माण होण्याच्या शक्याशक्यतेचा अंदाज वर्तवणे, समुद्रातील त्सुनामींचा शोध घेणे (detect), कोणत्या किना-यावर लाटांची उंची किती असेल, किती नुकसान होऊ शकेल ह्याबाबत किनारी प्रदेशांना सावधगिरीचा इशारा देणे, किनारी प्रदेशातील लोकांनी स्थलांतरित (evacuate) होणे गरजेचे आहे का? असल्यास केवढ्या प्रदेशातील लोकांचे स्थलांतर केले जावे ह्यासारखे अंदाज वर्तवणे, ही आणि अशा प्रकारची कामे ह्या केंद्रांमध्ये केली जातात. काही केंद्रे आंतरराष्ट्रीय तर काही स्थानिक दर्जाची आहेत. त्सुनामीची आपत्ती ही इतर नैसर्गिक आपत्तींच्या (उदा. चक्रीवादळे, भूकंप, ज्वालामुखीचा उद्रेक, अवर्षण इ.) मानाने कमीवेळा येते. सर्व प्रमुख सागरांमध्ये हा त्सुनामीचा धोका कधी ना कधी अनुभवास येत असला तरी प्रशांत महासागरामध्ये एकूण त्सुनामींच्या सुमारे ८५% त्सुनामी निर्माण झालेल्या आढळतात. त्यामुळे प्रशांत महासागरामध्ये त्सुनामी निरीक्षण व धोक्याची सूचना देणा-या यंत्रणा व संस्था अनेक वर्षांपासून कार्यरत आहे. मात्र इतर समुद्रांमध्ये अशा यंत्रणा एक तर विकसिनशील टप्प्यांमध्ये आहेत, अथवा नाहीतच. काही प्रमुख केंद्रांची माहिती पुढीलप्रमाणे -

आंतरराष्ट्रीय त्सुनामी माहिती केंद्र (इंटरनॅशनल त्सुनामी इन्फर्मेशन सेंटर ITIC)- होनलुलु, हवाई :- युनेस्को (UNESCO – United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization) च्या आंतरशासकीय समुद्रशास्त्र संघटना (इंटरगवर्न्मेंटल ओशनोग्राफिक ऑर्गनायझेशन IOC) विभागाने १९६५ मध्ये ITIC ची स्थापना केली. त्सुनामीमुळे होणारी हानी कमीतकमी असावी म्हणून प्रशांत महासागरी प्रदेशातील देशांमधील विविध वैज्ञानिक संशोधन संस्था, शैक्षणिक संस्था, आरमार व संरक्षण संस्था आणि सामान्य जनता यांमध्ये संवाद आणि समन्वय प्रस्थापित करणे हे ह्या संस्थेचे प्रमुख कार्य आहे. ITIC च्या पॅसिफिक त्सुनामी वॉर्निंग सिस्टमची अठ्ठावीस सदस्यराष्ट्रे आहेत- ऑस्ट्रेलिया, कॅनडा, चिली, चीन, कोलंबिया, कुक आयलण्ड्स, कोस्टा रिका, डेमोक्रॅटिक पीपल्स रिपब्लिक ऑफ कोरिया, इक्वॅडोर, एल् सॅल्वॅडोर, फिजी, फ्रान्स, ग्वाटेमाला, इंडोनेशिया, जपान, मलेशिया, मेक्सिको, न्यूझीलंड, निकराग्वा, पेरू, फिलिपिन्स, रिपब्लिक ऑफ कोरिया, समोआ, सिंगापूर, थायलंड, रशियन फेडरेशन, यू.एस.ए. व विएतनाम.

प्रशांत महासागरी त्सुनामी धोका-सूचना केंद्र (पॅसिफिक त्सुनामी वॉर्निंग सेंटर PTWC), इवा बीच, हवाई – नोआच्या राष्ट्रीय हवामान विभागाने (नॅशनल वेदर सर्विस) चालवलेले हे केंद्र हवाई, यु. एस. ए. च्या अखत्यारीतील तसेच इतर देशांच्या अखत्यारीत येणारी प्रशांत महासागरी बेटे व देशांना त्सुनामीच्या धोक्याची सूचना देण्याचे कार्य करते. हे केंद्र ITIC च्या पॅसिफिक त्सुनामी वॉर्निंग सिस्टमचा एक भाग आहे. 

पश्चिम किनारा व अलास्का त्सुनामी धोका-सूचना केंद्र (वेस्ट कोस्ट ऍण्ड अलास्का त्सुनामी वॉर्निंग सेंटर WCATWC), पामर, अलास्का – हे केंद्रही नोआ चालवते. कॅनडाचा किनारी भाग व हवाई व्यतिरिक्त यु. एस.ए. च्या किनारी प्रदेशाला त्सुनामीच्या धोक्याची सूचना देण्याचे कार्य हे केंद्र करते. हे तसेच प्युएर्तो रिको त्सुनामी धोका-सूचना व्यवस्था (प्युएर्तो रिको त्सुनामी वॉर्निंग ऍण्ड मिटिगेशन प्रोग्रॅम)- मायाग्वेझ, प्युएर्तो रिको  हे केंद्रही ITIC शी जोडलेले आहे. ITIC च्या सदस्य राष्ट्रांमधील विविध संशोधन संस्था प्रादेशिक विभागांना त्सुनामीच्या धोक्याची सूचना देण्यासाठी तत्पर आहेत.

अगदी अलिकडच्या काळापर्यंत हिंदी महासागरी देशांमध्ये प्रशांत महासागरी क्षेत्राप्रमाणे त्सुनामीच्या धोक्याची सूचना देणारी यंत्रणा आणि संस्था अस्तित्वात नव्हती. डिसेंबर २००४ मध्ये इंडोनेशियाजवळ सागरतळाशी झालेल्या भूकंपामुळे जावा, सुमात्रा, आंदमान, श्रीलंका बेटे तसेच भारत व आजूबाजूच्या देशांमध्ये आत्यंतिक प्रमाणात जीवित आणि वित्त हानी झाली. तेव्हा जून २००५ मध्ये युनेस्कोच्या पुढाकाराने हिंदी महासागरी त्सुनामी धोका-सूचना केंद्राची (इंडियन ओशन त्सुनामी वॉर्निंग व मिटिगेशन सिस्टम IOTWS) स्थापना करण्यात आली. हिंदी महासागरी देशांतील विविध किनारी भागात त्सुनामीचा शोध घेणा-या व धोक्याची सूचना देणा-या यंत्रणा उभारल्या गेल्या/जात आहेत. भारत, श्रीलंका, इंडोनेशिया व मॉरिशस मधील शास्त्रज्ञांनी IOTWS च्या छताखाली एकत्रित काम करण्यास सुरुवात केली आहे. यु.एस.ए. ने ह्या मोहिमेस मोठ्या प्रमाणात तांत्रिक सहकार्य पुरवले आहे. भूमध्य सागरी प्रदेशांमध्येही अशी यंत्रणा येऊ घातली आहे. नोव्हेंबर २००५ मध्ये भूमध्य सागरी तसेच उत्तर अटलांटिक सागरी प्रदेशांमध्ये त्सुनामीच्या धोक्याची सूचना देणारी यंत्रणा उभारण्याची योजना आखली गेली आणि त्यादृष्टीने काम सुरू झाले आहे.

डोंगराएवढ्या लाटांची निर्मिती करून मानवाने किनारी प्रदेशावर निर्माण केलेली सृष्टी एका क्षणात होत्याची नव्हती करणा-या दर्याचा मानवाला नेहमीच मोठा दरारा वाटत आला आहे. डोंगराएवढे नुकसान करणा-या त्सुनामींचा धोका वेळीच ओळखण्यासाठी अनेक शास्त्रज्ञांनी अनेक तपे खपून उभारलेल्या यंत्रणेचा दरारा त्या दर्यालाही वाटत असेल का?

(समाप्त)

(वरदा वैद्य, ऑक्टोबर २००६ । Varada Vaidya, October 2006) 

संदर्भ –

युनेस्कोचे त्सुनामी संकेतपान.
नोआचे त्सुनामी संकेतस्थळ.
नोआच्या त्सुनामी संशोधन केंद्राचे संकेतस्थळ.
आंतरराष्ट्रीय त्सुनामी माहिती केंद्र.
प्रशांत महासागरी त्सुनामी धोका-सूचना केंद्र.
पश्चिम किनारा व अलास्का त्सुनामी धोका-सूचना केंद्र.
यु.एस.ए. चा हिंदी महासागरी त्सुनामी धोका-सूचना केंद्रामधील सहभाग. 
यु.एस. इन्फो.
<p><p><p>W4mMzM9KiYzNz1rb3M”>यु.एन. ऍटलास ऑफ ओशन.

