वायुदाब

Foundation वायु हमारे चारों ओर फैला हुआ एक अदृश्य गैसीय आवरण है। क्योंकि वायु एक पदार्थ है, इसलिए इसमें निश्चित द्रव्यमान और भार होता है। पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण बल वायुमंडलीय गैसों को धरातल की ओर आकर्षित करता है। पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण खिंचाव के कारण वायुमंडल की गैसों द्वारा धरातल की प्रति इकाई क्षेत्रफल पर पड़ने वाले ऊर्ध्वाधर बल या भार को वायुमंडलीय दाब या वायुदाब (Atmospheric Pressure) कहते हैं।

Scientific Phenomenon मानक समुद्रतलीय वायुदाब (Standard Sea-Level Pressure):
समुद्र तल पर 45° अक्षांश पर 0°C तापमान पर वायुमंडल जो औसत भार डालता है, उसे मानक वायुदाब कहा जाता है:

• पारा स्तंभ के आधार पर: 76 सेंटीमीटर (या 760 मिलीमीटर) पारे के स्तंभ के बराबर दाब।
• अंतरराष्ट्रीय इकाई (SI Unit): 1013.25 मिलीबार (mb) या 1013.25 हेक्टोपास्कल (hPa)।
• भार के आधार पर: धरातल के प्रति 1 वर्ग सेमी क्षेत्र पर लगभग 1.033 किलोग्राम भार (प्रति वर्ग इंच लगभग 14.7 पाउंड)।

Mechanism वायुदाब मापक यंत्र: बैरोमीटर (Barometer):
1643 ईस्वी में इटली के भौतिकविज्ञानी इवानजेलिस्टा टोरिसेली (Evangelista Torricelli) ने सर्वप्रथम काँच की नली में पारे का उपयोग करके पारद बैरोमीटर का आविष्कार किया था। बाद में बिना किसी तरल के धातु की कमानी से निर्मित सुवाह्य एनीरॉयड बैरोमीटर (Aneroid Barometer) बनाया गया, जिसका उपयोग विमानों में ऊँचाई मापने वाले अल्टीमीटर (Altimeter) के रूप में होता है।

Analysis समदाब रेखाएँ (Isobars):
मौसम मानचित्र पर समुद्र तल के संदर्भ में समान वायुदाब वाले स्थानों को मिलाने वाली काल्पनिक वक्र रेखाओं को समदाब रेखाएँ (Isobars) कहते हैं (ग्रीक शब्द 'Isos' = समान तथा 'Baros' = भार)।

Application बैरोमीटर के पाठ्यांक द्वारा मौसम का पूर्वानुमान:

1. पारे का धीरे-धीरे ऊपर चढ़ना: स्वच्छ, शुष्क एवं शांत मौसम का सूचक है (उच्चदाब की स्थापना)।
2. पारे का धीरे-धीरे नीचे गिरना: वर्षा एवं नमी के आगमन का सूचक है।
3. पारे का अचानक और तेजी से गिरना: उस स्थान पर गहरा निम्नदाब बन गया है और अतिशीघ्र भयानक आंधी, तूफान या चक्रवात आने वाला है!

Foundation संपूर्ण पृथ्वी पर वायुदाब कभी भी एक समान नहीं रहता। भौगोलिक स्थिति और समय के अनुसार इसमें बड़ा परिवर्तन होता है। मुख्य रूप से चार प्राकृतिक कारक वायुदाब को नियंत्रित करते हैं।

Scientific Phenomenon 1. ऊँचाई (Altitude):
गुरुत्वाकर्षण के कारण वायु के अधिकांश अणु धरातल के निकट सघन रहते हैं। जैसे-जैसे हम समुद्र तल से ऊपर उठते हैं, वायुस्तंभ की ऊँचाई घटती है और वायु विरल (पतली) होती जाती है। अतः ऊँचाई बढ़ने पर वायुदाब तेजी से घटता है। सामान्यतः प्रति 10 मीटर की ऊँचाई पर लगभग 1 मिलीबार (mb) वायुदाब घटता है (अथवा प्रति 300 मीटर पर लगभग 34 मिलीबार / प्रति 110 मीटर पर 1 सेमी पारा स्तंभ कम होता है)।
उदाहरण: दार्जिलिंग (2134 मी) में वायुदाब कोलकाता की तुलना में बहुत कम होता है। माउंट एवरेस्ट (8848 मी) पर वायुदाब समुद्र तल का केवल एक-तिहाई (लगभग 314 mb) रह जाता है!