कवा पान्यावरी उठतानं डोंगर लाटा..

ह्याआधी या गो दरियाचा दरारा मोठा..

भाग२
कवा पान्यावरी उठतानं डोंगर लाटा..

डोंगराएवढ्या लाटा

त्सुनामी खोल पाण्यामध्ये निर्माण होतात, आधी खोल समुद्रातून वाहतात, नंतर किना-याजवळ उथळ पाण्यामधून वाहतात आणि किना-यावर येऊन आदळतात. किना-याजवळ ह्या लाटांचे स्वरूप खरोखरीच “डोंगर लाटा” असे असते.

किना-याच्या दिशेने वाहत असताना समुद्राची खोली विविध प्रमाणात आणि ब-याच ठिकाणी बदलते. समुद्रतळाच्या उंचसखलपणाचा (topography of the ocean floor) त्सुनामीवर – त्सुनामीच्या तरंगलांबीवर आणि म्हणून पर्यायाने वेगावर, आकारावर आणि ऊर्जाराशीवर – परिणाम होतो. लाटांचा आकार आणि ऊर्जाराशी बदलत रहाते. विविध ठिकाणची समुद्रखोली व समुद्रतळाची रचना भिन्न असल्यामुळे प्रत्येक त्सुनामी वेगळी असते, वेगळी दिसते आणि वेगळ्या प्रकारचे परिणाम घडवू शकते. त्यामुळे त्सुनामी किती उंचीची असेल, किती नुकसान करेल ह्याचा अंदाज वर्तवणे हे फार अवघड काम. उगमापाशी त्सुनामीचा आकार कसा होता हे समजले आणि उगमापाशीचा त्सुनामीचा वेग माहीत झाला तरी त्सुनामीच्या उगमापासून ते किना-यापर्यंतच्या प्रवासाचा अचूक अंदाज बांधणेही अवघडच.

खुल्या समुद्रामधून वाहत असताना त्सुनामी एखाद्या जहाजाखालून गेली तरी काही वेळेला त्या जहाजाला त्याचा पत्ताही लागत नाही. ह्याचे कारण म्हणजे त्सुनामीची असलेली प्रचंड तरंगलांबी. किना-याला आदळल्यावर त्सुनामीचा वेग किती असतो ह्याबद्दल फारच कमी माहिती उपलब्ध आहे. त्सुनामीच्या तडाख्यातून वाचलेल्यांच्या निरीक्षणानुसार जमिनीवर त्सुनामीचा (पुराच्या पाण्याचा) वेग ताशी ४८ किमी तरी असावा.

किना-याला आदळल्यावर त्सुनामीमधील ऊर्जा ही जमिनीकडे स्थलांतरित (transfer) होते. त्सुनामी किना-याजवळच्या उथळ पाण्यात आल्यावर तळाशी होणा-या घर्षणामुळे तिची तरंगलांबी आणि वेग कमी होतो तर उंची वाढते. त्सुनामीची तरंगलांबी मोठी असल्यामुळे मोठ्या प्रमाणावर पाणी साठू शकते व जसजशी ही लाट किना-याच्या जवळ जाते तसतशी पाण्याच्या भिंतीची उंची वाढत जाते. लाटेमधील पाण्याचा तळाशी संपर्क आल्याने लाटेचा खालचा थर संथ होतो तर वरच्या थरातील पाणी मूळच्याच वेगाने जात राहते. परिणामी पाण्याची मोठी उभी भिंत तयार होते. शेवटी स्वतःच्याच पायात पाय घातल्यावर अडखळून पडावे तशी ही भिंत कोसळते आणि किना-यालगतच्या जमिनीवर पसरते.  पाण्याच्या भिंतीची उंची जेवढी जास्त तेवढी तिच्यातली ऊर्जा जास्त. ह्या ऊर्जेमुळे किना-यावरचे वृक्ष मोडून पडतात, खेडी-शहरे उध्वस्त होतात आणि किना-याजवळ नांगरलेल्या बोटी जमिनीवर अगदी आंतवर जातात. पाण्याची भिंत तयार होत असताना लाटेच्या पुढचे आणि मागचे अशा दोन्ही ठिकाणचे पाणी भिंतीलगत चढत जात असल्यामुळे त्सुनामी किना-यावर आदळण्यापूर्वी समुद्र आत ओढल्या सारखा, आटल्यासारखा वाटतो. ही अचानक मोठ्या प्रमाणात दिसणारी ओहोटी ही त्सुनामीच्या आगमनाची वार्ता सांगते आणि थोड्याच वेळात त्सुनामीची पाणभिंत जमिनीवर येऊन थडकते.

त्सुनामीचा उगम किना-यापासून जेवढा दूरवर तेवढा पाणी आटण्याच्या आणि त्सुनामी किना-याला धडकण्यादरम्यानचा कालावधी कमी.  त्सुनामीचा वेग (उ. पा. लाट) हा समुद्राच्या खोलीवर अवलंबून असतो. खोल समुद्रातून त्सुनामी वेगाने वाहते, उथळ पाण्यात कमी वेगाने वाहते. किना-यापाशी समुद्र उथळ असतो तर किना-यापासून दूर खोली जास्त असते. त्यामुळे दूरवर घडलेल्या भूकंपामुळे त्सुनामी निर्माण झाली तर ती जास्त काळ खोल पाण्यातून वाहते, परिणामी तिचा वेग प्रचंड वाढतो. ती किना-याजवळ आली की किना-यालगतचे पाणी त्सुमानीच्या पाणभिंतीवर चढत जाते आणि समुद्र आटल्यासारखा होतो. दूरवरून येणारी त्सुनामी वेगवान असल्यामुळे समुद्राचे पाणी आटणे आणि किना-यावर त्सुनामी येणे ह्यादरम्यान मोठा काळ जात नाही. मात्र किना-याजवळ भूकंप झाला तर त्सुनामी त्यामानाने कमी खोलीच्या पाण्यातून प्रवास करत असल्यामुळे तिचा वेग कमी असतो. त्यामुळे समुद्र आटणे आणि त्सुनामी किना-यावर येणे ह्यादरम्यान थोडा जास्त कालावधी जातो. 

सागरतळ पृथ्वीचा पाऊण भाग व्यापतो. मात्र अगदी अलिकडच्या काळापर्यंत आपल्याला सागरतळाबद्दल फारच कमी माहिती होती. त्सुनामीचा उगम समजला तरी उगमापासून किना-यावर येईपर्यंत दरम्यान काय काय होते, तिचा वेग किती असतो हे जाणून घ्यायचे असेल तर तिच्या मार्गातील सागरतळाचा आकृतिबंध (pattern) माहीत असणे, सागरतळाचा उंचसखलपणा, भौतिक घटना (physical composition), संरचना (जडणघडण) माहीत असणे आवश्यक असते. ह्या गरजेमधून सागरतळाचा नकाशा तयार करण्याचे प्रयत्न झाले. त्यामुळे समुद्रतळ कुठे उंचसखल आहे, समुद्राची खोली कुठे कमी-जास्त होते, कुठे घळी, गर्ता आहेत, कुठे पर्वत आहेत वगैरेंचा अभ्यास होऊन सागरतळाचा नकाशा अस्तित्वात आला. सध्या कृत्रिम उपग्रहांच्या साहाय्याने हा नकाशा अधिकाधिक अचूक होत आहे. ह्या नकाशाला त्सुनामी प्रारूपांमध्ये (tsunami models) अनन्यसाधारण महत्त्व आहे.

त्सुनामी प्रारूपे व अंदाज 

त्सुनामीचा अधिकाधिक अचूक अंदाज वर्तवता यावा ह्यासाठी प्रयत्न चालू आहेत. जेथे दोन भूपट्ट (tectonic plates) एकमेकांना मिळतात तो भाग भूकंपप्रवण (seismically active) असतो. एक भूपट्ट दुस-या भूपट्टाखाली गेल्याने (subduction), दोन भूपट्टांमध्ये घर्षण झाल्याने तो भाग नाजूक होतो. अशा भागांमध्ये आणि जेथे भूकवच पातळ (thin crust) अहे अशा भागांमध्ये भूकंपाचे प्रमाण अर्थातच अधिक असते. भूकंपमापक यंत्रावर भूकंपलहरींची (seismic waves) नोंद (detect) झाली की भूकंपाचे उगमस्थान समजते.  भूकंपाच्या प्रारूपांचा (earthquake models) मोठा आधार त्सुनामी-प्रारूपांना घ्यावा लागतो.

भूकंप-प्रारूपांनी निर्माण केलेला विदा (data) विरूपण प्रारूपांना भरवला जातो. समुद्रतळाच्या उभ्या दिशेतील विरूपणाच्या प्रमाणावर त्सुनामीची निर्मीती आणि तीव्रता अवलंबून असते. हे विरूपण कसे आणि किती होईल हे जाणून घेण्यासाठी भूकंपाच्या उगमस्थाची भौतिक घटना माहीत असणे गरजेचे ठरते. ह्या भौतिक संरचनेमध्ये जमिमीनीच्या थराची जाडी, जमिनीचे भौतिक गुणधर्म (physical characteristics) – पोत, जमीन मऊ आहे वा कठिण, मातीचा प्रकार – हे आणि असे इतर घटक माहीत असावे लागतात. ह्या सर्व माहितीचा आधार घेऊन भूकंपक्षेत्रामध्ये किती आणि कसे विरूपण झाले असेल ह्याचा अंदाज वर्तवला जातो. ह्या अंदाजावरून त्सुनामी-प्रारूप त्सुनामी निर्मिती होईल वा नाही, झाल्यास साधारण किती तीव्रता असेल, त्सुनामीचा आकार कसा असेल, वगैरे गोष्टींचा अंदाज वर्तवते. मात्र भूकंप होण्याआधीच त्सुनामीचा अंदाज वर्तवणे शक्य नसते.

त्सुनामी प्रारुप सुरू करण्याआधी पुढील माहितीची गरज असते- भूकंपाचे उगमस्थान आणि तीव्रता, भूकंपामुळे उत्सर्जित झालेली ऊर्जा, विरूपित झालेल्या भागाचे क्षेत्रफळ, उर्ध्वाधर वा उभ्या(vertical) दिशेत झालेले सरासरी विस्थापन, सागरतळाच्या विरूपणाचा आकृतिबंध पाहण्यासाठी प्रस्तरभंगाचा कोन आणि खोली. ही माहिती प्रारूपाला पुरवल्यावर प्रारूपे काही गृहीतके वापरते. उदाहरणार्थ, भूकंपानंतर तत्काल पाण्यामध्ये खळबळ माजते असे गृहीत धरले जाते. तसेच, त्सुनामीचा सुरुवातीचा आकार हा विरूपित सागरतळाच्या आकाराप्रमाणे असतो असेही गृहीत धरले जाते. ही गृहीतके आणि सुरुवातीच्या माहितीवर (initial conditions) हे प्रारूप पळवले जाते. ह्या प्रारूपांमध्ये खो. पा. लाटांचे गुणधर्म गणिती भाषेत लिहिलेली सूत्रे वापरलेली असतात.

भूकंपामुळे जमीन हादरते त्यामुळे त्यावरच्या पाण्यामध्ये खळबळ माजते. भूकंप थांबल्यावर जमीन हादरण्याची थांबली की पाणी पुन्हा स्थिर होण्याचा, संतुलित अवस्थेत येण्याचा प्रयत्न करते. त्यावेळी पाण्यावर लाटा तयार होतात. ह्या सुरुवातीच्या लाटांवरून पुढे त्सुनामीची वाढ कशी होईल ह्याचा अंदाज त्सुनामी प्रारूपे बांधतात.

त्सुनामीच्या वाढीचा आणि वहनाचा अंदाज बांधण्यासाठी लाटेच्या भौतिकशास्त्राचे (physics of waves) तंत्र वापरले जाते. त्यासाठी पाण्याची खोली, त्याखालील सागरतळाची रचना आणि घटना ही माहिती इनपुट म्हणून वापरली जाते. ही प्रारूपातील लाट किना-यावर आली की पूर-प्रारूपाचा (flood model) वापर करून त्सुनामीने किना-यावर आणलेल्या पाण्याचा पुढचा प्रवास कसा, केवढ्या क्षेत्रात, किती आंतवर होईल ह्याचा अंदाज बांधला जातो. अशा प्रकारे भूकंप-प्रवर्तित त्सुनामीचे प्रारूप हे भूकंप-प्रारूप, विरूपण-प्रारूप (deformation model), लाट-प्रारूप आणि पूर-प्रारूप अशा प्रारूपांचा एकत्रित वापर करते. १९९० पर्यंत अशी प्रारूपे फारशी विश्वासार्ह नव्हती. मात्र नवीन तंत्रज्ञान आणि संशोधनानुरूप ह्या प्रारूपांमध्ये सुधारणा होत आहे. 

आकृती २: त्सुनामी प्रारूप. त्सुनामी प्रारूपामध्ये वापरलेली जाणारी विविध प्रारूपे, त्यांसाठीचे इनपुट व आउटपुट. प्रारूपांमुळे त्सुनामी निर्मिती होईल अथवा नाही, झाल्यास कोणत्या किना-यावर तिची तीव्रता, उंची किती असेल, त्सुनामीमुळे किती क्षेत्रफळाचे आणि किती नुकसान होईल वगैरे अंदाज बांधण्यास मदत होते.

स्थानिक त्सुनामी निर्माण करणा-या भूकंपाचा उगम किना-याजवळ वा किना-यालगत असल्यामुळे भूकंपाचा धक्का हा किना-यावरील लोकांसाठी त्सुनामी येण्याच्या धोक्याची घंटा वाजवण्याचे काम करतो. मात्र दूरस्थ त्सुनामीचा उगम दूर समुद्रात असल्याने त्या भूकंपाचा धक्का किना-यावरील लोकांना जाणवेलच असे नाही. परिणामतः दूरस्थ त्सुनामीचा अंदाज वर्तवणे शक्य झाले तर स्थानिक त्सुनामीचा अंदाज वर्तवणे नक्कीच शक्य होईल; अंतरामधली तफावत एवढाच काय तो ह्या दोन त्सुनामींमधला फरक आहे, असे शास्त्रज्ञांना वाटत असे. मात्र हा त्यांचा गैरसमज कसा आहे हे १ सप्टेंबर १९९२ ला (मध्य अमेरिकेतील) निकराग्वा बेटांवर आलेल्या वीस फुटी स्थानिक त्सुनामीने दाखवून दिले. ह्या त्सुनामीमुळे किना-यावर आलेले पाणी सुमारे मैलभर आत पसरले आणि त्याने २०० लोकांचा बळी घेतला. स्थानिक त्सुनामीच्या संकल्पनेनुसार किना-यावरील लोकांना त्सुनामीपूर्वी भूकंपाचा हादरा जाणवून धोक्याची सूचना मिळायला हवी होती, मात्र तसे झाले नाही. ह्या घटनेमुळे त्सुनामीचा आणखी खोलात जाऊन अभ्यास करण्याची प्रेरणा शास्त्रज्ञांना मिळाली.

ह्या १९९२ च्या निकराग्वा बेटांवरच्या आणि १९९४ च्या पूर्वेकडील जावा बेटांवर आलेल्या त्सुनामींनी शास्त्रज्ञांना आणखी एकदा गोंधळात टाकले. भूकंप-प्रारूपांनी सांगितलेल्या समुद्रतळाच्या विरूपणानुसार त्सुनामीची तीव्रता जेवढी असायला हवी असे वाटले होते त्यापेक्षा प्रत्यक्षात ती फारच जास्त होती. त्यावरून असे लक्षात आले की ह्या दोन्ही त्सुनामी ह्या शास्त्रज्ञ आता ज्याला “मूक भूकंप” (silent earthquakes) म्हणतात तशाप्रकारच्या भूकंपांमुळे निर्माण झाल्या होत्या. हे भूकंप मूक आणि संथ होते, त्यांच्यामुळे जमिनीला तडा जाण्याची क्रिया अत्यंत संथ वेगाने झाल्यामुळे विशेष हादरा जाणवला नाही तरी त्सुनामी निर्मिती मात्र मोठ्या प्रमाणात झाली. जर भूकंपामुळे जमिनीला तडे जाण्याच्या क्रियेचा वेग हा वरच्या पाण्यातील लाटांच्या वेगाएवढा असेल तर असे भूकंप त्सुनामीनिर्मीतीसाठी अत्यंत प्रभावी ठरतात. अमेरिकेतील नॉर्थवेस्टर्न विद्यापिठातील डॉ. एमिल ओकाल आणि त्यांच्या सहका-यांनी मूक भूकंपामुळे त्सुनामीनिर्मितीची शक्यता किती प्रमाणात आहे हे दाखवणारी पद्धत विकसित केली, जिला “ट्रेमोर्स” (TREMORS) असे म्हटले जाते. ट्रेमोर्स म्हणजे Tsunami Risk and Evaluation Through Seismic Moment for Real time System, जी आता त्सुनामीच्या धोक्याच्या इशारा देणा-या केंद्रांमध्ये वापरली जाते. नोआ (National Oceanic and Atmospheric Administration – NOAA) च्या त्सुनामी संशोधन केंद्राने (NOAA Center for Tsunami Research) “मोस्ट” (MOST) नावाचे त्सुनामी प्रारूप तयार केले आहे. मोस्ट म्हणजे MethodOf Splitting Tsunami. त्सुनामींचा अभ्यास करणा-या संस्थांचे जाळे जगभर पसरलेले आहे.