Mechanism 2. तापमान (Temperature):
तापमान और वायुदाब में विपरीत (व्युत्क्रमानुपाती) संबंध होता है। जब वायु गर्म होती है, तो उसके अणु फैलते हैं और वायु का घनत्व घट जाता है। हल्की होकर गर्म वायु संवहनीय धाराओं के रूप में ऊपर उठ जाती है, जिससे धरातल पर निम्नदाब (Low Pressure) बन जाता है। इसके विपरीत, ठंडी वायु संकुचित होकर भारी हो जाती है और नीचे बैठती है, जिससे उच्चदाब (High Pressure) बनता है।

Analysis 3. वायु में जलवाष्प की उपस्थिति (Water Vapor / Humidity):
अत्यंत महत्वपूर्ण वैज्ञानिक नियम: जनसामान्य सोचता है कि नम वायु भारी होती है, किंतु यथार्थ में नम (आर्द्र) वायु शुष्क वायु की तुलना में हल्की होती है!
रसायन विज्ञान के अनुसार जलवाष्प ($H_2O$) का अणुभार $2 imes 1 + 16 = 18$ होता है। जबकि शुष्क वायु में मुख्यतः नाइट्रोजन ($N_2$, अणुभार 28) और ऑक्सीजन ($O_2$, अणुभार 32) होती हैं, जिनका औसत अणुभार लगभग 28.96 (लगभग 29) होता है।
अतः जब वायु में जलवाष्प मिलती है, तो भारी नाइट्रोजन व ऑक्सीजन के अणु हल्के जलवाष्प (18) द्वारा प्रतिस्थापित हो जाते हैं। इससे नम वायु हल्की होकर ऊपर उठती है और धरातल पर निम्नदाब बनाती है। शुष्क शीतकालीन वायु भारी होने से उच्चदाब बनाती है।

Application 4. पृथ्वी की घूर्णन गति (Earth's Rotation & Coriolis Force):
पृथ्वी के तीव्र अक्षीय घूर्णन से उत्पन्न अपकेंद्रीय बल (Centrifugal Force) विषुवत रेखा एवं उपध्रुवीय क्षेत्रों की वायु को बाहर अंतरिक्ष की ओर विक्षेपित करता है, जिससे वहां निम्नदाब का निर्माण होता है।

Foundation तापमान के वैश्विक अंतर और पृथ्वी की घूर्णन गति के संयुक्त प्रभाव से संपूर्ण ग्लोब पर सात समानांतर स्थायी वायुदाब पेटियों (Pressure Belts) का निर्माण होता है। इनमें से कुछ पेटियां तापीय (Thermal) हैं और कुछ गतिजन्य (Dynamic)।

Scientific Phenomenon पृथ्वी की 7 स्थायी वायुदाब पेटियों का वर्गीकरण:

1. विषुवतीय निम्नदाब पेटी या शांत कटिबंध (Equatorial Low Pressure Belt / Doldrums): भूमध्य रेखा के दोनों ओर 0° से 5° उत्तर व दक्षिण अक्षांशों के मध्य स्थित। वर्ष भर सूर्य की सीधी किरणें पड़ने से वायु अत्यधिक गर्म व आर्द्र होकर संवहन धाराओं के रूप में लंबवत ऊपर उठ जाती है। यहाँ क्षैतिज पवन प्रवाह बिल्कुल नगण्य रहता है। इस शांत क्षेत्र को नाविकों ने डोलड्रम (Doldrums) नाम दिया। यह एक तापीय पेटी है।
2. उत्तरी उपोष्ण उच्चदाब पेटी (Subtropical High - North): कर्क रेखा के दोनों ओर 25° से 35° उत्तर अक्षांश।
3. दक्षिणी उपोष्ण उच्चदाब पेटी (Subtropical High - South): मकर रेखा के दोनों ओर 25° से 35° दक्षिण अक्षांश।
   उत्पत्ति: विषुवत रेखा से ऊपर उठी गर्म वायु ऊपरी क्षोभमंडल में ठंडी होकर कोरिओलिस बल से विक्षेपित होती है और 25°-35° अक्षांशों पर नीचे उतरती है (अवतलन)। वायु के नीचे बैठने से यहाँ स्थायी उच्चदाब बनता है। यह एक गतिजन्य पेटी है।
4. उत्तरी उपध्रुवीय निम्नदाब पेटी (Sub-polar Low - North): 60° से 70° उत्तर अक्षांश।
5. दक्षिणी उपध्रुवीय निम्नदाब पेटी (Sub-polar Low - South): 60° से 70° दक्षिण अक्षांश।
   उत्पत्ति: पृथ्वी के घूर्णन के अपकेंद्रीय प्रभाव से यहाँ की वायु ध्रुवों की अपेक्षा तेजी से बाहर छिटकती है और ऊपर उठती है, जिससे गतिजन्य निम्नदाब बनता है।
6. उत्तरी ध्रुवीय उच्चदाब पेटी (Polar High - North): 80° से 90° उत्तर अक्षांश।
7. दक्षिणी ध्रुवीय उच्चदाब पेटी (Polar High - South): 80° से 90° दक्षिण अक्षांश।
   उत्पत्ति: अत्यधिक हिमाच्छादित ठंड एवं सूर्य की किरणों की अनुपस्थिति के कारण वायु निरंतर ठंडी, भारी व घनी होकर धरातल पर बैठी रहती है, जिससे स्थायी तापीय उच्चदाब बनता है।

Mechanism अश्व अक्षांश (Horse Latitudes):
30° से 35° उत्तर एवं दक्षिण अक्षांशों की उपोष्ण उच्चदाब पेटी को 'अश्व अक्षांश' कहते हैं। यहाँ वायु ऊपर से नीचे बैठती है, अतः क्षैतिज पवनें शांत रहती हैं। मध्यकाल में पालदार जहाजों में स्पैनिश व्यापारी अमेरिका के लिए घोड़े ले जाते थे। अटलांटिक महासागर की इस शांत पेटी में हवा न चलने से जहाज हफ्तों फंसे रहते थे। जल व भोजन की कमी होने पर जहाज को हल्का करने हेतु नाविक जीवित घोड़ों को समुद्र में फेंक देते थे। इसी ऐतिहासिक घटना से इसे 'अश्व अक्षांश' कहा जाने लगा।

Analysis कुल 7 पेटियों में 3 तापीय (1 विषुवतीय निम्न + 2 ध्रुवीय उच्च) तथा 4 गतिजन्य (2 उपोष्ण उच्च + 2 उपध्रुवीय निम्न) हैं।

Application ये पेटियां ही विश्व की प्रमुख सनातनी पवनों (व्यापारिक पवनें, पछुआ पवनें एवं ध्रुवीय पवनें) की दिशा तय करती हैं।

Foundation वायुदाब पेटियां धरातल पर स्थायी तो हैं, किंतु वे स्थिर नहीं हैं। पृथ्वी के 66½° अक्षीय झुकाव और सूर्य के आभासी संचलन (उत्तरायण एवं दक्षिणायन) के कारण तापीय विषुवत रेखा का स्थान बदलता रहता है।

Scientific Phenomenon पेटियों का मौसमी खिसकाव (Shifting of Pressure Belts):

• उत्तरायण के समय (मई-जून-जुलाई): सूर्य कर्क रेखा की ओर बढ़ता है, जिससे सभी पेटियां अपने सामान्य स्थान से 5° से 10° उत्तर की ओर खिसक जाती हैं।
• दक्षिणायन के समय (नवंबर-दिसंबर-जनवरी): सूर्य मकर रेखा की ओर बढ़ता है, जिससे सभी पेटियां 5° से 10° दक्षिण की ओर खिसक जाती हैं।

Mechanism भूमध्यसागरीय जलवायविक प्रभाव:
भूमध्य सागर के तटवर्ती देश (इटली, स्पेन, ग्रीस) 30° से 45° उत्तर अक्षांश के बीच स्थित हैं।