निकराग्वा त्सुनामीमुळे आणखी एक गोष्ट स्पष्ट झाली ती म्हणजे किना-याजवळील समुद्रतळाच्या रचनेचे महत्त्व. भरती-ओहोटीच्या आणि वाराजन्य लाटा किना-यावर येऊन कशा पद्धतीने फुटतील आणि किती ऊर्जा कशा प्रकारे उत्सर्जित करतील हे काही प्रमाणात किना-याजवळील सागरतळाच्या रचनेवर अवलंबून असते. मात्र ह्या लाटांच्या तुलनेत त्सुनामीची तरंगलांबी खूपच जास्त असल्यामुळे किना-याजवळील समुद्रतळाच्या रचनेचा त्सुनामीमधील उर्जा उत्सर्जित होण्याच्या प्रक्रियेवर फारसा परिणाम होत नसावा असे शास्त्रज्ञांचे मत होते. निकराग्वाच्या त्सुनामीचा अभ्यास केल्यावर मात्र किना-याजवळील सागरतळाची रचना हा महत्त्वाचा घटक आहे हे लक्षात घेऊन त्सुनामी-प्रारूपांमध्ये त्यानुसार बदल करण्यात आले.

भूकंप आणि ज्वालामुखीचे उद्रेक ह्या गोष्टींचा अंदाज करणे जर कठीण असेल तर त्सुनामीचा अंदाज करणे महाकठीण. जपानमध्ये गेल्या हजार वर्षातील त्सुनामींची नोंद असली तरी त्यावरूनही त्सुनामीची सांख्यिकी-शक्याशक्यता (statistical probability) वर्तवणे फारसे सोपे नाही. पूर्वीच्या नोंदींमध्ये त्सुनामीचे साधारण वर्णन असले तरी त्यात काटेकोरपणे केलेली कारकघटकांची शास्त्रशुद्ध नोंद नाही. लाटांच्या नोंदींची अचूक माहिती ही केवळ गेल्या शंभर वर्षांतली आहे. ह्या नोंदींमधील काही त्सुनामींचा विदा आणि काही भूकंपांशी त्यांचा असलेला परस्परसंबंध (Correlation) स्पष्ट झाला आहे.

आज सागरतळाच्या उंचसखलतेचा, भौतिक गुणधर्मांचा नकाशा उपलब्ध आहे. सागरतळाशी जमिनीचे कवच कुठे जाड आहे, कुठे कमी जाडीचे आहे, कुठे कोणत्या प्रकारचे तडे आहेत वगैरे घटकांची ब-यापैकी अचूक माहिती उपलब्ध आहे. ह्या माहितीनुसार भूकंपप्रवण क्षेत्र, त्याठिकाणी असणा-या तड्यांची रचना, प्रकार, ह्यावरून कुठे भूकंप आणि त्यानंतर त्सुनामी निर्मिती होऊ शकते ह्याचा अंदाज थोड्याफार प्रमाणात वर्तवणे शक्य झाले आहे. तरीही अचूक अंदाज वर्तवता येणे अशक्यच आहे.

ह्यापुढील भागात – काही मोठ्या आणि विनाशकारी त्सुनामींची थोडक्यात माहिती, त्सुनामींचे परिणाम, त्सुनामी-सूचना यंत्रणा व निरीक्षण संस्था.

ह्यापुढे - जाती पान्यानं भिजून धर्ती

संदर्भ-
१. Ellen J. Prager, Kate Hutton, Costas Synolakis and Stanley Williams, “Furious Earth: The science and nature of Earthquakes, Volcanoes, and Tsunamis”, McGrow-Hill, 2000, pp 165-210.
२. नोआ (NOAA) च्या  त्सुनामी संशोधन केंद्राचे  संकेतस्थळ.
३. Kowalik, Z., Horrillo, J., Knight, W., Kornkven, E., “Next Generation Tsunami Modeling”, 2004, Challenges in Science and Engineering, vol. 12(1).

या गो दरियाचा दरारा मोठा..

भाग१ 
या गो दरियाचा दरारा मोठा..

त्सुनामी म्हणजे काय?

ख्रिस्तपूर्व ४२६ मध्ये ग्रीक इतिहासकार थुसिडायडेस ह्याने युबेआ बेटांवर पाहिलेल्या त्सुनामीची ठेवलेली नोंद ही आजपर्यंतच्या त्सुनामीच्या नोंदींमधली सर्वांत पहिली नोंद. त्यानंतर अनेक त्सुनामींनी किना-यांना धडका दिल्या आणि अनेकींच्या नोंदीही झाल्या. समुद्राच्या दरा-याचा एक महत्वाचा आविष्कार म्हणजे त्सुनामी. त्सुनामी हा मूळ जपानी शब्द. त्सु म्हणजे बंदर आणि नामी म्हणजे लाट. त्यामुळे त्सुनामीचा शब्दश: अर्थ “बंदरावर येणारी लाट” असा असला तरी त्सुनामी ह्या वाराजन्य (wind generated) लाटा वा भरती-ओहोटीच्या गुरुत्वाकर्षणजन्य लाटा (tidal waves) यांपासून भिन्न आहेत.

समुद्रतळाखाली होणारे भूकंप, समुद्रतळाशी होणारे भूस्खलन (दरड कोसळणे, landslides), विरूपण (deformation) आणि समुद्रतळाशी ज्वालामुखीचा उद्रेक ही त्सुनामी निर्माण होण्याची तीन प्रमुख कारणे. किना-याजवळ मोठा स्फोट झाल्याने, तसेच, समुद्रामध्ये अशनीपात* झाल्यानेही त्सुनामीनिर्मिती होऊ शकते. मात्र आजपर्यंत नोंद झालेल्या त्सुनामींपैकी बहुतेक त्सुनामी ह्या समुद्रतळाखालील भूकंपामुळे निर्माण झालेल्या आढळतात. प्रत्यक्ष भूकंपाबरोबरच भूकंपामुळे होणारे भूस्खलन ह्या त्सुनामीनिर्मितीसाठी मोठ्या प्रमाणात कारणीभूत ठरतात. जेव्हा समुद्रतळाचा आकार काही कारणाने बदलतो, विरूपित होतो, त्यावेळी उत्सर्जित झालेल्या ऊर्जेमुळे त्याभागावरील पाण्याच्या स्तंभामध्ये मोठ्या प्रमाणात खळबळ उत्पन्न होते, परिणामतः त्सुनामीची निर्मिती होते.

त्सुनामींचे ढोबळमानाने दोन प्रकार केले जातात – स्थानिक वा निकटक्षेत्र (Local or Nearfield) आणि दूरस्थ वा दूरक्षेत्र (Distant or Farfield/Remote). त्सुनामीचा उगम आणि ती किना-यावर जेथे आदळली ते ठिकाण ह्यातील अंतरानुसार तिचा प्रकार ठरतो. त्यामुळे काहींसाठी स्थानिक असणारी त्सुनामी दुस-यांसाठी दूरस्थ असू शकते. उदाहरणार्थ, डिसेंबर २००४ मध्ये सुमात्रा बेटांजवळ निर्माण झालेली त्सुनामी ही सुमात्रा मधल्या लोकांसाठी स्थानिक तर भारत आणि आफ्रिकेतील लोकांसाठी दूरस्थ होती.

त्सुनामी – उथळ पाण्यातील लाट

आकृती १. लाटेचे भाग – शिखर, दरी, आयाम व तरंगलांबी. लाट वा तरंगातील वरच्या दिशेतील सर्वाधिक विस्थापित बिंदूस (बिंदू श१ व श२) शिखर (crest) तर खालच्या दिशेतील सर्वाधिक विस्थापित बिंदूस (बिंदू द) दरी (trough) असे म्हणतात. लागोपाठच्या दोन शिखर  वा दोन दरींमधील अंतरास त्या लाटेची तरंगलांबी (wavelength) असे म्हणतात. मध्यरेषा म्हणजे लाटा नसतानाची पाण्याची (द्रवाची) स्थिती. मध्यरेषेपासून जास्तीतजास्त विस्थापित झालेल्या बिंदूमधील (शिखर वा दरी मधील) अंतरास ( उदा. बिंदू क व श१ मधील अंतर) आयाम (amplitude) असे म्हणतात.

वाराजन्य लाटा केवळ पृष्ठभागालगतचे पाणी ढकलतात. त्सुनामीमुळे मात्र पाण्याच्या संपूर्ण स्तंभाचे विस्थापन (displacement) होते. संपूर्ण स्तंभामध्ये असलेली ऊर्जा अर्थातच प्रचंड असते. वाराजन्य लाटा ह्या ‘खोल पाण्यातील लाटा’ (deep water waves) असतात तर त्सुनामी ह्या ‘उथळ पाण्यातील लाटा’ (shallow water wave) असतात. ‘खोल पाण्यातील लाटा’ व ‘उथळ पाण्यातील लाटा’ ह्या पारिभाषिक संज्ञा आहेत, त्यांचा शब्दश: अर्थ घेऊन चालणार नाहीत, तर म्हणजे काय? हे समजावून घ्यावे लागेल.

लाट ज्या पाण्यामधून वाहत आहे त्या पाण्याची खोली (ख) आणि त्या लाटेची तरंगलांबी (त) ह्यांचे गुणोत्तर (ratio) (ख/त) जर खूप कमी असेल तर त्या लाटेला ‘उथळ पाण्यातील (उ. पा.) लाट’ असे म्हणतात. ह्याउलट, जर हे गुणोत्तर खूप जास्त असेल तर ती ‘खोल पाण्यातील (खो. पा.) लाट’. म्हणजेच, लाटांच्या तरंगलांबीच्या तुलनेत पाण्याची खोली खूप जास्त असेल तर त्या खो.पा. लाटा, आणि लाटांच्या तरंगलांबीच्या तुलनेत पाण्याची खोली फारशी नसेल तर त्या उ. पा. लाटा. उदाहरणार्थ, चहाच्या कपावर आपण बाहेरून टिचकी मारली तर चहावर जे तरंग उठतील, त्या खो. पा. लाटा. मात्र त्या कपाला धक्का लागला, कप हिंदकळला तर चहात उठतील त्या लाटा म्हणजे उ. पा. लाटा. टिचकीमुळे चहाच्या केवळ पृष्ठभागावर तरंग उमटले, तर कप हिंदकळण्याने कपातील चहाचा संपूर्ण स्तंभच हादरला. कपाची खोली आणि तरंगांची (कपाच्या व्यासापेक्षा बरीच कमी असलेली) तरंगलांबी ह्यांचे गुणोत्तर खूपच जास्त, तर कपाची खोली आणि कप हिंदकळण्याने चहात उठलेल्या लाटेची (कपाच्या व्यासापेक्षा आणि कपाच्या खोलीपेक्षाही मोठी असलेली) तरंगलांबी ह्यांचे गुणोत्तर खूपच कमी. खो. पा. लाटेमुळे चहामध्ये तरंग उठल्याने विशेष काही वाईट झाले नाही, मात्र उ. पा. लाटेमुळे चहा कपाबाहेर सांडला.

सामान्यतः वाराजन्य लाटांची तरंगलांबी १५० मीटर तर त्सुनामींची तरंगलांबी १००,००० मीटर (१०० किलोमीटर) एवढी असते.

उ. पा. लाटेचा वेग (व) हा पाण्याची खोली (ख) आणि गुरुत्वीय त्वरण (gravitational acceleration, ग = ९.८ मीटर/सेकंद^२) ह्यांच्या गुणाकाराच्या वर्गमुळाएवढा (square root) असतो.
उ. पा. लाटेचा व = (ख x ग)^१/२

सरासरी ४००० मीटर खोल असणा-या प्रशांत महासागरामध्ये त्सुनामी ताशी ७०० किमी एवढ्या प्रचंड वेगाने प्रवास करू शकते. त्सुनामी जसजशी किना-याजवळ येते, तसतशी पाण्याची खोली कमी होत गेल्याने त्सुनामीचा वेग मंदावतो. ३० मीटर खोल समुद्रामध्ये लाट ताशी केवळ ५९ किमी वेगाने प्रवास करते. प्रवासादरम्यान लाटांमधील ऊर्जा काही प्रमाणात सतत उत्सर्जित होत असते. उ. पा. लाटेचा ऊर्जा गळतीचा दर हा तरंगलांबीच्या व्यस्त प्रमाणात (inversly proportional) असल्याने प्रवासादरम्यान त्सुनामीमधून होणारी ऊर्जागळती नगण्य असते. प्रचंड वेग, ऊर्जेची प्रचंड साठवण आणि प्रचंड अंतर पार करून जाण्याची क्षमता असलेली त्सुनामी किना-यावर आदळली की होणारे किना-यालगतच्या भागाचे नुकसान केवळ भयावह असते.

भूकंप व त्यांची त्सुनामीनिर्मिती-क्षमता

जेव्हा समुद्रतळ उभ्या दिशेमध्ये (vertical direction) अचानक हादरतो, त्यावेळी सागरतळ उचलला जातो (uplift) किंवा खचतो (subsidence). अशाप्रकारे सागरतळ विस्थापित, विरूपित होतो तेव्हा त्यावरील पाण्यामध्ये त्सुनामीची निर्मिती होऊ शकते. मात्र सुदैवाने समुद्रतळाशी होणा-या प्रत्येक भूकंपामुळे त्सुनामी निर्माण होत नाही. काही भूकंपामुळे जमिनीचे विस्थापन आडव्या दिशेमध्ये वा क्षितिजसमांतर (horizontal direction) होते, असे भूकंप त्सुनामी निर्माण करत नाहीत. भूकंपाची तीव्रता जेवढी जास्त तेवढा जास्त भूभाग हादरतो आणि विरूपित होतो. भूकंपाचे केंद्र जेवढे खोल तेवढी उभ्या दिशेत होणारी हालचाल आणि विरूपण कमी, तर केंद्र जेवढे जमिनीलगत तेवढी ही हालचाल आणि विरूपण जास्त. भूकंपकेंद्र सागरतळापासून ३० किमी पेक्षा अधिक खोल असल्यास त्यामुळे त्सुनामीनिर्मितीची शक्यता नगण्य असते. मात्र १९६० सालच्या चिलीतील भूकंपाचे केंद्र जमिनीखाली ३० किमी पेक्षा खोलवर असूनही ते त्सुनामीनिर्मितीस कारणीभूत ठरले, कारण त्या भूकंपाची तीव्रता खूपच जास्त होती. ६० किमी पेक्षा खोल केंद्र असलेल्या भूकंपाने त्सुनामीनिर्मितीला चालना दिल्याची नोंद मात्र आजवर झालेली नाही.