1. ग्रीष्मकाल में: पेटियों के उत्तर खिसकने से उपोष्ण उच्चदाब पेटी भूमध्यसागर पर आ जाती है। यहाँ से शुष्क स्थलीय व्यापारिक पवनें बहती हैं, अतः ग्रीष्मकाल बिल्कुल शुष्क और वर्षाविहीन रहता है।
2. शीतकाल में: पेटियों के दक्षिण खिसकने से भूमध्यसागर पर अटलांटिक महासागर से आने वाली आर्द्र पछुआ पवनें आ जाती हैं, जो शीतकाल में मूसलाधार वर्षा कराती हैं।

Analysis विश्व के अधिकांश भागों में ग्रीष्मकाल में वर्षा होती है, किंतु भूमध्यसागरीय जलवायु विश्व की एकमात्र जलवायु है जहाँ ग्रीष्मकाल सूखा रहता है और शीतकाल में वर्षा होती है!

Application शीतकालीन वर्षा और धूप वाले शुष्क ग्रीष्मकाल के कारण यह क्षेत्र विश्व का 'फलों का बगीचा' कहलाता है, जहाँ अंगूर, जैतून, संतरे और नींबू प्रचुर मात्रा में होते हैं और वाइन उद्योग विकसित है।

Foundation जब दो स्थानों के वायुदाब में अंतर होता है, तो वायुमंडल में संतुलन बनाने के लिए हवा चलने लगती है। धरातल के समानांतर क्षैतिज गतिमान वायु को पवन (Wind) कहते हैं। पवन सदैव उच्चदाब से निम्नदाब की ओर बहती है।

Scientific Phenomenon दाब प्रवणता बल (Pressure Gradient Force):
दो स्थानों के बीच दूरी के अनुपात में वायुदाब में होने वाले परिवर्तन की दर को दाब प्रवणता कहते हैं। यह समदाब रेखाओं के लंबवत होती है।

• तीव्र प्रवणता: समदाब रेखाएँ पास-पास हों ⟹ दाब में तीव्र अंतर ⟹ प्रचंड आंधी, तूफान व तेज पवनें।
• मंद प्रवणता: समदाब रेखाएँ दूर-दूर हों ⟹ मंद अंतर ⟹ शांत व धीमी समीर।

Mechanism चक्रवात बनाम प्रतिचक्रवात:

1. चक्रवात (Cyclone): केंद्र में अत्यधिक गहरा निम्नदाब (Low Pressure Core) और चारों ओर उच्चदाब होता है। बाहर से तेज पवनें केंद्र की ओर सर्पिलाकार रूप में झपटती हैं। कोरिओलिस प्रभाव से यह दिशा उत्तरी गोलार्ध में वामावर्त (Anti-clockwise) तथा दक्षिणी गोलार्ध में दक्षिणावर्त (Clockwise) होती है। केंद्र में वायु तीव्र गति से ऊपर उठकर घनीभूत होती है, जिससे कपासी-वर्षी मेघ, भयंकर गर्जन, आंधी और मूसलाधार वर्षा होती है (जैसे बंगाल की खाड़ी के अम्फान, यास चक्रवात)।
2. प्रतिचक्रवात (Anticyclone): केंद्र में प्रबल उच्चदाब (High Pressure Core) और बाहर निम्नदाब होता है। केंद्र से ठंडी भारी पवनें बाहर की ओर फैलती हैं (उत्तरी गोलार्ध में Clockwise एवं दक्षिणी गोलार्ध में Anti-clockwise)। केंद्र में वायु नीचे उतरती है, जिससे बादल नहीं बनते और आकाश स्वच्छ, धूपयुक्त व मौसम शांत रहता है।

Analysis चक्रवात विनाशकारी मौसम लाते हैं, जबकि प्रतिचक्रवात अत्यंत सुहावना व शांत मौसम प्रदान करते हैं।

Application मौसम विभाग चक्रवातों की चेतावनी जारी करने हेतु समदाब रेखाओं के दबाव व वायुदाब प्रवणता का निरंतर विश्लेषण करता है।