अगदी अलिकडच्या काळापर्यंत भूकंपामुळे होणारे समुद्रतळाचे  विरूपण हे त्सुनामीनिर्मितीचे प्रमुख कारण मानले जाई. मात्र भूकंपाबरोबरच सागरतळाशी होणा-या भूस्खलनामुळे (दरडी कोसळण्यामुळे) त्सुनामी निर्माण होण्याचे प्रमाणही खूपच मोठे आहे. भूकंपप्रवर्तित (earthquake induced) आणि भूस्खलन-प्रवर्तित (landslide induced) त्सुनामींमध्ये काही गुणात्मक फरक आहेत. भूकंपप्रवर्तित त्सुनामींची तरंगलांबी आणि आयाम मोठा असतो, तसेच उगम विस्तृत असतो, तर भूस्खलन-प्रवर्तित त्सुनामींची तरंगलांबी व आयाम तुलनेने लहान आणि उगमाचा विस्तारही कमी असतो. समुद्रामध्ये झालेला अशनीपात वा समुद्रतळाशी झालेला ज्वालामुखीचा उद्रेकही त्सुनामी निर्माण करू शकतो. ज्वालामुखीच्या उद्रेकामुळे आतील लाव्हा पाण्यामध्ये वर उसळतो, खडकांचे तुकडे खाली कोसळतात आणि लाव्हा खाली वाहत जातो. ह्या सर्व घटनांमुळे त्यावरील पाणी उभ्या दिशेमध्ये विस्थापित होऊन त्सुनामी निर्मिती होऊ शकते. समुद्रामध्ये अशनीपात झाल्यास अशनीचा प्रचंड वेग पाण्यात पडल्यामुळे अचानक मंदावतो. तेव्हा अशनीच्या तुकड्यांमधील संवेग (momentum) आणि ऊर्जा पाण्यामध्ये स्थलांतरित होते. त्यावेळे पाण्याचे वरून खाली असे उभ्या दिशेमध्ये विस्थापन होते, जे त्सुनामीनिर्मितीसाठी कारणीभूत होऊ शकते.

पुढील भागामध्ये त्सुनामी-प्रारूपे, त्सुनामीचा अंदाज आणि त्सुनामीचा उगमापासून किना-यापर्यंतचा प्रवास हे मुद्दे पाहू.   

*अशनीपात – अवकाशातील एखादी वस्तू, दगड पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणामध्ये सापडल्यामुळे पृथ्वीकडे खेचली जाते. ह्या दगडाने पृथ्वीच्या वातावरणामध्ये प्रवेश केला की हवेबरोबरच्या घर्षणाने तो हवेत पेट घेतो. जर हा दगड छोटा असेल तर पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर पडण्यापूर्वी, वातावरणातच जळून जातो, ज्याला उल्का असे म्हणतात. मात्र हा दगड मोठा असेल तर ज्याचा काही भाग वातावरणात जळून गेला तरी उर्वरित भाग जमिनीवर पडतो, त्याला अशनी असे म्हणतात. लोणारसारखी विवरे ही अशनीपाताने तयार झालेली आहेत, उल्कापाताने नव्हेत, कारण उल्का जमिनीपर्यंत पोहोचतच नाहीत.

ह्यानंतर – कवा पान्यावरी उठतानं डोंगर लाटा

संदर्भ-

१. Ellen J. Prager, Kate Hutton, Costas Synolakis and Stanley Williams, “Furious Earth: The science and nature of Earthquakes, Volcanoes, and Tsunamis”, McGrow-Hill, 2000, pp 165-210.
२. हॅलिडे, रेसनिक, “फंडामेंटल्स ऑफ फिजिक्स”, न्यूयॉर्क विली, जॉन्स ऍण्ड सन्स, २००१.
३. वॉशिंग्टन विद्यापिठाच्या ‘अर्थ व स्पेस सायन्स’  विभागाचे संकेतस्थळ.

जिकडे तिकडे लख् लख् लख्

ह्यापूर्वीचे लेख - आभाळ वाजलं धडाSडधूम
                         वारा सुटला सू सू सूSम
                         वीज चमकली चक् चक् चक् 

भाग४ 
जिकडे तिकडे लख् लख् लख्

वीज कडाडते म्हणजे नक्की कोणत्या प्रक्रिया कोणत्या क्रमाने घडतात ते ह्या भागात पाहू. निमिषार्धात चमकणारी विद्युल्लता नक्की कशी घडते हे वाचण्यासाठी मात्र काही मिनिटे लागतील! ह्या लेखांकाची लांबी इतर लेखांकांच्या तुलनेत जास्त आहे, त्याबद्दल क्षमस्व.

विप्रभारण होताना धन व ऋण आयन एकमेकांच्या दिशेने झेपावतात. त्यावेळी ह्या दोन्ही आयनांना गतिज ऊर्जा प्राप्त होते. अशा अनेक गतिमान आयनांच्या जोड्या तयार होतात ज्या विप्रभारणासाठी मार्ग तयार करतात. विद्युत्पात होताना विप्रभारणाच्या मार्गात रोधक हवा आडवी (!) येत असल्याने तो मार्गाचा हवेतून जाणारा भाग तयार होण्यासाठी तेथील हवेच्या कणांचेही आयनीभवन होते. वीज पडते म्हणजे गर्जनाकारी ढगातील ऋणप्रभारीत भागाकडून जमिनीच्या दिशेने ऋणप्रभार (इलेक्टॉन्स) आणि जमिनीकडून ढगाच्या दिशेने धनप्रभार पाठविला जातो. वीज प्रत्यक्ष जमिनीवर न पडता सामान्यतः जमिनीवरील वस्तूवर (मनोरा, इमारत, झाड, घर अशा सामान्यतः टोकदार व उंच वस्तूवर ) पडते. ढगाकडून जमिनीकडे वाहणा-या ऋणप्रभारांचा परिणाम म्हणून ह्या टोकदार वस्तूंवर (धन) प्रभाराची (अपवादात्मक परिस्थितीत ऋणप्रभाराची) लागण होते, जी ढगातील विरुद्ध प्रभारास आकर्षित करते. २-क ते २-ढ ह्या आकृत्यांमध्ये वीज पडण्याच्या प्रक्रियेतील सर्व टप्पे दर्शविलेले आहेत.

आकृती २-क – गर्जनाकारी मेघ व विप्रभारणासाठीचे ‘सावज’ झाड; २-ख – दुभंग विभव

ढग व जमिनीमधील वा विद्युत्पात होणा-या दोन ढगांमधील विभवांतर सुमारे १० ते १०० किलोव्होल्ट प्रति मीटर एवढे विविध प्रयोगांमध्ये मोजले गेले आहे. ढगाच्या तळाशी दुभंग विभव (breakdown potential) तयार झाले (आकृती २-ख) की ऋणप्रभार जमिनीच्या (वा दुस-या ढगाच्या) दिशेने झेपावतात आणि आयनीभवनाचा मार्ग निर्माण करतात. हा मार्ग सुमारे १० सेंटीमीटर जाडीचा असतो. ह्या मार्गाला ‘प्रातिनिधिक दर्शक’ (pilot leader  वा  step leader) (आकृती २-ग) म्हणतात, कारण हा विप्रभारणाच्या मार्गाची दिशा निश्चित करतो. हा मार्ग टप्प्याटप्प्याने जमिनीच्या दिशेने पुढे सरकतो. प्रत्येक टप्पा सुमारे ५० ते १०० मीटर लांबीचा असतो, तर प्रभारांची गती सुमारे १०० ते १००० किमी प्रति सेकंद एवढी असते. प्रत्येक टप्पा सुमारे १ सूक्ष्मसेकंद (microseconds) टिकतो. पहिला टप्पा संपून पुढचा टप्पा तयार होण्यादरम्यान साधारण ५० सूक्ष्मसेकंद एवढा कालावधी जातो. ह्या कालावधीमध्ये प्रातिनिधिक दर्शक ‘तडाखा देण्यायोग्य’ एखादे ‘सावज’ आसपास आहे का ह्याची चाचपणी करतो. असे ‘सावज’ न मिळाल्यास मार्गाचा पुढचा टप्पा गाठतो. ही चाचपणी मोठ्या क्षेत्रात करता यावी म्हणून ह्या वहनमार्गास दरम्यान काही फाटेही फुटलेले असतात (आकृती २-घ). ५० ते १०० मीटर लांबीचा एक टप्पा तयार होण्यास सुमारे ५० मिलीसेकंद लागतात. अशा रितीने पुढे सरकणा-या दर्शकामुळे वहनमार्ग (conducting path) तयार होतो.

आकृती २-ग – प्रातिनिधिक दर्शक; २-घ – दर्शकास फुटलेले फाटे; २-च – ढगापासून जमिनीच्या दिशेने तयार झालेला वहनमार्ग

ह्या मार्गाच्या प्रति सेंटीमीटर लांबीमध्ये सुमारे १०१३ ते १०१५ एवढ्या आयनजोड्या असतात. प्रातिनिधिक दर्शकाच्या टोकाच्या (head) दिशेने ऋणप्रभारांचे लोट सतत वाहत असतात, ज्यामुळे पुनःप्रभारण होऊन दर्शकास पुढचा टप्पा पार करण्यासाठी बळ मिळते. अशा प्रकारे पुढे सरकणारा दर्शक ढगापासून जमिनीच्या दिशेने काही अंतरापर्यंत असा वहनमार्ग तयार करतो (आकृती २-च). हा वहनमार्ग दहा हजारांहून अधिक टप्प्यांचा बनलेला असतो. दर्शकामध्ये सुमारे ५ कूलंब एवढा ऋणप्रभार असतो आणि जमिनीच्या तुलनेत अतिश प्रबळ (सुमारे १० अब्ज व्होल्टस्) असे विद्युत विभव (electric potential) असते. 

आकृती २-छ – धननिर्झर वा प्रवासी ठिणगी; २-ज – विद्युत विभवाची जमिनीशी वहनमार्गे झालेली जोडणी

ढगाने पुढे (वा खाली) केलेला हा हात धरण्यासाठी आता जमिनीने (वा जमिनीवरील वस्तूने) पुढाकार घेण्याची ही वेळ असते. ह्या वस्तूंवर धन प्रभार प्रवर्तित (induce) होतात. ही दाटी एवढी वाढते की विभवांतर वाढून ह्या वस्तूंजवळील हवेचा वैद्युत दुभंग होतो आणि त्या वस्तूपासून दर्शकाकडे झेपावणारा वहनमार्ग तयार होतो. ह्या वहनमार्गास ‘प्रवासी ठिणगी’ (travelling spark) म्हणतात किंवा सामान्यतः हा वहनमार्ग धनप्रभारांचा असल्यामुळे ह्यास ‘धननिर्झर’ (positive streamer) असेही म्हणतात (आकृती २-छ). दर्शक आणि धननिर्झराची हातमिळवणी जमिनीपासून सुमारे ५ ते ३० मीटर उंचीवर घडते आणि ढग आणि जमीन ह्या वहनमार्गाने जोडले जातात. तसेच दर्शकातील विद्युत विभव जमिनीशी जोडले जाते (आकृती २-ज). एकदा ही जोडणी पूर्ण झाली की इतर फाट्यांमधील दर्शक त्यांची चाचपणी थांबवितात. सर्व दर्शकांतील ऋणप्रभार एकत्रितरित्या नव्याने तयार झालेल्या जोडणीमार्गे जमिनीच्या दिशेने पाठविला जातो.

आकृती २-झ – परतीचा झटका; २-ट – ‘ज व क’ दर्शक

ह्याच मार्गाने विद्युतधारा (धनप्रभार) ढगाच्या दिशेने पाठविली जाते आणि हा मार्ग प्रखर तेजाने उजळून निघतो. ही विप्रभारणाची प्रक्रिया १०० सूक्ष्मसेकंदांमध्ये पूर्ण होते जिला ‘परतीचा झटका’ (return stroke) असे म्हणतात (आकृती २-झ). अशी ही विद्युल्लता (विद्युतधारा) जमिनीकडून आकाशाचा दिशेने पळत असली तरी तिचा वेग एवढा प्रचंड असतो की आपल्या डोळ्यांना ती ढगाकडून जमीनीकडे धावल्याचे भासते. धावताना ती इतर फाट्यांनाही उजळवते.

आकृती २-ठ, ड – दर्शकबाण; २-ढ – पुन्हा परतीचा झटका

विप्रभारणाच्या वेळी विद्युतधारा (current) वाढत जाऊन १ सूक्ष्मसेकंदामध्ये ती ३०,००० ऍम्पिअर एवढी वाढते व पुढच्या ५० सूक्ष्मसेकंदांमध्ये पुन्हा कमी होत जाते. एकदा विद्युतधारा वाहिली की पुढच्या २० ते ५० मिलीसेकंदांमध्ये पुन्हा ऋणप्रभारांचा पुरवठा झाल्यास आधीच निर्माण झालेल्या वहनमार्गे पुनःपुन्हा विद्युत्पात होतो. हे जास्तीचे ऋणप्रभार वाहून आणणा-या दर्शकांस ‘ज व क’ (J and K) दर्शक (आकृती २-ट) म्हणतात तर त्यावेळी घडणा-या वैद्युत दुभंगाच्या प्रक्रियेस ‘ज व क’ (J and K) प्रक्रिया असे म्हणतात. हे ‘ज व क’ दर्शक प्रातिनिधिक दर्शकाप्रमाणे ढगाच्या तळाजवळून न येता ढगाच्या ऋणप्रभारित विभागाच्या जास्त आतील भागाकडून येतात. ढगाला जास्तीतजास्त प्रमाणात विप्रभारित करण्याचा हा प्रयत्न असतो. ‘ज व क’ दर्शकांपासून तयार होणा-या दर्शकास दर्शकबाण (dart leader) असे म्हणतात. हा दर्शकबाण (आकृती २-ठ, ड)आधीच्या दर्शकाप्रमाणे टप्प्यांचा बनलेला नसून सलग असतो, कारण त्यासाठीचा मार्ग आधीच तयार असतो. हे दर्शकबाण वहनमार्गे सुमारे १ कूलंब एवढा प्रभार पाठवितात. हे दर्शकबाणही परतीचा झटका (आकृती २-ढ) निर्माण करतात आणि तोच वहनमार्ग पुन्हा एकदा उजळून निघतो. मात्र ह्यावेळचे विद्युल्लतेचे तेज पहिल्यापेक्षा कमी असते.  

ज्यावेळी वहनमार्गातून विद्युतधारा वाहते त्यावेळी ह्या वहनमार्गाचे तापमान निमिषार्धात ३०,००० केल्विन पेक्षाही जास्त होते. हे तापमान सूर्याच्या पृष्ठतापमानाहून अधिक असते. तापमान वाढले की हवा प्रसरण पावते. मात्र निमिषार्धात आत्यंतिक प्रमाणात वाढलेल्या तापमानामुळे हवेला प्रसरण पावण्यास पुरेसा वेळ मिळत नाही आणि वहनमार्गाजवळील हवेचा दाब एरवीच्या दाबाच्या दसपट वाढतो. ह्या प्रचंड दाबामुळे हवेचा अक्षरश: स्फोट होतो. ह्या स्फोटामुळे एक धक्कालहर (shock wave) हवेमध्ये वहनमार्गापासून बाहेरच्या दिशेने पसरत जाते जी आपण आवाजाच्या – विजेच्या कडकडाच्या – स्वरूपात ऐकतो. मात्र ध्वनीचा वेग प्रकाशाच्या वेगाहून कमी असल्यामुळे आधी वीज चमकताना दिसते तर कडकडाट नंतर ऐकू येतो. विजेचा कडकडाट वीज पडल्याच्या ठिकाणाच्या सुमारे १५ किमी. त्रिज्येच्या परिसरात ऐकू येतो. मात्र त्याचवेळी मुसळधार पाऊस पडत असल्यास आणि जोरदार वारा वाहत असल्यास हा कडकडाट तेवढ्या दूरपर्यंत ऐकू जात नाही.

अशाप्रकारे असंख्य क्रिया क्षणार्धात घडून उजळणारी आणि कडाडणारी वीज आपल्या डोळ्यांचे पारणे फिटविते आणि कान किटविते. हीच वीज जर आपल्या आसपास पडली तर तोंडचे पाणीही पळविते. त्यामुळे त्या डोंगरांप्रमाणे ही विद्युल्लताही दुरूनच साजरी म्हटलेली बरी!!

(समाप्त)

*२-क ते २-ढ आकृत्या मापनश्रेणीस अनुसरून नाहीत (not drawn to scale). सर्व आकृत्या Wallace, J.M., Hobbs, P.V., 1977, ‘Atmospheric Science – An Introductory Survey’, Academic Press Inc, pp. 206 येथून सुधारित.

(वरदा वैद्य, जुलै २००५ | Varada Vaidya, July 2005)

वीज चमकली चक् चक् चक्

ह्या आधीचे लेख - आभाळ वाजलं धडाSडधूम
                             वारा सुटला सू सू सूSम 

भाग३ 
वीज चमकली चक् चक् चक्

गर्जनाकारी ढगांमध्ये चमकणारी विद्युल्लता हा वातावरणीय विजेचा सामान्यतः आढळणारा आविष्कार असला तरी धुळीचे वादळ, हिमवादळ, ज्वालामुखीचा उद्रेक आणि अण्विक विस्फोट ह्या घटनांदरम्यानही विद्युल्लता निर्माण होऊ शकते. मात्र येथे आपण केवळ गर्जनाकारी मेघांमुळे निर्माण होणा-या पावसाळी वादळातील विद्युल्लतेविषयी पाहणार आहोत.

विद्युत्पात म्हणजे वातावरणामध्ये घडणारे विद्युत विप्रभारण. विद्युत्पात म्हणजे रोधक (insulating) हवेचा वैद्युत दुभंग (electrical breakdown). दोन विरुद्ध प्रभारित विभागांदरम्यान विभवांतर (potential difference) वाढल्यामुळे प्रभारांची देवाणघेवाण होणे आवश्यक होते. मात्र ह्या विभागांदरम्यान असलेली हवा अवाहक (insulator) असते. विभवांतर वाढल्याने दरम्यानच्या हवेचे आयनीभवन (ionization) होऊन हवा दुभंगते आणि विद्युतवहनासाठी थोड्या काळापुरता मार्ग निर्माण होतो. ह्या मार्गाने विद्युतप्रभारांचा निचरा होतो आणि त्यावेळी हा मार्ग उजळून निघतो.

मागील भागात बघितल्याप्रमाणे गर्जनाकारी मेघामध्ये प्रभारांचे वितरण होऊन धनप्रभारी आणि ऋणप्रभारी विभाग तयार होतात. ह्या धन आणि ऋण विभागाच्या केंद्रांदरम्यान तयार होणारे विद्युतक्षेत्र (electric field) हे जास्तीत जास्त २००० व्होल्ट प्रति सेंटीमीटर एवढे असू शकते. एका विद्युत्पातामध्ये सुमारे २० कूलम एवढा विप्रभार होऊ शकतो. एकदा विप्रभार झाल्यानंतर ढगाचे पुनःप्रभारण (rechraging) होण्यासाठी सुमारे २० सेकंदांचा कालावधी जावा लागतो.

आकाशात कडाडणा-या विजेचे सामान्यतः आढळणारे प्रकार खालीलप्रमाणे -

१. मेघांतर्गत विद्युत्पात (वा अंतर्मेघ विद्युत्पात, intra-cloud lightning) – विद्युत्पाताचा हा सर्वात जास्त प्रमाणात आढळणारा प्रकार. एकाच मेघातील दोन – धन व ऋण – प्रभारित विभागांदरम्यान विप्रभारण होऊन विद्युत्पात घडून येतो. ही प्रक्रिया मेघांतर्गत असल्यामुळे बरेचदा वीज पळताना न दिसता ढग आतून उजळल्यासारखा दिसतो. पावसाळी ढगाळलेल्या रात्री विमानप्रवास करताना असे उजळणारे ढग जागोजागी दिसतात. हे विप्रभारण ढगाची कडा सोडून बाहेर पडल्यास प्रखर विजेचा लोळ दिसतो.

२. आंतर्मेघीय विद्युत्पात (inter-cloud lightning) – विद्युत्पाताचा हा प्रकारही मोठ्या प्रमाणात आढळतो. दोन ढगांमधील विरुद्ध प्रभारित विभागांदरम्यान विप्रभारण होते. विप्रभारणाचा मार्ग प्रखर तेजाने उजळून निघतो आणि आपल्याला आकाशात वेडीवाकडी पळणारी वीज दिसते.

३. मेघ व जमिनीदरम्यान होणारा विद्युत्पात (cloud to ground lightning) – विद्युत्पाताचा हा सर्वात धोकादायक प्रकार. ह्यालाच आपण वीज पडणे असे म्हणतो. वीज पडताना कोणत्या गोष्टी कोणत्या क्रमाने होतात ते पुढच्या भागात सविस्तर पाहू. जमिनीवरच्या वस्तूंवरील प्रभार आणि ढगांमधील प्रभारविभागांदरम्यान विप्रभारण होते. सामान्यतः ढगाच्या ऋणप्रभारित विभागाकडून जमिनीकडे विद्युत्पात होतो. मात्र अपवादात्मक परिस्थितीमध्ये ढगातील धनप्रभारित विभाग व जमिनीदरम्यान विद्युत्पात होतो. हा धन विद्युत्पात ऋण विद्युत्पातापेक्षा अधिक प्रखर व अधिक प्रमाणात नुकसान करणारा असतो. सामान्यत: ढगांकडून जमिनीच्या दिशेने विप्रभारण होत असले तरी काही वेळा जमिनीवरील मनोरा वा तत्सम उंच वस्तूंकडून ढगांच्या दिशेने विप्रभारण होते. त्यावेळी वीजेच्या मार्गाला आकाशाच्या दिशेने शाखा फुटल्याप्रमाणे दिसते.

वरील तीनही प्रकारचे विद्युत्पात म्हणजे स्थैतिक विद्युत विप्रभारणच असले तरीही त्यांचे दृश्य स्वरूप विविध प्रकारचे असू शकते. दृश्य स्वरूपानुसार विद्युत्पाताचे प्रकार खालीलप्रमाणे -

१. शाखा विद्युत्पात (fork lightning) – हा नेहमी आढळणारा विद्युत्पात. वीजवहनाच्या मार्गाला अनेक फाटे फुटल्याप्रमाणे दिसतात.

२. गोलक विद्युत्पात (Ball lightning) – विजेचे तेजःपुंज गोलक हवेत वेगाने वा संथ गतीने तरंगताना दिसतात. हे गोलक लाल, केशरी वा पिवळ्या रंगाचे व द्राक्षाएवढ्या आकारापासून ते संत्र्याएवढ्या आकाराचे असू शकतात. हे गोलक काही काळ हवेत तरंगून फुटतात व फटाके फुटल्याप्रमाणे आवाज होतो. हा तसा कमी प्रमाणात आढळणारा विद्युत्पात असून ह्या गोलकांविषयी फारशी माहिती उपलब्ध नाही.

३. उष्ण वा उन्हाळी विद्युत्पात (Heat Lightning) – क्षितिजावर जमा झालेल्या ढगांमध्ये होणारा विद्युत्पात. हा दूरवर होत असल्यामुळे मंद उजेड पडल्याप्रमाणे दिसते. डोक्यावरील आकाश बहुतेकवेळा निरभ्र असते. हा विद्युत्पात युरोपात सामान्यत: उन्हाळ्यात अनुभवास येत असल्यामुळे तेथे त्यास उन्हाळी विद्युत्पात म्हटले जाते.

४. पृष्ठ (sheet), मणी (beads) वा फीत (ribbon) विद्युत्पात – विप्रभारणाच्या मार्गाचा आकार पृष्ठ, मणी वा फितीप्रमाणे असतो.

विद्युत्पात हा ढगाकडून जमिनीकडे वा इतर ढगांच्या दिशेने होतो तसाच तो उर्ध्वदिशेने – आयनावरणाच्या (वातावरणातील सर्वात वरचा भाग. येथे हवेचे कण आयनांच्या स्वरूपात असतात. ionosphere) दिशेनेही – होतो. वातावरणाच्या वरच्या स्तरांतील विद्युत्पाताचे प्रकार खालीलप्रमाणे -

१. अद्भुत (sprite) विद्युत्पात – ढगांच्या वरच्या भागाकडून आयनावरणाच्या दिशेने होणारा हा विद्युत्पात मंद उजेडाच्या लाल-केशरी झोतांप्रमाणे दिसतो. हा विद्युत्पात खालच्या स्तरातील विद्युत्पातापेक्षा जास्त काळ टिकणारा व सामान्यत: धन विद्युत्पात असतो.

२. नीलझोत (blue jets) – ढगांच्या वरील पृष्ठभागापासून आयनावरणाच्या खालच्या भागापर्यंत होणारा हा विद्युत्पात निळ्या प्रकाशाच्या कोनाप्रमाणे दिसतो. अद्भुत विद्युत्पाताच्या तुलनेत प्रखर असणा-या नीलझोतांचे प्रकाशचित्रण सर्वप्रथम एका अवकाशयानाने ऑक्टोबर १९८९ मध्ये केले.

३. एल्फ (elf) विद्युत्पात – मंद, पसरत जाणा-या उजेडाच्या तबकडीप्रमाणे दिसणारा हा विद्युत्पात ढगाच्या वरच्या भागापासून आयनावरणाच्या वरच्या थरांच्या दिशेने होतो. एल्फ विद्युत्पात हा विद्युत्पाताचा नवा प्रकार म्हणून १९९५ मध्ये जाहीर झाला.

पुढील लेखामध्ये विद्युत्पाताची प्रक्रिया विस्ताराने पाहू.

ह्यापुढे – जिकडे तिकडे लख् लख् लख्